第1篇 电力电子开关器件和辅助电路 工学硕士电力电子技术课件.pptVIP

1.1 电力电子开关器件概述 1.1.1 电力电子开关器件的特点 相当于MOSFET驱动的厚基区PNP型 GTR组成的达林顿结构。 Rdr是GTR基区扩展电阻(调制电阻)。 Rbr是体区短路电阻。 当考虑擎住效应时，内部存在寄生三 极管NPN。 当UGE大于开启电压时，管子饱和导通；由于电导调制效应 的作用，具有较小的导通压降。 当UGE小于开启电压时，管子关断。 1.7.2 IGBT的基本特性 1. 静态特性 转移特性——反映集电极电流与 栅极电压的关系。 与功率MOSFET基本相似。IGBT的开启电压UT一般2～6V，最大不超过15V，并随温度升高而略有降低。 ②输出特性——集—射极电压UCE与集电极电流IC的关系，控制参数是栅—射极电压UGE。 输出特性分为饱和区、有源区、正向阻断区。IGBT工作时在饱和区和正向阻断区之间转换。 饱和区 正向阻断区 有源区 IGBT在额定电流时，通态压降约为1.5~2V。 IGBT并联使用时，具有自动调节均流的能力。 2. 动态特性(略) 1.7.3 IGBT的主要参数 最大集电极电压UCEM ——IGBT内部PNP三极管所承受的最高电压。 2. 最大集电极电流ICM ——集电极允许流过的最大电流。此定额与结温有关。 3. 最大允许的耗散功率PCM ——在额定结温下，管子长期运行时允许的最大功率。 4. 栅极最大电压UGEM ——栅极所能承受的最大电压，一般在±20V左右。 5. 开关频率 ——最高可达40kHz，典型工作频率20kHz。 1.7.4 IGBT的擎住效应和安全工作区 1.擎住效应 集电极电流大到一定程度，体区电阻上的电压使寄生三 极管导通，即使UGE为零，IGBT仍然导通，管子失去控制。 正向偏置安全工作区（FBSOA） 当导通时间很小时，FBSOA为 一矩形。 由最大集电极电流ICM、最大集 电极电压UCEM和最大允许的耗 散功率PCM确定。 反向偏置安全工作区（RBSOA） 由最大集电极电流ICM、最大集 电极电压UCEM和最大允许的 du/dt决定。 2. 安全工作区 1.8 其他新型电力电子开关器件 1.8.5 功率模块和功率集成电路PIC 功率模块(Power Module，PM) 将多个相同的电力电子器件或多个相互配合使用的不同电力电子器件，按照典型电力电子电路所需要的拓扑结构连接并封装在一起的器件集成。 可缩小装置体积，降低成本，提高可靠性。 对工作频率高的电路，可大大减小线路电感，从而简化 对保护和缓冲电路的要求。 GTR两单元 GTR六单元 GTR两单元 GTR六单元 2. 功率集成电路(Power Integrated Circuit，PIC) 将电力电子开关器件和控制系统中的某些信息电子电路（如逻辑、保护、检测和传感功能等），整体集成在一起。 （1）高压集成电路（HVIC） ——是横向高耐压电力电子器件和控制电路的单片集成。 （2）智能功率集成电路（SPIC） ——是电力电子器件与控制、保护和传感器等电路的集成。 智能功率开关 属于固态开关，在同一个芯片中集成了控制部件（逻辑、接口、驱动器）、诊断、保护功能以及功率级。 智能功率模块（Intelligent Power Module，IPM） 由高速低功耗的IGBT管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成，也称智能IGBT（Intelligent IGBT）。 * 电力电子开关器件：一般专指以开关方式工作的电力半导体器件，它被直接应用在电力系统或电气设备的主电路中，实现电能的变换和控制任务。 主要内容： 概述电力电子器件的特点和分类等问题。 介绍常用电力电子器件的基本结构、工作原理、基本特性和主要参数。 第1篇 电力电子开关器件和辅助电路 教学要求： 1.了解各种电力电子开关器件的结构和工作原理； 2.掌握开关器件的基本特性和主要参数。 第1章 电力电子开关器件 直接承担电能的变换或控制任务 硅材料 传统电力电子开关器件——半控型晶闸管及其派生器件。 现代电力电子开关器件 ——高速、全控型器件。 采用分立式结构。 半控型。 采用移相控制技术。 电压、电流定额高。 全控化，集成化，高频化，多功能化。 主要特点： 主要特点： 特别是功率集成电路PIC除开关功能外，还有驱动、保护、检测等功能。 1.1.2 电力电子开关器件的种类 不控型——没有控制端子的两端器件，但具有单向导电性。 如电力二极管 可控型