第二章 电力电子器件ppt课件.ppt

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1、第2章电力电子器件主讲教师:施金良2.1电力电子器件概述2.2不可控器件—电力二极管2.3半控型器件—晶闸管及其派生器件2.4全控型器件2.5功率模块与功率集成电路2.6电力电子器件驱动与保护电路2.7电力电子器件的串联与并联运行本章小结第2章电力电子器件2.1电力电子器件概述电力电子器件(PowerElectronicDevice)是指可直接用于处理电能的主电路中,实现电能的变换或控制的大功率(通常指电流为数十至数千安,电压为数百伏以上)的电子器件。可以认为是由电子技术手段控制的工作于开关状态的电力器件。各种电力电子器件均

2、具有导通和阻断两种工作特性。这些器件构成装置不仅体积小、工作可靠,而且节能效果十分明显(一般可节电10%~40%)。2.1.1电力电子器件的分类不可控型、半控型和全控型器件双极型、单极型和混合型器件电流控制型和电压控制型器件2.1电力电子器件概述不可控型、半控型和全控型器件1)不可控型器件:电力二极管不可控型器件是指不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。这种器件只有两个端子,导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。2)半控型器件:普通晶闸管由于这类器件通过控制信号只能控制其开通而不能控制其关断。半控型器件的

3、关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。普通晶闸管及其大部分派生器件属于这一类。3)全控型器件:大功率三极管,IGBT,MOSFET等由于这类器件通过控制信号既可以控制其开通,又可以控制其关断,故被称为全控型器件。这类器件品种很多,目前最常用的是IGBT和电力MOSFET,在处理兆瓦级大功率电能的场合,门极可关断晶闸管(GTO)应用也较多。2.1电力电子器件概述双极型、单极型和混合型器件众多电力电子器件又可分为双极型、单极型和混合型三种类型。凡由一种载流子参与导电的称为单极型器件,如电力MOSFET、静电感应晶体管(

4、SIT)等。凡由电子和空穴两种载流子参与导电的称为双极型器件,如PN结整流管、普通晶闸管、电力晶体管等。由单极型和双极型两种器件组成的复合型器件称为混合型器件,如IGBT和MOS控制晶闸管(MCT)等。图2.1所示为电力电子器件“树。图2.1电力电子器件“树”2.1电力电子器件概述电流控制型和电压控制型器件1)电流控制型器件如果是通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制,这类电力电子器件被称为电流控制型电力电子器件或者电流驱动型电力电子器件。2)电压控制型器件如果是仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可

5、实现导通或者关断的控制,这类电力电子器件被称为电压控制型电力电子器件或者电压驱动型电力电子器件。2.1电力电子器件概述2.1.2电力电子器件的使用特点从使用角度出发,主要可从以下五个方面考察电力电子器件的性能特点。导通压降。电力电子器件工作在饱和导通状态时仍产生一定的管耗,管耗与器件导通压降成正比。运行频率。受到开关损耗和系统控制分辨率的限制,器件的开关时间越短,器件可运行的频率越高。器件容量。器件容量包括输出功率、电压及电流等级、功率损耗等参数。耐冲击能力。这主要是指器件短时间内承受过电流的能力。半控型器件的耐冲击能力远高

6、于全控型器件。可靠性。这主要是指器件防止误导通的能力。2.1电力电子器件概述2.1.3电力电子器件的现状和发展趋势目前电力电子器件的种类和发展历史如图2.2所示。电力电子器件的主要性能指标为电压、电流和工作频率三个参数,通过对这三项参数的比较即可明白每种器件的应用范围。图2.2电力电子器件的种类和发展历史2.1电力电子器件概述单管的输出功率图2.3所示为逆变器每臂用单个器件时的输出功率与工作频率的关系曲线。图2.3单个器件输出频率与工作频率的关系2.1电力电子器件概述电流与电压的等级几种全控型器件的电压与电流等级的比较曲线如

7、图2.4所示。图2.4几种全控型器件的电压和电流等级的比较曲线2.1电力电子器件概述功率损耗图2.5给出了1000V级器件功率损耗与工作频率的关系曲线。图2.51000V级器件功率损耗与工作频率的关系2.1电力电子器件概述实践证明,各种器件以自己的某种优势占领一定范围的应用领域,但与其他器件会有竞争,因此用户可有更多的选择。最终各种器件在竞争的基础上形成互补的局面。各种电力电子器件寿命的周期曲线如图2.6所示。图2.6各种器件寿命的周期曲线2.1电力电子器件概述2.2不可控型器件—电力二极管电力二极管(PowerDiode)

8、自20世纪50年代初期就获得应用,当时也被称为半导体整流器(SemiconductorRectifier,SR)。虽然是不可控型器件,但其结构和原理简单,工作可靠,所以直到现在,电力二极管仍然大量应用于许多电气设备当中,特别是快恢复二极管和肖特基二极管分别在中、高频整流和逆变以及低压高频整

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