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电力电子基础知识培训 2011-08-29 目 录 整流电路及逆变电路 电力半导体器件 2 3 开关电源概述 变频器硬件体系 4 - 2/47 电力半导体器件 变频器中常见的电力半导体器件： 1、电力二极管（Power Diode） 2、功率晶体管（ GTR --Giant Transistor）也称双极型晶体管（ BJT --Bipolar Junction Transistor） 3、场效应管（MOSFET--Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor） 4、绝缘栅门极双极性晶体管(IGBT—Insulated Gate Bipolar Transistor) 5、智能功率模块（IPM—Intelligent Power Module） 6、PIM 7、晶闸管（SCR—Sillcon Controlled Rectifier） - 3/47 电力半导体器件分类 按照器件能够被电路信号控制的程度，可分为三类： 1、不可控型器件 不能用控制型号控制其通断，不需要驱动电路（二极管） 2、半控型器件 控制信号可控制其开通但不能控制其关断（SCR） 3、全控型器件 控制信号既可以控制开通也可以控制其关断（IGBT、MOSFET…） 按照驱动电路加在控制器件控制端和公共端之间信号的性质可分为： 1、电流驱动型 通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制（GTR、SCR） 2、电压驱动型 通过在控制端施加一定的电压信号就可以实现导通或者关断的控制（MOSFET、IGBT） 分类： - 4/47 电力二极管 特性：单向导电性 不可控 伏安特性 - 5/47 电力二极管的主要参数 额定电流——在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。 IF(AV)——按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。 正向压降UF——在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。 反向重复峰值电压URRM ——对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。使用时，应当留有两倍的裕量 反向恢复时间trr trr= td+ tf 最高工作结温TJM——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。 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。 - 6/47 电力二极管的主要作用 - 7/47 功率晶体管GTR 20世纪80年代以来，在中小功率范围内取代晶闸管，但目前又被IGBT和电力MOSFET取代。常用的有NPN和PNP两种类型，电流全控型器件。主要特点有开关频率低、关断时间长、开关容量大、导通压降低… - 8/47 GTR基本知识 - 9/47 GTR基本知识 - 10/47 GTR基本知识 - 11/47 GTR主要参数 电流放大倍数β; β=Ic/Ib 直流电流增益hFE;一般认为：hFE = β 集射极间漏电流Iceo 集射极间饱和压降Uces 开通时间ton和关断时间toff 最高工作电压 集电极最大允许电流IcM：规定为hFE下降到规定值的1/2~1/3时 所对应的Ic。实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍 多一点 集电极最大耗散功率PcM：最高工作温度下允许的耗散功率 - 12/47 GTR主要参数 - 13/47 GTR主要参数 - 14/47 MOSFET 功率场效应管（MOSFET）是压控型器件，具有高输入阻抗、驱动功率小、控制电路简单、工作频率高、无二次击穿现象等优点 主要品牌有：IR、Fairchild、ON、ST、IXYS、Vishay…… 按导电沟道可分为P沟道和N沟道。按栅极电压幅值可分为：耗尽型和增强型；功率MOSFET主要为N沟道增强型 - 15/47 MOSFET - 16/47 MOSFET - 17/47 MOSFET - 18/47 MOSFET - 19/47 主要参数 1、漏极击穿电压BUD BUD是不使器件击穿的极限参数，它大于漏极电压额定值 BUD随结温的升高而升高，这点正好与GTR和GTO相反。 2、漏极额定电压UD 　　UD是器件的标称额定值。 3、漏极电流ID和IDM 　　ID是漏极直流电流的额定参数；IDM是漏极脉冲电流幅值 4、栅极开启电压UT 　　UT又称阀值电压，是开通Power MOSFET的栅-源电压，它为转移特性的特性曲线与横轴的交点。施加的栅源电压不能太大，否则将击穿器件。 5、跨导gm gm是表征Power MOSFET 栅极控制能力的参数。 MOSFET