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《机电控制系统》要点（2011） 一、电力电子器件： 1． 电力电子器件在变流设备中的主要是作为“开关”来使用，此开关为电子开关，相对于机械开关有什么 不同？有何优点？ 电力电子器件( 电力半导体开关器件)本质上是大容量的无触点可控功率开关，主要用于开关工作状态。 理想的功率开关器件，应当有理想的静态和动态特性： 1) 截止状态能承受高电压(高阻断电压) ； 2) 导通状态通导大电流，压降很低； 3) 在开关切换时，开、关时间短(高开关频率) ，可承受高的电流变化率di/dt 和电压变化率dv/dt ； 4) 截止、导通均可控。 2 ． 通用变频器对电力电子开关器件的基本要求： 大工作电流 （容量）、高阻断电压、高工作频率、（另加）驱动控制功率小； 3 ． 电子开关的分类：不可控型/半控型/全控型、单极型/双极型/混合型、电流控制/ 电压控制； 按器件内部载流子的导电类型分： 双极型器件：电子、空穴均参与导电；电流控制型器件，耐压高、通态压降低、导通损耗小，适合于高压大容量的应用；控制 功率大、驱动电路较复杂、工作频率较低、耐冲击能力差，易受二次击穿而损坏 单极型器件：一种(多数)载流子参与导电；属电压控制型器件；控制功率小、驱动电路简单、工作频率高、无二次击穿问题、 安全工作区宽，适合于中小容量的应用；是通态压降大、导通损耗大 复合型器件：单极性器件作为输入级，双极型器件作为输出级；属电压控制型器件；大功率、低驱动、高频化，成为一代新型 的场控复合器件 按可控程度分： 半控型器件：通过门极只能控制其导通而不能控制其关断的器件；普通晶闸管及其派生器件。 全控型器件：通过控制极既能控制其导通又能控制其关断的器件；GTO、BJT(GTR) 、功率MOSFET 、IGBT、IGCT 等 不可控器件：功率二极管 按控制信号的性质分 电流控制型器件：通过从控制极注入或抽出控制电流控制导通或关断。 晶体管类，如电力晶体管、达林顿晶体管及其模块等；晶闸管类，如普通晶闸管、可关断晶闸管等；双极性器件 导通压降很低，导通损耗较小 工作频率相对低，控制极输入阻抗低，控制功率较大，控制电路复杂。 电压控制型器件：利用场控原理，其导通或关断由控制极上的电压信号决定，控制极电流很小 结型场效应器件，如静电感应晶体管、静电感应晶闸管等 绝缘栅场效应器件，如IGBT、功率MOS-FET 工作频率高，控制极输入阻抗高，控制功率小，控制电路简单。 4 ． SCR、GTO、GTR （BJT ）、P-MOSFET、IGBT 所属类型、特点； 电流半控双极型器件—晶闸管(SCR) Silicon Controlled Rectifier 不具有自身关断能力的电流半控性电力电子器件 有关晶闸管的结论： 晶闸管导通的条件：在晶闸管的阳极与阴极间加正向电压；在晶闸管的门极和阴极之间也加正向电压。 晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用。要使已导通的晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到维持电流以下，这只能采用阳极 电压减小到零或反向的方法来实现。 电流全控双极型——GTO Gate turn-off Thyristor 电流全控双极型器件—电力晶体管(GTR/BJT) Giant Transistor/Bipolar Junction Transistor 与普通双极型晶体管基本原理一样，主要是耐压高、电流大、开关特性好，作为功率开关器件使用。 电压全控单极型器件﹣功率场效应晶体管(Power MOSFET) MOSFET 是一种多数载流子导电的半导体器件，具有基于金属(M)-氧化物(O)-半导体(S)构成的绝缘栅的结构。有P 沟道、N 沟 道和增强型、耗尽型之分。 应用于电力电子变换的场效应晶体管，称为功率MOSFET( 电力MOSFET) ，主要是N 沟道增强型。 1 © Copyrights by Huajun He,2011 All rights reserved 具有工作频率高、驱动功率小、无二次击穿等优点，在中、小功率场合应用广泛。 电压全控复合型器件–绝缘栅双极型晶体管IGBT GTR (BJT) 的特点：双极型，电流驱动，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。 MOSFET 的优点：单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单 输入级MOSFET+输出