电力电子课件 第1章电力电子器件.ppt

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1、第1章电力电子器件本章要点功率二极管的结构、工作原理、特性、参数，选用原则；晶闸管、双向晶闸管的结构、工作原理、特性、参数，选用原则；可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（P-MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的结构、工作原理、特性、参数；1.1功率二极管1.1.1功率二极管的结构和工作原理1、元件结构2、工作原理由于PN结具有单向导电性，所以二极管是一个正方向单向导电、反方向阻断的电力电子器件。1.1.2功率二极管的伏安特性1.1.3功率二极管的主要参数1、正向平均电流（额定电流）指在规定的

2、环境温度和标准散热条件下，管子允许长期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。2、正向压降（管压降）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（额定电压）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。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、反向恢复时间反向恢复时间是指功率二极管从正向电流降至零起到恢复反向阻断能力为止的时间。1.1.4功率二极管的型号和选择原则1、功率二极管的型号2.功率二极管的选择原则（1）选择

3、额定正向平均电流IdD的原则在规定的室温和冷却条件下，只要所选管子的额定电流IdD对应的有效值IDM大于管子在电路中实际可能通过的最大电流有效值ID即可。考虑元件的过载能力，实际选择时应有1.5~2倍的安全裕量。计算公式为：（2）选择额定电压的原则选择功率二极管的反向重复峰值电压等级（额定电压）的原则应为管子在所工作的电路中可能承受的最大反向瞬时值电压的2~3倍，即1.2晶闸管晶闸管是一种能够用控制信号控制其导通，但不能控制其关断的半控型器件。其导通时刻可控，满足了调压要求。它具有体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维护简单、操作方

4、便和寿命长等特点，获得了广泛的应用。晶闸管也有许多派生器件，如快速晶闸管（FST）、双向晶闸管（TRIAC）、逆导晶闸管（RCT）和光控晶闸管（LATT）等。1.2.1晶闸管的结构1、晶闸管的结构具有四层PNPN结构、三端引出线(A、K、G)的器件。常见的外形有两种：螺栓型和平板型。2、结构和图形符号1.2.2晶闸管的工作原理1、晶闸管的导通、关断实验由电源、晶闸管的阳极和阴极、白炽灯组成晶闸管主电路；由电源、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路（触发电路）。（a）(b)(c)实验顺序实验前灯的情况实验时晶闸管条件实验后灯的情况

5、结论阳极电压UA门极电压UG导通实验1暗反向反向暗晶闸管在反向阳极电压作用下，不论门极为何电压，它都处于关断状态。2暗反向零暗3暗反向正向暗1暗正向反向暗晶闸管在正向阳极电压与正向门极电压的共同作用下，才能导通。2暗正向零暗3暗正向正向亮关断实验1亮正向正向亮已导通的晶闸管在正向阳极作用下，门极失去控制作用。2亮正向零亮3亮正向反向亮4亮正向（逐渐减小到接近于零）任意暗晶闸管在导通状态时，当阳极电压减小到接近于零时，晶闸管关断。2、实验说明3、实验结论通过上述实验可知，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

6、。（2）晶闸管控制电路加合适的正向电压。晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，故晶闸管为半控型器件。为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一定数值以下，这只有通过使阳极电压减小到零或反向的方法来实现。4、晶闸管的导通关断原理当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时，形成了强烈的正反馈，正反馈过程如下：IG↑→IB2↑→IC2(IB1)↑→IC1↑→IB2↑晶闸管导通之后，它的导通状态完全依靠管子本身的正反馈作用来维持，即使控制极电流消失，晶闸管仍将处于导通状态。因此，控制极的作用仅是触发晶闸管使其导通，导通之后，控制极就失去

7、了控制作用。要想关断晶闸管可采用的方法有:将阳极电源断开；改变晶闸管的阳极电压的方向，即在阳极和阴极间加反向电压。1.2.3晶闸管的特性1、晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性是晶闸管阳极与阴极间电压UAK和晶闸管阳极电流IA之间的关系特性。（1）正向特性在门极电流IG=0情况下，晶闸管处于断态，只有很小的正向漏电流；随着正向阳极电压的增加，达到正向转折电压UBO时，漏电流突然剧增，特性从正向阻断状态突变为正向导通状态。正常工作时，不允许把正向电压加到转折值UBO，而是从门极输入触发电流IG，使晶闸管导通。门极电流愈大阳极电压转折点愈

8、低。晶闸管正向导通后，要使晶闸管恢复阻断，只有逐步减少阳极电流。当IA小到等于维持电流IH时，晶闸管由导通变为阻断。（2）反向特性是指晶闸管的反向阳极电压与阳极漏电流的伏安特性。晶闸管的反向特性与一般二极管的反向特性相似。当晶闸管承受反向阳极电压时