电力电子技术第2章电力电子器件综述.ppt

第2章 电力电子器件;第2章 电力电子器件·引言;2.1 电力电子器件概述;1）概念: 电力电子器件（Power Electronic Device） ——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 主电路（Main Power Circuit） ——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。 2）分类: 电真空器件 (汞弧整流器、闸流管) 半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅）;2.1.1 电力电子器件的概念和特征;低频时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。;on-state losses;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。;2.1.3 电力电子器件的分类;电力电子器件概述;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。 可能会对主电路的其它电路元件有特殊的要求。;2.2 不可控器件—电力二极管Power Diode; Power Diode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。肖特基二极管恢复时间更短。 扩散运动：高浓度扩散到低浓度 漂移运动：有外电场作用 空间电荷区：势垒区、耗尽层、阻挡层。 电导调制效应：基片低参杂N区的欧姆电阻减少。 当二极管导通，正向电流较大时，空穴穿过P-N结进入N－区，并在N－区得到积累，浓度将很大，为了维持半导体电中性条件，其多子（电子）浓度也相应大幅度增加，使得其电阻率明显下降，这就是电导调制效应。;半导体二极管（见PN结基础知识）;不可控器件—电力二极管;电力二极管(Power Diode);电力二极管; 状态参数; 雪崩击穿：;齐纳击穿：; 电击穿:当反向电流与电压的乘积不超过PN结容许的耗散功率时,称为电击穿，是可逆的。即反压降低时,管子可恢复原来的状态。;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。 势垒电容：只在外加电压变化时才起作用。 扩散电容：仅在二极管正向偏置时,载流子的扩散运动加强，在势垒区两侧的中性区将产生有非平衡载流子造成的电荷积累。正向电压越大，非平衡载流子的浓度越高形成扩散电容CD。正向电压越大， CD 越大，反偏时CD=0 电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关状态。 ;2.2.2 电力二极管的基本特性;⒉ 动态特性 因结电容的存在，电力二极管在零偏置、正向导通和反向截止这三个状态之间转换时，必然经过一个过渡过程，其电压、电流随时间变化的特性称为电力二极管的动态特性。;t2 ：时刻电流变化率接近零，恢复对反向电压阻断;b);开通特性： 电力二极管的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）。 这一动态过程时间被称为正向恢复时间tfr。;2.2.3 电力二极管的主要参数;电力二极管(Power Diode);2.2.3 电力二极管的主要参数; 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。 (浪涌电流指电源接通瞬间，流入电源设备的峰值电流。) (浪涌电流也指由于电路异常情况引起的使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。) ;1) 普通二极管（General Purpose Diode） 又称整流二极管（Rectifier Diode） 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（=5us） 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高，数千安，电压数千伏。; 简称快速二极管（掺金工艺）快恢复二极管的内部结构与普通二极管不同，它是在P型、N型硅材料中间增加了基区I，构成P-I-N硅片。由于基区很薄，反向恢复电荷很小，不仅大大减小了trr值，还降低了瞬态正向压降，使管子能承受很高的反向工作电压。 快恢复外延二极管 （Fast Recovery Epitaxial Diodes——FRED），其trr更短（