电力电子技术PPT课件第1章.ppt

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1、第1章功率二极管、晶闸管及单相相控整流电路1.1功率二极管1.2晶闸管1.3单相相控整流电路1.4晶闸管触发电路习题及思考题1.1功率二极管1.1.1功率二极管的工作原理功率二极管是以PN结为基础的，实际上就是由一个面积较大的PN结和两端引线封装组成的。功率二极管的结构和图形符号如图1-1所示。图1-1功率二极管的结构和图形符号功率二极管主要有螺栓型和平板型两种外形，如图1-2所示。图1-2功率二极管的外形(a)螺栓型；(b)平板型功率二极管和电子电路中的二极管工作原理一样，即若二极管处于正向电压作用下，则PN

2、结导通，正向管压降很小；反之，若二极管处于反向电压作用下，则PN结截止，仅有极小的可忽略的漏电流流过二极管。经实验测量可得功率二极管的伏安特性曲线，如图1-3所示。图1-3功率二极管的伏安特性曲线(a)螺栓型；(b)平板型1.1.2功率二极管的主要参数1．正向平均电流IF(AV)功率二极管的正向平均电流IF(AV)是指在规定的管壳温度和散热条件下允许通过的最大工频半波电流的平均值,元件标称的额定电流就是这个电流。实际应用中，功率二极管所流过的最大有效电流为I，则其额定电流一般选择为式中的系数1.5～2是安全系数

3、。2．正向压降UF正向压降UF是指在规定温度下，流过某一稳定正向电流时所对应的正向压降。3．反向重复峰值电压URRM反向重复峰值电压是功率二极管能重复施加的反向最高电压，通常是其雪崩击穿电压UB的2/3。一般在选用功率二极管时，以其在电路中可能承受的反向峰值电压的两倍来选择反向重复峰值电压。4．反向恢复时间trr反向恢复时间是指功率二极管从所施加的反向偏置电流降至零起到恢复反向阻断能力为止的时间。1.1.3功率二极管的主要类型1．整流二极管整流二极管多用于开关频率不高的场合，一般开关频率在1kHz以下。整流二

4、极管的特点是电流定额和电压定额可以达到很高，一般为几千安和几千伏，但反向恢复时间较长。2．快速恢复二极管快速恢复二极管的特点是恢复时间短，尤其是反向恢复时间短，一般在5μs以内，可用于要求很小反向恢复时间的电路中，如用于与可控开关配合的高频电路中。3．肖特基二极管肖特基二极管是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管，其反向恢复时间更短，一般为10～40ns。肖特基二极管在正向恢复过程中不会有明显的电压过冲，在反向耐压较低的情况下正向压降也很小，明显低于快速恢复二极管，因此，其开关损耗和正向导通损耗都很小。

5、肖特基二极管的不足是，当所承受的反向耐压提高时，其正向电压有较大幅度提高。它适用于较低输出电压和要求较低正向管压降的换流器电路中。1.2晶闸管1.2.1晶闸管的结构晶闸管是一种大功率半导体变流器件，它具有三个PN结的四层结构，其外形、结构和图形符号如图1-4所示。由最外的P1层和N2层引出两个电极，分别为阳极A和阴极K，由中间P2层引出的电极是门极G（也称控制极）。图1-4晶闸管的外形、结构和图形符号(a)外形；(b)结构；(c)图形符号常用的晶闸管有螺栓式和平板式两种外形，如图1-4(a)所示。晶闸管在工作

6、过程中会因损耗而发热，因此必须安装散热器。螺栓式晶闸管是靠阳极（螺栓）拧紧在铝制散热器上，可自然冷却；平板式晶闸管由两个相互绝缘的散热器夹紧晶闸管，靠冷风冷却。额定电流大于200A的晶闸管都采用平板式外形结构。此外，晶闸管的冷却方式还有水冷、油冷等。1.2.2晶闸管的工作原理我们通过图1-5所示的电路来说明晶闸管的工作原理。在该电路中，由电源Ea、白炽灯、晶闸管的阳极和阴极组成晶闸管主电路；由电源Eg、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路,也称触发电路。图1-5晶闸管导通试验电路图当晶闸管的阳极A接电源Ea的

7、正端，阴极K经白炽灯接电源的负端时，晶闸管承受正向电压。当控制电路中的开关S断开时，白炽灯不亮，说明晶闸管不导通。当晶闸管的阳极和阴极承受正向电压，控制电路中开关S闭合，使控制极也加正向电压（控制极相对阴极）时，白炽灯亮，说明晶闸管导通。当晶闸管导通时，将控制极上的电压去掉（即将开关S断开），白炽灯依然亮，说明一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。当晶闸管的阳极和阴极间加反向电压时，不管控制极加不加电压，灯都不亮，晶闸管截止。如果控制极加反向电压，无论晶闸管主电路加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。通过

8、上述实验可知，晶闸管导通必须同时具备两个条件：（1）晶闸管主电路加正向电压。（2）晶闸管控制电路加合适的正向电压。为了进一步说明晶闸管的工作原理，可把晶闸管看成是由一个PNP型和一个NPN型晶体管连接而成的，连接形式如图1-6所示。阳极A相当于PNP型晶体管V1的发射极，阴极K相当于NPN型晶体管V2的发射极。图1-6晶闸管工作原理等效电路当晶闸管阳极承受正向电压，控