电力电子器件和电力变换基本电路结构-教案课件.ppt

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1、现代电力电子及变流技术第二章电力电子器件和电力变换基本电路结构第二章电力电子器件和电力变换基本电路结构2.1电力电子器件2.1.1概述2.1.2不可控器件——二极管2.1.3半控型器件——晶闸管2.1.4典型全控型器件2.1.5其他新型电力电子器件2.1.6电力电子器件的驱动和保护2.1.7电力电子器件发展趋势2.2基本电路结构——直流斩波电路2.2.1降压斩波电路—Buck电路2.2.2升压斩波电路—Boost电路2.2.3基本斩波电路的组合2.1电力电子器件电力变换器：由控制电路、驱动电路、保护电

2、路和以电力电子器件为核心的主电路组成。控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行电气隔离控制电路主电路（MainPowerCircuit）——电力变换器中直接承担电能的变换或控制电力电子器件（PowerElectronicDevice）——电力变换器的基础，在主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件概述2.1.1电力电子器件概述电力电子器件一般特征具有处理电功率的能力。一般都工作在开关状态。需要由控制电路来控制开通和关断

3、。自身的功率损耗较大，一般都要安装散热器。电力电子器件的损耗主要损耗通态损耗断态损耗开关损耗关断损耗开通损耗通态损耗是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率较高时，开关损耗成为器件功率损耗的主要因素。2.1.1电力电子器件概述电力电子器件的分类按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：半控型器件（Thyristor）——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。全控型器件（IGBT,MOSFET)——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断(自关断器件)不可控器件(PowerDiode)——不能用控制信

4、号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。按照驱动信号的性质，分为两类：电流驱动型——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断。电压驱动型——通过在控制端和公共端之间施加电压信号可实现导通或者关断。电力二极管(PowerDiode)PN结的状态状态参数正向导通反向截止反向击穿电流正向大几乎为零反向大电压维持1V反向大反向大阻态低阻态高阻态——二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性2.1.2不可控器件—电力二极管电力二极管的基本特性伏安特性门槛电压UTO，正向电流IF开始明显增加。与IF对应的电力

5、二极管两端的电压即为其正向电压降UF。承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。I0IFUTOUFU2.1.2不可控器件—电力二极管2.1.2不可控器件—电力二极管关断过程须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt开通过程正向压降先出现一个过冲UFP，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如2V）。正向恢复时间tfr。电流上升率越大，UFP越高

6、UFPuiiFuFtfrt02V电力二极管的主要参数2.1.2不可控器件—电力二极管1.正向平均电流IF(AV)额定电流——允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。IF(AV)——应按有效值相等的原则选取电流定额，并应留有一定的裕量。2.正向压降UF在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。3.反向重复峰值电压URRM对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压(应留有两倍的裕量)。4.反向恢复时间trr5.最高工作结温TJM指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度(通常125~

7、175C)。6.浪涌电流IFSM指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。电力二极管的主要类型2.1.2不可控器件—电力二极管1.普通二极管多用于开关频率不高（1kHz以下）的电路；其反向恢复时间较长；正向定额电流和反向定额电压可以达到很高。2.快速恢复二极管trr短（可低于50ns）；UF很低（0.9V左右）；反向耐压多在1200V以下3.肖特基二极管反向耐压提高时正向压降会提高，多用于200V以下；反向恢复时间很短（10~40ns）；开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。晶闸

8、管(Thyristor)，以前称为可控硅。2.1.3半控型器件—晶闸管晶闸管的基本特性2.1.3半控型器件—晶闸管正向电压超过正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通；随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低(意味导通电流增大)；晶闸管本身压降很小(1V左右)；反向特性类似二极管的反向特性；当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSMIG