项目八拓展项目课件.ppt

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1、项目八拓展项目本项目将介绍几种新型的电力电子器件以及光伏发电中的电力电子技术2个任务。任务一认识新型电力电子器件一、任务描述与目标高功率晶体管和功率MOSFET问世,功率器件打开了高频应用的大门。绝缘门极晶体管IGBT问世,它综合了功率MOSFET和绝缘门极晶体管IGBT两者的功能。它的迅速发展,又激励人们对综合功率MOSFET和晶闸管两者功能的新型功率器件——MOSFET门控晶闸管的研究。因此,当前功率器件研究工作的重点主要集中在研究现有功率器件的性能改进、MOS门控晶闸管以及采用新型半导体材料制

2、造新型的功率器件等。任务一认识新型电力电子器件本次任务介绍集成门极换流晶闸管IGCT、MOS控制晶闸管MCT和发射极关断晶闸管ETO,任务目标如下。了解电力电子器件的发展趋势。熟悉IGCT、MTO和ETO器件。培养信息收集与检索、自我学习的能力。任务一认识新型电力电子器件二、相关知识(一)集成门极换流晶闸管(IGCT)集成门极换流晶闸管(IntegratedGateCommutatedThyristor,IGCT)是一种新型电力电子器件。它是将GCT芯片与门极驱动器在外围以低电感方式集成在一起,综合

3、了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点,在导通阶段发挥晶闸管的性能,关断阶段呈现晶体管的特性。IGCT具有电流大、电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、损耗低等特点,而且成本低、成品率高,具有很好的应用前景。任务一认识新型电力电子器件IGCT不需要吸收电路,可以像晶闸管一样导通,像IGBT一样关断,并且具有最低的功率损耗。IGCT在使用时只需将它连接到一个20V的电源和一根光纤就可以控制它的开通和关断。由于IGCT结构设计上采用了新技术,使得IGCT的开通损耗可以忽略不计,再加上它的低导通

4、损耗,使得它可以在以往大功率半导体器件所无法满足的高频率下运行。其实物如下图所示。任务一认识新型电力电子器件任务一认识新型电力电子器件1.IGCT的结构和工作原理(1)IGCT结构。IGCT是GCT和集成门极驱动电路的合称,两者之间通过极低的阻抗连接而成。IGCT内部由几千个小GCT元件组成,它们之间公用一个阳极,而阴极和门极则分别并联在一起,其目的就是利用门极实现器件的关断。GCT是在GTO的结构上引入缓冲层、透明阳极和集成快速续流二极管结构形成的。因此GCT与GTO类似是PNPN四层,以及阳极、

5、阴极和门极的三端器件。其结构和图形符号如下图所示。任务一认识新型电力电子器件任务一认识新型电力电子器件按照GCT器件内部结构,IGCT可以分为3类。①不对称型:半导体芯片在结构上是单纯的PNPN晶闸管结构,不具有承受反向电压的能力,也不能流过反向电流。在电压源变流器运行时,需要从外部并联续流二极管。②反向阻断型:GCT在结构上是一个PNPN晶闸管与一个二极管的串联,电流只能一个方向(从阳极到阴极)流通,串联的二极管为这类器件提供了承受反向电压的能力,用于电流源型变流器。任务一认识新型电力电子器件③反

6、向导通型:半导体芯片在结构上是一个PNPN晶闸管与一个续流二极管的反向并联,电流可以两个方向上流动不会承受反向电压,用于电压源型变流器。由于GCT与续流二极管集成在同一个芯片上,不需要从外部并联续流二极管,在结构上更加简洁,体积更小。任务一认识新型电力电子器件(2)IGCT的工作原理。当IGCT工作在导通状态时,是一个像晶闸管一样的正反馈开关,其特点是携带电流能力强和通态压降低。在关断状态下,IGCT门-阴极间的PN结提前进入反向偏置,并有效地退出工作,整个器件呈晶体管方式工作,该器件在这两种状态下

7、的等效电路如下图所示。任务一认识新型电力电子器件任务一认识新型电力电子器件IGCT关断时,通过打开一个与阴极串联的开关(通常是MOSFET),使P基极N发射极反偏,从而迅速阻止阴极注入,将整体的阳极电流强制转化成门极电流(通常在lμs内),这样便把GTO转化成为一个无接触基区的PNP晶体管,消除了阴极发射极子收缩效应。这样,它的最大关断电流比传统GTO的额定电流高出许多。任务一认识新型电力电子器件2.IGCT的特性参数(1)阻断参数。①正向断态重复峰值电压UDRM:IGCT在阻断状态能承受的最大正向

8、重复电压(门极加-2V以上反向电压)②反向断态重复峰值电压URRM:IGCT在阻断状态能承受的最大反向重复电压。对所有的不对称型IGCT,这个值在17V的范围内。任务一认识新型电力电子器件③断态重复峰值电流IDRM:IGCT在重复峰值电压下的最大正向漏电流(门极加-2V以上反向电压)。④直流环节中间电压UDClink:在海平面、露天、环境宇宙射线情况下,100FIT失效率时,IGCT能够长久承受的直流电压(IFIT=100小时出现一次)。任务一认识新型电力电子器件(2

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