电力电子技术(康伟)k课件1P1.pptVIP

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第1章 电力二极管和晶闸管 电力电子器件是电力电子电路的基础。掌握各种常用电力电子器件的特性和正确使用方法是我们学好电力电子技术的基础。 本章首先简要概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题,然后分别介绍几种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的一些问题。 §1.1 电力电子器件概述 1.1.1 电力电子器件的特征 所能处理的电压电流较大。主电路功率达MW级。 §1.2 不可控器件——电力二极管 电力二极管的基本特性 伏安特性 正向通态压降UF,0.7~1.2V; 反向漏电流IS,数十?A~数十mA; UTO :门槛电压 UBR:反向击穿电压 开关特性 PN结上存储有空间电荷和两种载流子,形成电荷存储效应及结电容,直接影响着二极管的动态开关特性。 电导调制效应:当PN结外加正向电压,流过正向电流较大时,通过正向PN结两侧载流子存储量或电导率的自动调节作用,使得压降随着正向电流的增大而增加很少,基本维持在1V左右. 电力二极管的主要参数 1. 正向平均电流IF(AV)(额定电流) 所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。 实际选管时,还是需要考虑工作电流有效值(发热损耗)是否会超过允许的定额。 选管原则:实际电流波形所造成的发热效应与工频正弦半波时的有效值相等,选取电力二极管的电流定额,并应留有一定的裕量。 比如,峰值为iM的正弦半波电流对应的平均值IF(AV)=iM/?(平均面积),其对应的有效值I= iM/ 2,故得 I = (? /2) IF(AV) =1.57 IF(AV) 2. 正向压降UF 1V左右。 3. 反向重复峰值电压URRM 指所能重复施加的反向最高峰值电压。通常是其雪崩击穿电压UBR的2/3。 4. 最高工作结温TJM 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。 5. 反向恢复时间trr 6. 浪涌电流IFSM 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。短时冲击电流很大。 电力二极管的主要应用及类型 电力二极管的广泛应用:整流、控制电感续流、电压隔离、箝位或保护。 分类: 1. 普通二极管 开关频率在1kHz以下。反向恢复时间长,一般在5?S以上。正向电流定额和反向电压定额高,分别可达数kA和数kV以上。 2. 快恢复二极管反向恢复时间trr很短(一般在5?S以下)。 多采用掺金工艺: PN结型结构,改进的PiN结构。 快恢复外延二极管: 外延型PiN结构, 反向恢复时间更短(50nS),正向压降低(0.9V左右),反向耐压多在400V以下。 分为快恢复和超快恢复两个等级: 前者反向恢复时间为数百nS或更长,后者则在100nS以下,甚至达到20~30nS。 3. 肖特基二极管 以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管。 肖特基二极管的突出优点:反向恢复时间trr短(10~40nS);正向压降小。 主要缺点:反向耐压低,200V以下;反向漏电流较大且对温度敏感。反向稳态损耗不能忽略,而且必须更严格地限制其工作温度。 §1.3 半控型器件——晶闸管 晶闸管(Thyristor)是晶体闸流管的简称,又称作可控硅整流器(Silicon Controlled Rectifier——SCR),以前被简称为可控硅。能承受的电压和电流容量是目前电力电子器件中最高的,工作可靠,因此在大容量的应用场合占有比较重要的地位。 四层半导体结构:三个PN结。P1区引出阳极A,N2区引出阴极K,P2区引出门极G。 外加正向电压(A接正,K接负):J2反向偏置,A、K之间处于阻断状态,只能流过很小的漏电流。 外加反向电压(A接负,K接正):J1和J3反偏,器件也处于阻断状态,仅有极小的反向漏电流通过。 双晶体管模型 晶闸管可以看作两个晶体管V1、V2组合而成。如果外电路向门极注入电流IG,也就是注入驱动电流,则IG流入晶体管V2的基极。 SCR的触发导通正反馈原理:在A-K间加正向电压,若外电路向门极注入电流IG: 门极触发:若撤掉外加门极电流IG,由于内部正反馈作用,并且反馈电流IC1IG,V1、V2导通状态相互依赖,相互维持。 如何使SCR关断:设法使阳极电流IA减小到接近0,解除正反馈;使SCR所在的回路断开;A-K间所加正向电压降到 0 或施加反压。 SCR为半控器件:通过门极只能使SCR触发导通,而不能控制其关断。 门极触发; 阳极电压过高,造成雪崩效应,使反偏的J2结少子漏电流流倍增; 阳极电压上升率d

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