1、電力電子技術(shù) 電力電子器件南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院21.1.1 電力電子器件組成的應(yīng)用系統(tǒng)1.1電力電子器件概述電力電子器件概述 主電路采樣驅(qū)動(dòng)電路數(shù)字控制器南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院3控制電路檢測(cè)電路驅(qū)動(dòng)電路RL主電路V1V2南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院4南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院51.概念 電力電子器件（Power Electronic Device）是指可以直接用于處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。2.特征處理電功率的能力小至毫瓦級(jí)，大至兆瓦級(jí)，一般都遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件；電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)；需要驅(qū)動(dòng)電路；電力電子器件自身的功率損耗通常遠(yuǎn)大于信息電子器件 1.1.2電

2、力電子器件的概念與特征 南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院61.1.3電力電子器件的分類(lèi)受控程度 不控型 半控型 全控型控制方式 電壓控制型(場(chǎng)控器件 or 場(chǎng)效應(yīng)器件) 電流控制型南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院71.2 不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管1.2.1 電力二極管的工作原理當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓（P極加正、N極加負(fù)）時(shí)，有從P到N的正向電流流過(guò)，此時(shí)，PN結(jié)表現(xiàn)為低阻，電力二極管電壓降維持在1V左右，稱(chēng)為正向?qū)?。?dāng)PN結(jié)加反向電壓（P負(fù)N正）時(shí)，只有極小的反向漏電流流過(guò)PN結(jié)，此時(shí)PN結(jié)表現(xiàn)為高阻，稱(chēng)為反向截止。二極管的基本原理二極管的基本原理：PN結(jié)的單向?qū)щ娦阅暇┕I(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院8-。-

3、。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。+-+-+-+-+-空間電荷區(qū)P型區(qū)N型區(qū)內(nèi)電場(chǎng)南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院9反向擊穿 施加的反向電壓過(guò)大，反向電流將會(huì)急劇增大，從而破壞PN結(jié)反向?yàn)榻刂沟墓ぷ鳡顟B(tài)，這就叫做反向擊穿。 熱擊穿 當(dāng)發(fā)生發(fā)生反向擊穿時(shí)，如果反向電流未被限制住，使得反向電流和反向電壓的乘積超過(guò)了PN結(jié)所容許的耗散功率，就會(huì)因大量的熱量散發(fā)不出去而導(dǎo)致PN結(jié)結(jié)溫快速上升，直至過(guò)熱而燒毀，這就是熱擊穿。 南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院101.2.2 電力二極管的基本特性與參數(shù) 1.電力二極管的伏安特性 外加電壓大于二極管的門(mén)檻電壓UTO時(shí)正向電流開(kāi)始迅速增加，二極管即開(kāi)始導(dǎo)通。功

4、率二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。 南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院11當(dāng)電力二極管承受反向電壓時(shí)，只有很小的反向漏電流IRR流過(guò)，器件處于反向截止?fàn)顟B(tài)。 當(dāng)反向電壓增大到UB時(shí)，PN結(jié)內(nèi)產(chǎn)生雪崩擊穿，反向電流急劇增大，這將導(dǎo)致二極管發(fā)生擊穿損壞。 南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院122.電力二極管的開(kāi)關(guān)特性 a)正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置 b)零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置 南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院13開(kāi)關(guān)特性開(kāi)關(guān)特性因結(jié)電容的存在，狀態(tài)轉(zhuǎn)換有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，此過(guò)程因結(jié)電容的存在，狀態(tài)轉(zhuǎn)換有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，此過(guò)程中的電壓中的電壓電流特性是隨時(shí)間變化的，開(kāi)關(guān)特性即反映通態(tài)和斷電流特性是隨時(shí)間變化的，開(kāi)關(guān)特性即反映通態(tài)和斷態(tài)之間

5、的轉(zhuǎn)換過(guò)程態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程開(kāi)通過(guò)程：開(kāi)通過(guò)程： 二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過(guò)沖二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過(guò)沖UFP，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才趨于接，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值。這一動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間被稱(chēng)為正向恢復(fù)時(shí)間近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值。這一動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間被稱(chēng)為正向恢復(fù)時(shí)間tfr。 * 達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大 *正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上升率越大，升率越大，UFP越高越高關(guān)斷過(guò)程：關(guān)斷過(guò)程：須經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)铐毥?jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入

6、截止?fàn)顟B(tài)。在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電態(tài)。在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過(guò)沖壓過(guò)沖南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院143.電力二極管的主要參數(shù) 1.正向平均電流正向平均電流IF(AV)額定電流額定電流在指定的管殼溫度（簡(jiǎn)稱(chēng)殼溫，用在指定的管殼溫度（簡(jiǎn)稱(chēng)殼溫，用TC表示）和散熱條件下，其允許流過(guò)的最大工頻正弦半表示）和散熱條件下，其允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值（波電流的平均值（與與SCR相同相同）正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定義的，因此正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定義的，因此使用時(shí)使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則應(yīng)按有效值相等的原則來(lái)選取電流

7、定額，并應(yīng)來(lái)選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。留有一定的裕量。南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院152.反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URRM對(duì)功率二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓對(duì)功率二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓通常是其雪崩擊穿電壓通常是其雪崩擊穿電壓UB的的2/3。使用時(shí)，往往按照電路中功率二極管可能承受的反向最使用時(shí)，往往按照電路中功率二極管可能承受的反向最高峰值電壓的兩倍來(lái)選定。高峰值電壓的兩倍來(lái)選定。3.正向壓降正向壓降UF指功率二極管在指定溫度下，指功率二極管在指定溫度下，流過(guò)穩(wěn)定的流過(guò)穩(wěn)定的正向正向額定電流額定電流時(shí)，器件兩端的正向平均電壓時(shí)，器件兩端的正向平均電壓，（又稱(chēng)管壓

8、降）。（又稱(chēng)管壓降）。4.反向漏電流反向漏電流IRR 指器件對(duì)應(yīng)于反向重復(fù)峰值電壓時(shí)的反向電流。指器件對(duì)應(yīng)于反向重復(fù)峰值電壓時(shí)的反向電流。3.電力二極管的主要參數(shù)南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院16 5. 最高工作結(jié)溫最高工作結(jié)溫TJM結(jié)溫結(jié)溫是指管芯是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用結(jié)的平均溫度，用TJ表示表示最高工作結(jié)溫最高工作結(jié)溫是指在是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度受的最高平均溫度TJM通常在通常在125175 C范圍之內(nèi)范圍之內(nèi)6.反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間trrtrr=td+tf，關(guān)斷過(guò)程中，電流降到，關(guān)斷過(guò)程中，電流降到0起到恢復(fù)反向起到恢復(fù)反向阻斷能力止

9、的時(shí)間阻斷能力止的時(shí)間南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院17普通二極管普通二極管又稱(chēng)為整流二極管（Rectifier Diode）常用于開(kāi)關(guān)頻率在1KH以下的整流電路中，其反向恢復(fù)時(shí)間在5s以上，額定電流可達(dá)數(shù)千安培，額定電壓達(dá)數(shù)千伏以上。快恢復(fù)二極管反向恢復(fù)時(shí)間在5s以下的稱(chēng)為快恢復(fù)二極管（Fast Recovery Diode簡(jiǎn)稱(chēng)為FRD）?？旎謴?fù)二極管從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)二極管。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百ns以上，后者的反向恢復(fù)時(shí)間則在100ns以下，多用于高頻整流和逆變電路中。肖特基二極管反向恢復(fù)時(shí)間為1040ns，反向耐壓在200V以下。多用于高頻小功率整流或高頻控制電路。n結(jié)構(gòu)特殊:

10、 金屬層+N,不是完整的 PN 結(jié)，利用接觸勢(shì)壘的單向?qū)щ娮饔?二極管的幾種類(lèi)型二極管的幾種類(lèi)型南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院18肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)*反向恢復(fù)時(shí)間很短（反向恢復(fù)時(shí)間很短（1040ns）*正向恢復(fù)過(guò)程中也不會(huì)有明顯的電壓過(guò)沖正向恢復(fù)過(guò)程中也不會(huì)有明顯的電壓過(guò)沖*在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管于快恢復(fù)二極管*其開(kāi)關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，其開(kāi)關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高效率高肖特基二極管的弱點(diǎn)：肖特基二極管的弱點(diǎn)：當(dāng)反向耐壓提高時(shí)其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求，

11、因當(dāng)反向耐壓提高時(shí)其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求，因此多用于此多用于200V以下；以下；*反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度。不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度。肖特基二極管肖特基二極管南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院19應(yīng)用于高頻/低壓場(chǎng)合高頻:因?yàn)槠?trr 小低壓: 壓降小,器件損耗小耐壓等級(jí)低限制其在高輸出電壓的應(yīng)用場(chǎng)合肖特基應(yīng)用場(chǎng)合南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院201.3 1.3 半控型器件晶閘管半控型器件晶閘管 1. 晶閘管的結(jié)構(gòu)2. 晶閘管的工作原理3. 晶閘管的主要特性4. 晶閘管的主要參數(shù)南京工

12、業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院211956年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶閘管。1957年美國(guó)通用電氣公司開(kāi)發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品。1958年商業(yè)化(16A/300V)。開(kāi)辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代。20世紀(jì)80年代以來(lái)，開(kāi)始被全控型器件取代。能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，在大容量的場(chǎng)合具有重要地位。晶閘管晶閘管：晶體閘流管，可控硅整流器引言南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院22符號(hào)符號(hào)：陽(yáng)極A，陰極K，門(mén)極G（控制極）一一、晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管的結(jié)構(gòu)南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院23螺栓形螺栓形： 螺栓陽(yáng)極A， 粗引線 陰極K 細(xì)引線-門(mén)極G 特點(diǎn)： 安裝方便 K AGG K一一、晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管的結(jié)構(gòu)南京工

13、業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院24平板形平板形： 兩面分別為陽(yáng)極A和陰極K 中間引出線-門(mén)極G 特點(diǎn)： 散熱效果好，容量大一一、晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管的結(jié)構(gòu)南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院25常用晶閘管的結(jié)構(gòu)螺栓型晶閘管晶閘管模塊平板型晶閘管外形及結(jié)構(gòu)一一、晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管的結(jié)構(gòu)南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院26從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看為四層硅單晶體硅單晶體四層三端器件（P1 N1 P2 N2）三個(gè)PN結(jié) J1,J2,J3 二二、晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院27 晶閘管內(nèi)部管芯結(jié)構(gòu)圖二二、晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院28導(dǎo)通的正反饋過(guò)程導(dǎo)通的正反饋過(guò)程： Ig Ib2 Ic2 (Ib1)

14、 Ic1半控特性：半控特性：一旦導(dǎo)通，UGK可有可無(wú)二二、晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院29承受反向電壓時(shí)，不論門(mén)極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。承受正向電壓時(shí)，僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開(kāi)通。晶閘管一旦導(dǎo)通，門(mén)極就失去控制作用。要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下 。晶閘管正常工作時(shí)的特性總結(jié)如下晶閘管正常工作時(shí)的特性總結(jié)如下：二二、晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院30 晶閘管的伏安特性 第I象限的是正向特性 第III象限的是反向特性圖1-8 晶閘管的伏安特性三三、晶閘管的主要特性晶閘管的主要特性南京工業(yè)大學(xué)

15、自動(dòng)化學(xué)院31（1）正向特性正向特性IG=0時(shí)，器件兩端施加正向電壓，只有很小的正向漏電流，為正向阻斷狀態(tài)。正向電壓超過(guò)正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開(kāi)通。(雪崩擊穿/非正常導(dǎo)通)隨著門(mén)極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低。晶閘管本身的壓降很小，在1V左右。正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM晶閘管的伏安特性IG2IG1IG三三、晶閘管的主要特性晶閘管的主要特性南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院32反向特性類(lèi)似二極管的反向特性。反向阻斷狀態(tài)時(shí)，只有極小的反相漏電流流過(guò)。當(dāng)反向電壓達(dá)到反向擊穿電壓后，可能導(dǎo)致晶閘管發(fā)熱損壞。正向?qū)?/p>

16、雪崩擊穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM（2）反向特性反向特性三三、晶閘管的主要特性晶閘管的主要特性南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院33斷態(tài)重復(fù)峰值電壓斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM 在門(mén)極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓UDSM在門(mén)極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許不重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URRM在門(mén)極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。反向不重復(fù)峰值電壓反向不重復(fù)峰值電壓URSM 在門(mén)極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許不重復(fù)加在器件上的反向峰值電

17、壓。通 常 取 晶 閘 管 的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓額定電壓。選用時(shí)，一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓23倍。使用注意：使用注意：(1) 電壓定額電壓定額四、四、晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院34正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM四、四、晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院35通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流 IT(AV）在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫時(shí)所允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值最大工頻正弦半波電流的平均值。

18、標(biāo)稱(chēng)其額定電流的參數(shù)。使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則有效值相等的原則來(lái)選取晶閘管。維持電流維持電流 IH 使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。擎住電流擎住電流 IL 晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后， 能維持導(dǎo)通所需的最小電流。對(duì)同一晶閘管來(lái)說(shuō)，通常對(duì)同一晶閘管來(lái)說(shuō)，通常IL約為約為IH的的24倍。倍。浪涌電流浪涌電流ITSM指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過(guò)額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過(guò)載電流 。2 2）電流定額電流定額四、四、晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院36正弦半波的電流平均值與有效值：四、四、晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院37由于有效值與

19、平均值的特定含義，這里定義兩者之間的比例關(guān)系為波形系數(shù)：如果額定電流為100A的晶閘管，其允許通過(guò)的電流有效值為1.57100157A四、四、晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院38在實(shí)際電路中，流過(guò)晶閘管的波形可能是任意的非正弦半波波形對(duì)于這些波形，應(yīng)根據(jù)電流有效值相等即發(fā)熱相同的原則將非正弦半波電流的有效值IT折合成等效的正弦半波電流平均值去選擇晶閘管額定值由于晶閘管元件的熱容量小，過(guò)載能力低，故在實(shí)際選用時(shí)，一般取1.5-2倍的安全裕量四、四、晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院39公式折算含義！IT為應(yīng)用電流的有效值；Id為應(yīng)用電流的平均值；Kf為應(yīng)

20、用電流的波形系 ；ITav為額定電流用法一：對(duì)于任意波形應(yīng)用，在知道具體電流大小，求解其額定電流取值用法二：對(duì)于任意波形應(yīng)用，給定晶閘管的額定電流后，求解任意波形的平均值最大允許值TavdfTIIKI57.1)25 .1 (四、四、晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院40通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流 IT(AV）在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫時(shí)所允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值最大工頻正弦半波電流的平均值。標(biāo)稱(chēng)其額定電流的參數(shù)。使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則有效值相等的原則來(lái)選取晶閘管。維持電流維持電流 IH 使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。擎住

21、電流擎住電流 IL 晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后， 能維持導(dǎo)通所需的最小電流。對(duì)同一晶閘管來(lái)說(shuō)，通常對(duì)同一晶閘管來(lái)說(shuō)，通常IL約為約為IH的的24倍。倍。浪涌電流浪涌電流ITSM指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過(guò)額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過(guò)載電流 。2 2）電流定額電流定額四、四、晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院41晶閘管的選取方法主要包括額定電壓、額定電流參數(shù)兩部分。額定電壓參數(shù)的選取主要是根據(jù)晶閘管所承受的最大電壓，再根據(jù)要求乘以電壓安全裕量系數(shù)；額定電流參數(shù)的選取主要是根據(jù)晶閘管電流的通態(tài)平均值，再根據(jù)要求乘以電流安全裕量系數(shù)即可。根據(jù)計(jì)算的電壓和電流的

22、數(shù)值，及生產(chǎn)廠家提供的晶閘管的參數(shù)表，就可確定所選晶聞管的型號(hào)。南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院421.4 全控型電力電子器件全控型電力電子器件 1. 門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GTO)2. 電力晶體管 (GTR)3. 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Power MOSFET)4. 絕緣柵雙級(jí)晶體管(IGBT)南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院43門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（Power Turn off Thyristor）簡(jiǎn)稱(chēng)GTO。特點(diǎn)：具有普通晶閘管的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，如耐壓高電流大等；是全控型器件，即在門(mén)極正脈沖電流觸發(fā)下器件導(dǎo)通，在負(fù)脈沖電流觸發(fā)下器件關(guān)斷。應(yīng)用：電力機(jī)車(chē)的逆變、大功率遠(yuǎn)程直流送電、電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和大功率直流斬波調(diào)速裝置。一、

23、一、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、簡(jiǎn)介南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院44一、一、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、工作原理南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院45GTO的導(dǎo)通過(guò)程與普通晶閘管是一樣的，有同樣的正反饋過(guò)程，只不過(guò)導(dǎo)通時(shí)的飽和程度較淺。因而器件退出飽和實(shí)現(xiàn)關(guān)斷。 GTO與SCR的不同之處：一、一、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、比較南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院46 電力晶體管電力晶體管（GTR-GTR-巨型晶體管） 優(yōu)點(diǎn)：具有自關(guān)斷能力、控制方便、開(kāi)關(guān)時(shí)間短、高 頻特性好、價(jià)格低廉。 現(xiàn)狀：目前GTR的容量已達(dá)400A/1200V、1000A/400V， 工作頻率可達(dá)5kHz。 應(yīng)用：不停電電源、中頻電源和交/直流電機(jī)調(diào)速等電力變流裝置中。 、簡(jiǎn)介二

24、、電力晶體管二、電力晶體管南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院47電力晶體管是由三層半導(dǎo)體（兩個(gè)PN結(jié)）組成單管GTR的典型結(jié)構(gòu)： NPN三層擴(kuò)散臺(tái)面型結(jié)構(gòu)為了提高GTR的耐壓能力，在集電區(qū)中設(shè)置了輕摻雜的N區(qū) 、工作原理二、電力晶體管二、電力晶體管南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院48用柵極電壓來(lái)控制漏極電流驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò)10kW的電力電子裝置 、簡(jiǎn)介三、電力三、電力MOSFET南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院49、工作原理一、電力晶體管一、電力晶體管三、電力三、電力MOSFETN+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝

25、道a)GSDN溝道圖1-19南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院50絕緣柵雙極型晶體管簡(jiǎn)稱(chēng)為IGBT 特點(diǎn)：IGBT綜合了MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)，其導(dǎo)通電阻是同一耐壓規(guī)格MOSFET的1/10，開(kāi)關(guān)時(shí)間是同容量GTR的1/10。 現(xiàn)狀：最大電流容量達(dá)1800A，最高電壓等級(jí)達(dá)4500V，工作頻率達(dá)50KHz。 應(yīng)用：在電機(jī)拖動(dòng)控制、中頻電源、各種開(kāi)關(guān)電源以及其他高速低耗的中、小功率領(lǐng)域 四、絕緣柵雙極型晶體（四、絕緣柵雙極型晶體（IGBT） 、簡(jiǎn)介南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院51、工作原理四、絕緣柵雙極型晶體（四、絕緣柵雙極型晶體（IGBT） 南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院521.5 電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電力電子器件的

26、驅(qū)動(dòng) 1.驅(qū)動(dòng)電路概述2.舉例南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院53控制控制電路電路隔離隔離/驅(qū)驅(qū)動(dòng)電路動(dòng)電路功率功率開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)變換器變換器主電路主電路PWM信號(hào)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路性能對(duì)變換器性能的影響:1.系統(tǒng)可靠性2.變換效率(開(kāi)關(guān)器件損耗)3.開(kāi)關(guān)器件應(yīng)力(開(kāi)/關(guān)過(guò)程中)4.EMI/EMC一、概述南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院54驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù):就是將信息電子電路傳來(lái)的信號(hào)按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為電力電子器件可以接受的信號(hào)加在控制端和公共端之間。對(duì)半控型器件只需提供開(kāi)通信號(hào)，對(duì)全控型器件既要提供開(kāi)通信號(hào)，又要提供關(guān)斷信號(hào)，以保證器件按要求可靠導(dǎo)通或關(guān)斷。驅(qū)動(dòng)電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)。一

27、般采用光電耦合隔離或者磁電耦合隔離技術(shù)。 按照驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號(hào)的性質(zhì)，可以將電力電子器件分為電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型兩大類(lèi)。 一、概述南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院55二、舉例晶閘管觸發(fā)電路TMR1R2R3V1V2VD1VD3VD2R4+E1+E2南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院561.5.2 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路 1.1.電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路 以雙極型功率晶體管以雙極型功率晶體管(GTR)(GTR)為例為例: :1).Q1).Q開(kāi)始開(kāi)通時(shí)開(kāi)始開(kāi)通時(shí), ,驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)脈沖上升沿陡上升沿陡、有一定的過(guò)沖有一定的過(guò)沖 開(kāi)通快開(kāi)通快2

28、).Q2).Q導(dǎo)通期間，導(dǎo)通期間，合適的飽和深度合適的飽和深度 導(dǎo)通壓降低，驅(qū)動(dòng)功率小，導(dǎo)通壓降低，驅(qū)動(dòng)功率小， 關(guān)斷快（存儲(chǔ)時(shí)間?。╆P(guān)斷快（存儲(chǔ)時(shí)間?。?).3).關(guān)斷瞬間關(guān)斷瞬間反向驅(qū)動(dòng)反向驅(qū)動(dòng)（抽流能力強(qiáng)抽流能力強(qiáng)） 關(guān)斷快關(guān)斷快ibt南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院57電力MOSFET的柵源極之間和IGBT的柵射極之間都有數(shù)千皮法左右的極間電容，為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻。電力MOSFET的柵源極間驅(qū)動(dòng)電壓一般取1015V；IGBT的柵射極間驅(qū)動(dòng)電壓一般取1520V。 電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路2.2.電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院

29、581.6 電力電子器件的保護(hù)電力電子器件的保護(hù) 1.6.1 過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù) 電力電子裝置中可能發(fā)生的過(guò)電壓分為外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓兩類(lèi)。外因過(guò)電壓主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)中的操作過(guò)程等外部原因。1、操作過(guò)電壓：由分閘、合閘等開(kāi)關(guān)操作引起的過(guò)電壓，電網(wǎng)側(cè)的操作過(guò)電壓會(huì)由供電變壓器電磁感應(yīng)耦合，或由變壓器繞組之間存在的分布電容靜電感應(yīng)耦合過(guò)來(lái)。 2、雷擊過(guò)電壓：由雷擊引起的過(guò)電壓。 南京工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院59內(nèi)因過(guò)電壓主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程，包括：1.換相過(guò)電壓：由于晶閘管或者與全控型器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷能力，因而有較大的反向電流流過(guò)，使殘存的載流子恢復(fù)，而當(dāng)其恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，芳香電流急劇減小，這樣的電流突變會(huì)因線路電感而在晶閘管陰陽(yáng)極之間或與續(xù)流二極管反并聯(lián)的全控型器件兩端產(chǎn)生過(guò)電壓。 2.關(guān)斷過(guò)電壓：全控型器件在較高頻率下工作，當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，因正向電流的迅速降低而線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓 過(guò)壓保護(hù)措施：RCD緩