第一章电力电子器件ppt课件.ppt

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1、第一章电力电子器件本章重点第一节电力电子器件的基本模型及分类第二节电力二极管第三节晶闸管及其派生器件第四节门极可关断晶闸管第五节电力晶体管（GTR）第六节电力场效应晶体管第七节绝缘栅双极型晶体管第八节其他新型电力电子器件本章小结本章重点常用电力二极管和晶闸管及其派生器件的基本结构、工作原理、外特性、主要参数、开关特性、安全工作区。门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应管、绝缘栅双极晶体管的基本结构、工作原理第一节电力电子器件的基本模型及分类一、基本模型1.电力电子器件相当于开关，其理想模型就是开关。只工作于通、断两种状态。2.实际应用时电力电

2、子器件的特性（见书第五页）分3点。第一节电力电子器件的基本模型及分类二、分类1.按器件的开关控制特性分：（1）不可控器件；如电力二极管（2）半控器件；如晶闸管及其派生器件等（3）全控器件；如门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应管、绝缘栅双极晶体管等第一节电力电子器件的基本模型及分类二、分类2.按器件所受控制信号的特性分：（1）电流控制型器件；如晶闸管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管等。（2）电压控制型器件；如功率场效应管、绝缘栅双极晶体管、静电感应晶体管等。第一节电力电子器件的基本模型及分类二、分类3.按器件内部载流子参与导电情况分：

3、（1）双极型器件；如晶闸管、门极可关断晶闸管、电力晶体管、静电感应晶闸管等。（2）单极型器件；如功率场效应管、静电感应晶体管等。（3）混合型器件；如绝缘栅双极晶体管、MOS晶闸管、集成门极换流晶闸管等。第二节电力二极管一、功率二极管的结构和工作原理1.功率二极管的结构2.功率二极管的工作原理及作用由于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。其作用：不可控整流电路、电感性负载续流用、中高频整流、逆变电路和低压高频电路中。二、功率二极管的特性和主要参数1.功率二极管的特性(1)功率二极管的伏安特性二极管具有单

4、向导电能力，二极管正向导电时必须克服一定的门坎电压Uth(又称死区电压)，当外加电压小于门坎电压时，正向电流几乎为零。硅二极管的门坎电压约为0.5V，当外加电压大于Uth后，电流会迅速上升。当外加反向电压时，二极管的反向电流IS是很小的，但是当外加反向电压超过二极管反向击穿电压URO后二极管被电击穿，反向电流迅速增加。功率二极管的伏安特性(2)功率二极管的开关特性由于PN结电容的存在，二极管从导通到截止的过渡过程与反向恢复时间trr、最大反向电流值IRM，与二极管PN结结电容的大小、导通时正向电流IFR所对应的存储电荷Q、电路参数以及反向电流d

5、i/dt等都有关。普通二极管的trr=2～10µs，快速恢复二极管的trr为几十至几百ns,超快恢复二极管的trr仅几个ns。功率二极管的开关特性2.功率二极管的主要参数(1)反向重复峰值电压URRM取反向不重复峰值电压URSM的80％称为反向重复峰值电压URRM，也被定义为二极管的额定电压URR。显然，URRM小于二极管的反向击穿电压URO。(2)额定电流IFR二极管的额定电流IFR被定义为其额定发热所允许的正弦半波电流平均值。其正向导通流过额定电流时的电压降UFR一般为1～2V。当二极管在规定的环境温度为+40℃和散热条件下工作时，通过正弦

6、半波电流平均值IFR时，其管芯PN结温升不超过允许值。若正弦电流的最大值为IM，则额定电流为(3)最大允许的全周期均方根正向电流IFrms二极管流过半波正弦电流的平均值为IFR时，与其发热等效的全周期均方根正向电流IFrms为由式(1-1)和(1-2)可得（1-3）(4)最大允许非重复浪涌电流IFSM这是二极管所允许的半周期峰值浪涌电流。该值比二极管的额定电流要大得多。实际上它体现了二极管抗短路冲击电流的能力。功率二极管属于功率最大的半导体器件，现在其最大额定电压、电流在6kV、6kA以上。二极管的参数是正确选用二极管的依据。3、使用电力二极管

7、的注意事项（1）保证规定的冷却条件（2）平板型元件的散热器不用自行拆装（3）严禁用兆欧表检查元件的绝缘情况4、主要类型（1）普通二极管：又称整流二极管，多用于1kHz以下电路中。反向恢复时间约25us。正想电流电压可达KA、KV级。（2）快恢复二极管：反向恢复时间在5us以下，又称开关管。（3）肖特基二极管：不采用半导体PN结而利用金属导体和半导体接触形成的势垒为基础的二极管。用于200V以下的低压场合。第三节晶闸管及其派生器件晶闸管(Thyristor)就是硅晶体闸流管，普通晶闸管也称为可控硅SCR,普通晶闸管是一种具有开关作用的大功率半导体

8、器件。目前，晶闸管的容量水平已达8kV／6kA。一、晶闸管的结构和工作原理1.晶闸管的结构晶闸管是具有四层PNPN结构、三端引出线(A、K、G)的器件