第一章電力電子器件的原理與特性1要求及重點要求：了解電力電子器件的發(fā)展、分類與應用；理解和掌握SCR、GTO、GTR（或BJT）、電力MOSFET和IGBT等常用器件的工作原理、電氣特性和主要參數(shù)。重點：各種電力電子器件原理、性能上的不同點，各自應用的場合。2電力電子技術的發(fā)展傳統(tǒng)的電力電子技術階段（1960～1980年）器件基礎：以晶閘管為核心的晶閘管大家族主要應用：相控整流器、直流斬波器等基本特征：整流或交流到直流的順變現(xiàn)代的電力電子技術階段（1980年～至今）器件基礎：高頻率、全控的功率集成器件主要應用：脈寬調(diào)制（PWM）電路、零電壓零電流開關諧振電路、高頻斬波電路等基本特征：進入逆變時期3現(xiàn)代電力電子技術與傳統(tǒng)的電力電子技術相比較，有如下特點：集成化高頻化全控型電路“弱電化”，控制技術數(shù)字化多功能化專用化ASIC4電力電子器件的發(fā)展第一代電力電子器件無關斷能力的SCR第二代電力電子器件有關斷能力的GTO、GTR等第三代電力電子器件性能優(yōu)異的復合型器件如（IGBT）和智能器件IPM(IntelligentPowerModule)等5電力電子器件的分類按其開關控制性能分類：不控型器件 如電力二極管半控型器件 如晶閘管全控型器件 如GTO、GTR、IGBT按器件內(nèi)部載流子參與導電的種類分類：單極型器件(MOSFET、SIT等)雙極型器件(SCR、GTO、GTR等)復合型器件(IGBT等)6電力電子器件的基本特點雙極型器件通態(tài)壓降較低、阻斷電壓高、電流容量大單極型器件開關時間短、輸入阻抗高（電壓控制型）電流具有負的溫度特性，二次擊穿的可能性很小。通態(tài)壓降高、電壓和電流定額較小。復合型器件既有電流密度高、導通壓降低的優(yōu)點；又有輸入阻抗高、響應速度快的優(yōu)點。7電力電子器件的應用決定應用場合的基本因素輸出容量工作頻率應用舉例高壓輸電電力牽引開關電源8晶閘管（SCR）名稱晶閘管

（Thyristor）可控硅

（SCR）外形與符號9SCR的導通和關斷條件當SCR承受反向陽極電壓時，不論門極承受何種電壓，SCR均處于阻斷狀態(tài)。當SCR承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下，SCR才能導通。SCR在導通時，只要仍然承受一定正向陽極電壓，不論門極電壓如何，SCR仍能導通。SCR在導通情況下，當主電路電流減少到一定程度時，SCR恢復為阻斷。10課堂思思考考（一一）調(diào)試如圖圖所示晶晶閘管電電路，在在斷開Rd測量輸出出電壓Vd是否正確確可調(diào)時時，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)電壓表表V讀數(shù)不正正常，接接上Rd后一切正正常，為為什么？？（觸發(fā)發(fā)脈沖始始終正常常工作））11SCR的工作原原理12SCR的特性SCR的伏安特特性VRSM:反向不重重復峰值電電壓VBO：轉折電壓壓IH：維持電流流門極的伏伏安特性性13SCR的主要參參數(shù)SCR的電壓定額額斷態(tài)重復復峰值電電壓VDRM反向重復復峰值電電壓VRRM額定電壓壓通態(tài)（峰峰值）電電壓VTMSCR的電流定額額維持電流流IH擎住電流流IL浪涌電流流ITSM（通常為4ITA或更多）14SCR的主要參參數(shù)（續(xù)）通態(tài)平均均電流ITA15課堂思思考考（二二）通過SCR的電流波波形如如圖所示示，Im＝300A試選取SCR的ITA解：電流流有效值值16SCR的主要參參數(shù)（續(xù)）動態(tài)參數(shù)數(shù)斷態(tài)電壓壓臨界上上升率dv/dt過大的dv/dt下會引起起誤導通通通態(tài)電流流臨界上上升率di/dt過大的di/dt可使晶閘閘管內(nèi)部部局部過過熱而損損壞17SCR的主要參參數(shù)（續(xù)）門極參數(shù)數(shù)以三菱公公司的TM400HA－M為例18晶閘管家家族的其其它器件件快速晶閘閘管（KK、FSCR）逆導型晶晶閘管（ReverseConductingThyristor）RCT19晶閘管家家族的其其它器件件（續(xù)）雙向晶閘閘管（Bi-directionalThyristor）TRIAC20可關斷晶晶閘管（（GTO）名稱GateTurnoffThyristor，簡稱GTO符號21GTO的關斷原原理GTO處于臨界導通通狀態(tài)集電極電電流IC1占總電流流的比例例較小電流增益益22GTO的陽極伏伏安特性性逆阻型逆導型23GTO的開通特特性ton:開通時間間td:延遲時間間tr:上升時間間ton=td+tr24GTO的關斷特特性toff:關斷時間間ts:存儲時間間tf:下降時間間tt:尾部時間間toff=ts+tf+（tt）25GTO的主要參參數(shù)可關斷峰峰值電流流ITGQM關斷時的的陽極尖尖峰電壓壓VPVP過大可能能引起過熱誤觸發(fā)陽極電壓壓上升率率dv/dt靜態(tài)dv/dt動態(tài)dv/dt陽極電流流上升率率di/dt26電力晶體體管（GTR/BJT）名稱巨型晶體體管（GiantTransistor）電力晶體體管符號特點（雙雙極型器器件）飽和壓降降低開關時間間較短安全工作作區(qū)寬27GTR的結構形形式單管電力力晶體管管（BJT）達林頓管管電流增益益大，，

輸出出管不會會飽和關斷時間間較長達林頓模模塊28GTR的輸出特特性基本上同同三極管管（Ⅰ）截止區(qū)區(qū)（Ⅱ）放大區(qū)區(qū)（Ⅲ）臨界飽飽和區(qū)（Ⅳ）深飽和和區(qū)29GTR的電壓極極限值BVCEOBVCESBVCEXBVCERBVCEX>BVCES>BVCER>BVCEO30GTR的二次擊擊穿原因元件內(nèi)部部局部溫溫度過過高，引引

起電電流急劇劇增長長。性質(zhì)熱擊穿31GTR的安全工工作區(qū)正向偏置置安全工工作區(qū)（FBSOA）反向偏置置安全工工作區(qū)（RBSOA）32電力MOSFET名稱又稱功率MOSFET或電力場效效應晶體體管分類P溝道增增強型N溝道耗耗盡型符號{{33電力MOSFET的特點單極型器器件優(yōu)點開關速度度很快，，工作頻頻率很高高;電流增益益大，驅驅動功率率小;正的電阻阻溫度特特性，易易并聯(lián)均均流。缺點通態(tài)電阻阻較大，，通態(tài)損損耗相應應也大；；單管容量量難以提提高，只只適合小小功率。。34電力MOSFET的轉移特特性ID=f（VGS）ID較大時，，ID與VGS間的關系系近似似線性。?？鐚FS=dID/dVGSVGS（th）開啟電壓壓35電力MOSFET的輸出特特性（Ⅰ）截止區(qū)區(qū)（Ⅱ）飽和區(qū)區(qū)（Ⅲ）非飽和和區(qū)（Ⅳ）雪崩區(qū)區(qū)36電力MOSFET的安全工工作區(qū)電力MOSFET無反向阻斷斷

能力力MOSFET無二次擊穿穿問題注意防靜靜電37絕緣柵雙雙極晶體體管（IGBT）符號工作原理理由MOSFET和GTR復合而成成等效電路路如右38IGBT的伏安特特性伏安特性性示意圖圖實際的伏伏安特性性39IGBT的擎住效效應產(chǎn)生原因因內(nèi)部存在在NPN型寄生晶晶體管避免方法法使漏極電電流不不超過IDM減小重加加dvds/dt40IGBT的安全工工作區(qū)柵極布線線應注意意：驅動電路路與IGBT的連線要要盡量短短；如不能直接接連線時時，應采采用雙絞絞線。正向安全全工作區(qū)區(qū)反向安全全工作區(qū)區(qū)41其它新型型場控器器件靜電感應應晶體管