电力电子课件第2篇(2.1-2.3).pptVIP

2.1 概述 电力电子器件在电力电子技术中作为开关元件使用，要求它具有开关速度快、承受电流和电压能力大和开关损耗小等特点。 理想的电力电子器件应在断态时能承受高电压且漏电流很小，在通态时能通过大电流且压降非常低，通断转换时间短。 电力电子器件在应用时应有能限制电流和电压上升的能力。为进一步简化电路的结构，提高工作的可靠性，电力电子器件应将多单元器件、驱动电路、保护电路集成在一起。 2.1 概述 电力电子器件种类很多。根据电力电子器件被控制信号所控制的程度，电力电子器件分为三种。 不控型器件：电力二极管 半控型器件：普通晶闸管SCR及其派生系列（门极可关断晶闸管GTO除外）。 全控型器件：GTO、电力晶体管GTR、功率场效应管MOSFET、绝缘栅双极晶体管IGBT等。还有一些新型电力电子器件，如功率集成模块PIC、智能功率模块IPM等。 2.2 电力二极管 2.2.1 电力二极管的结构 电力二极管的基本结构和原理与信息电子电路中的二极管一样，都是具有一个PN结的两端器件。 不同的是电力二极管的PN结面积较大。 2.2 电力二极管 大功率二极管 2.2 电力二极管 2.2.2 电力二极管的基本特性 静态特性、动态特性 ⒈ 静态特性 电力二极管的静态特性主要是指其伏安特性，即器件端电压与电流的关系。 2.2 电力二极管 ⒉ 动态特性 因结电容的存在，电力二极管在零偏转、正向偏转和反向偏转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。 2.2 电力二极管 2.2 电力二极管 开通过程： 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 电力二极管 2.2.3 电力二极管的主要参数 1．正向平均电流IF 指在规定+40℃的环境温度和标准散热条件下，元件结温达到额定且稳定时，容许长时间连续流过工频正弦半波电流的平均值。 在选择电力二极管时，应按元件允许通过的电流有效值来选取。对应额定电流IF的有效值为1.57IF。 2．正向电压降UF 电力二极管在规定温度和散热条件下，流过某一指定的正向稳态电流时，电力二极管的最大电压降。 2.2 电力二极管 3．反向重复峰值电压URRM 电力二极管在指定温度下，所能重复施加的反向最高峰值电压，通常是反向不重复峰值电压URSM的2/3。使用时，一般按照两倍的URRM来选择电力二极管。 2.2 电力二极管 2.2.4 电力二极管的主要类型 电力二极管用途： 在AC/DC变换电路中作为整流元件 在电感元件电路中作为续流元件 在各种变流电路中作为隔离、篏位或保护元件。 1．普通二极管 它又称为整流二极管，多用于开关频率不高的整流电路中。其正向电流和反向电压的额定值可达到很高，可达到数千安和数千伏。 2.2 电力二极管 2．快速恢复二极管 反向恢复时间很短，一般在5μs以下，此类二极管称为快速恢复二极管。快速恢复外延型二极管反向恢复时间可低于50ns，正向压降很低，多用于高频整流电路中。 3．肖特基二极管 用金属和半导体接触形成PN结的二极管，称为肖特基二极管。其优点在于： 反向恢复时间短到10～40ns，正向恢复过程也没有明显的电压过冲。 另外，正向压降也很低，明显低于快速恢复二极管。肖特基二极管多用于200伏以下的电路中。 普通整流管模块参数表 快速二极管模块参数表 快速、超快速、肖特基二极管参数表 2.3 晶闸管及派生器件 晶闸管SCR又称为可控硅，属于半控型电力电子器件。目前，在高电压、大电流的应用场合是无可替代的器件。因为晶闸管价格低、工作可靠，因此在大容量、低频的电力电子装置中仍占主导地位。 性能优良的晶闸管派生器件，如快速、双向、逆导、门极可关断、光控等晶闸管。 2.3 晶闸管及派生器件 2.3.1 晶闸管的结构和工作原理 晶闸管是一种四层三个PN结，三端大功率电力电子器件。外形、结构、电气符号如图所示。 2.3 晶闸管及派生器件 晶闸管的管耗和散热： 管耗＝流过器件的电流×器件两端的电压 管耗将产生热量，使管芯温度升高。如果超过允许值，将损坏器件，所以必须进行散热和冷却。 冷却方式： 自然冷却（散热片）、风冷（风扇）、水冷 大功率晶闸管水冷组件 晶闸管 超大功率晶闸管 晶闸管的其它封装形式 晶闸管的开关特点 〔简单描述〕晶闸管SCR相当于一个半可控的、可开不可关