第2章伺服控制基础知识.ppt

伺服控制基础知识 内容提要 电力电子器件的应用 检测元件 电力电子器件的应用 不可控器件 二极管是一种不可控器件，二极管在电路中常用VD表示。 结构简单、工作可靠，在整流、逆变电路中广泛应用； 工作原理：与普通的二极管一样以半导体PN结为基础； 外形：主要有螺栓型和平板型两种封装； 当PN结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上则形成自P区流入而从N区流出的电流，称为正向电流IF，这就是PN结的正向导通状态； 当PN结外加反向电压时（反向偏置）时，反向偏置的PN结表现为高阻态，几乎没有电流流过，被称为反向截止状态。 从伏安特性可见，当阳极电压大于阴极电压0.7V时二极管导通,当施加反向电压值达到击穿电压时二极管被击穿。 利用二极管具有的单方向导电性，在电路中广泛用作：整流、箝位、隔离和续流。变流电路中用于整流和续流的二极管是功率二极管。 半控型器件 晶闸管(SCR) 双向晶闸管(TRIAC ) 晶闸管(SCR) 晶闸管的结构和符号 晶闸管的工作原理 晶闸管的伏安特性 晶闸管的结构和符号 晶闸管是在半导体二极管、三极管之后出现的一种新型的大功率半导体器件 它是一种可控制的硅整流元件，亦称可控硅。 外形有螺栓型和平板型两种封装型式； 引出阳极A、阴极K和门极G （控制端）三个联接端； 螺栓型封装，螺栓是其阳极，可与散热器紧密联接且安装方便； 平板型封装的晶闸管由两个散热器将其夹在中间。 晶闸管是由四层半导体构成的。图2-2a)所示为螺栓形晶闸管的内部结构，它主要由单晶硅薄片P1，N1，P2，N2四层半导体材料叠成，形成三个PN结。图2-2b)和c)分别为其示意图和表示符号。 晶闸管的工作原理 起始时若控制极不加电压，则不论阳极加正向电压还是反向电压，晶闸管均不导通，这说明晶闸管具有正、反向阻断能力。 晶闸管的阳极和控制极同时加正向电压时晶闸管才能导通，这是晶闸管导通必须同时具备的两个条件。 在晶闸管导通之后，其控制极就失去控制作用。欲使晶闸管恢复阻断状态，必须把阳极正向电压降低到一定值(或断开，或反向)。所以说晶闸管是控制导通而不控制关断的半控器件。 晶闸管的PN结可通过几十至几百安的电流，因此它是一种大功率的半导体器件。 由于晶闸管导通时，相当于两只三极管饱和导通，因此，阳极与阴极问的管压降为1V左右，而电源电压几乎全部分配在负载电阻RL上。 §2.3.2 晶闸管的基本特性 双向晶闸管(TRIAC ) 双向晶闸管也称双向三极半导体开关元件(Bidirectional Triode Thyristor) 它和单向晶闸的区别是：第一，它在触发之后是双向导通的；第二，在门极中所加的触发信号不管是正的还是负的都可以使双向晶闸管导通。双向晶闸管可看作由两个单间晶闸管反向并联组成。 双向晶闸管的特性和单向晶闸管的正向特性有点相近；只不过多了一个完全相同的反向特性而已，可见双向晶闸管具有双向导通及控制的性质。 图2-5中给出的是第一、三象限的伏安特性，在这两个象限中，双向晶闸管能够实现最可靠触发导通。而第二、四象限一般是不用于触发工作。 双向晶闸管可以用作固态继电器、过零开关等。作为交流开关它有很广泛的应用。 全控型器件 变频调速技术的发展同现代功率开关器件的研制与发展是密切相关的。 由于晶闸管(SCR)和双向晶闸管（TRIAC）元件不具备自关断能力，且开关速度低，限制了常规晶闸管变频器的性能与应用范围。 80年代以来，各种具备自关断能力的全控型、高速型功率集成器件不断研制成功，使得变频器技术跨人了电力电子技术的新时代。 双极型器件 可关断晶闸管GTO(GateTurn-off Thyristor) 功率晶体管GTR(Giant Transistor) 静电感应晶闸管SITH(Staticlnduction Thyristor) 单极型器件 功率场控晶体管(Power Mosfet) 静电感应晶体管SIT(Staticlnduction Transistor) 混合型器件 MOS门极晶体管MGT(MOS Gate Transistor) 绝缘门极晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar) MOS晶闸管MCT(MOS-Coutrolled Thyristor) 功率集成电路PIC(Power Integrated Circuit) IGBT、GTR、GTO和电力MOSFET的驱动电路特点 IGBT驱动电路的特点：驱动电路具有较小的输出电阻，IGBT是电压驱动型器件，IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。 GTR驱动电路的特点：驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿，并有一定的过冲，这样可加速开通过程，减小开通损耗，关断时，驱动电路能提供幅值足够大的反