电力电子技术课件A.ppt

电子发烧友 电子技术论 第1章 电力电子器件 主要内容： 常用电力电子器件基本结构、工作原理、外特性、主要参数、开关特性、安全工作区。 这些器件的驱动电路和缓冲电路。 1.1 功率二极管1.1.1 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 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di/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 (1-1) (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 (1-2) 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。 1.2 晶闸管 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器件。目前，晶闸管的容量水平已达8kV／6kA。 1.2.1 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。常见晶闸管的外形有两种：螺栓型和平板型。 晶闸管的结构和等效电路如图1-4 所示，晶闸管的管芯是P1N1P2N2四层半导体，形成3个PN结J1、J2和J3。 2. 晶闸管的工作原理 IG↑→Ib2↑→IC2(Ib1)↑→IC1↑ 欲使晶闸管导通需具备两个条件： ① 应在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压。 ② 应在晶闸管的门极与阴极之间也加上正向电压和电流。 (2) 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。 (3) 为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一定数值以下，这只有用使阳极电压减小到零或反向的方法来实现。 1.2.2 晶闸管的特性和主要参数 1. 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。 晶闸管的伏安特性 (2) 晶闸管的门极伏安特性 由于实际产品的门极伏安特性分散性很大，常以一条典型的极限高阻门极伏安特性和一条极限低阻门极伏安特性之间的区域来代表所有器件的伏安特性，由门极正向峰值电流IFGM﹑允许的瞬时最大功率PGM和正