电力电子技术第1章电力电子器件概述资料教程.ppt

第1章电力电子器件电子技术的基础
———电子器件：晶体管和集成电路
电力电子电路的基础
———电力电子器件

本章主要内容：
概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。
介绍常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意问题。1.1.1电力电子器件的概念和特征
1.1.2应用电力电子器件的系统组成
1.1.3电力电子器件的分类
1.1.4本章内容和学习要点

能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。
电力电子器件一般都工作在开关状态。
电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。
电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。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，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。

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，又称自关断器件。
不可控器件(PowerDiode)
——不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。

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的控制。

电压驱动型
——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。本章内容:

介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。
集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用这三个问题。

学习要点:

最重要的是掌握其基本特性。
掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性曲线的使用方法。
可能会主电路的其它电路元件有特殊的要求。1.2.1PN结与电力二极管的工作原理
1.2.2电力二极管的基本特性
1.2.3电力二极管的主要参数
1.2.4电力二极管的主要类型PowerDiode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用。
快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位。基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。
由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。
从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。状态参数

PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ，又称为微分电容。

结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容CD。

电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关状态。
主要指其伏安特性
门槛电压UTO，正向电流IF开始明显增加所对应的电压。
与IF对应的电力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。2)动态特性
——二极管的电压-电流特性随时间变化的
——结电容的存在
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。
额定电流——在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。
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。

使用时，应当留有两倍的裕量。

4）反向恢复时间trr
trr=td+tf

结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。

TJM是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。

TJM通常在125~175C范围之内。

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。1)普通二极管（GeneralPurposeDiode）

又称整流二极管（RectifierDiode）
多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路
其反向恢复时间较长
正向电流定额和反向电压定额可以达到很高
DATASHEET

简称快速二极管

快恢复外延二极管
（FastRecoveryEpitaxialDiodes——FRED），其trr更短（可低于50ns），UF也很低（0.9V左右），但其反向耐压多在1200V以下。

从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者trr为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到20~30ns。
DATASHEET123
肖特基二极管的弱点
反向耐压提高时正向压降会提高，多用于200V以下。
反向稳态损耗不能忽略，必须严格地限制其工作温度。
肖特基二极管的优点
反向恢复时间很短（10~40ns）。
正向恢复过程中也不会有明显的电