源汽車能新電力電子技術全套可編輯PPT課件目錄content緒論項目1常用電力電子器件項目2

AC/DC變換電路項目3

DC/AC變換電路項目4

DC/DC變換電路項目5

AC/AC變換電路項目6電路保護與常用電力電子技術PART緒論0.1電力電子技術的含義0.2電力電子技術的主要內(nèi)容0.3電力電子技術在新能源汽車上的應用0.1電力電子技術的含義電力電子技術是指應用于電力領域的電子技術，是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術。通常，電力電子技術包含電力電子器件制造技術和電力電子變流技術兩個分支。其中，電力電子器件制造技術和信息電子器件制造技術都是以半導體理論為基礎的，且這兩種電子器件的制造工藝也基本相同。而電力電子變流技術則是指利用電力電子器件構(gòu)成電力電子電路，并對這些電路進行控制，以及利用這些電路構(gòu)成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術。0.1電力電子技術的含義電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。點撥0.2電力電子技術的主要內(nèi)容1．電力電子電路電力電子電路一般由主電路、控制電路、驅(qū)動電路、檢測電路組成。電力電子電路的基本組成（1）主電路是實現(xiàn)電力變換的主體，主要由電力電子器件按照一定的要求組成特定的結(jié)構(gòu)，通過電力電子器件自身的開通和關斷來實現(xiàn)電力變換，將電源的電能變換為負載所需要的形式。（2）控制電路一般由信息電子電路組成，可按照系統(tǒng)的工作要求輸出控制信號。0.2電力電子技術的主要內(nèi)容（3）驅(qū)動電路是主電路和控制電路之間的紐帶，它可將控制電路產(chǎn)生的信號按照控制要求，變換為可使電力電子器件開通或關斷的信號，并通過光、磁等傳遞信號，使控制電路與主電路實現(xiàn)電氣隔離。（4）檢測電路用來檢測主電路或應用現(xiàn)場的狀態(tài)，并將這些狀態(tài)信息反饋給控制電路。0.2電力電子技術的主要內(nèi)容電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。通常，人們會在主電路和控制電路中設置一些保護電路，以保證電力電子器件和整個系統(tǒng)的可靠運行。點撥0.2電力電子技術的主要內(nèi)容2．電力電子器件電力電子器件又稱功率半導體器件，主要指用于電力設備的電能變換和運行控制的大功率（通常指電流為數(shù)十至數(shù)千安，電壓為數(shù)百伏以上）電子器件。0.2電力電子技術的主要內(nèi)容1）電力電子器件的分類電力電子器件的種類很多，并且各有特點。通常，按照開關控制特性的不同，電力電子器件可分為不可控器件、半控型器件和全控型器件。0.2電力電子技術的主要內(nèi)容（1）不可控器件是指本身沒有開通、關斷控制功能，需要根據(jù)外電路條件決定其開通、關斷狀態(tài)的器件。（2）半控型器件是指通過控制信號只能控制其開通，而不能控制其關斷的器件。（3）全控型器件是指通過控制信號既能控制其開通，又能控制其關斷的器件。0.2電力電子技術的主要內(nèi)容電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。按照驅(qū)動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號性質(zhì)的不同，電力電子器件可分為電流控制型器件和電壓控制型器件；按照電力電子器件內(nèi)部自由電子和空穴兩種載流子參與導電情況的不同，電力電子器件可分為單極型器件、雙極型器件和復合型器件。點撥0.2電力電子技術的主要內(nèi)容2）電力電子器件的特征電力電子器件可直接用于電能變換，同信息電子器件相比，電力電子器件具有以下特征。0.2電力電子技術的主要內(nèi)容（1）處理大功率的能力（即承受大電壓和大電流的能力）強，這是電力電子器件的重要特征。電力電子器件可處理小至毫瓦級，大至兆瓦級的功率，處理的功率范圍遠大于信息電子器件。（2）由于電力電子器件的功率通常較大，因此為了減小自身損耗，電力電子器件一般都工作在開關狀態(tài)。在此狀態(tài)下，電力電子器件在開通（通態(tài)）時阻抗很小，接近于短路，電壓降接近于零，而電流由外電路決定；在關斷（斷態(tài)）時阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，而兩端的電壓由外電路決定。0.2電力電子技術的主要內(nèi)容（3）在實際應用中，電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。（4）電力電子器件自身的功率損耗遠大于信息電子器件，因此為保證功率損耗產(chǎn)生的熱量不致使電力電子器件因溫度過高而損壞，在對電力電子器件進行封裝時應考慮散熱設計，在使用時一般也要為其安裝散熱器。0.2電力電子技術的主要內(nèi)容電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。因為電力電子器件處理的功率大，普通信息電子電路的信號一般不能直接控制電力電子器件的開通或關斷，需要一定的中間電路對信號進行放大，這就是驅(qū)動電路存在的意義。點撥0.2電力電子技術的主要內(nèi)容3）電力電子器件的功率損耗電力電子器件在工作時的功率損耗主要包括通態(tài)損耗、斷態(tài)損耗和開關損耗。0.2電力電子技術的主要內(nèi)容0.2電力電子技術的主要內(nèi)容（1）當電力電子器件開通時，電力電子器件上有一定的通態(tài)電壓降，從而形成通態(tài)損耗。（2）當電力電子器件關斷時，電力電子器件上有微小的斷態(tài)漏電流，從而形成斷態(tài)損耗。（3）在電力電子器件開通和關斷過程中，會產(chǎn)生開通損耗和關斷損耗，合稱開關損耗。電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。通常電力電子器件的斷態(tài)漏電流極小，因而通態(tài)損耗是電力電子器件功率損耗的主要成分。而當電力電子器件開關頻率較高時，開關損耗會隨之增大，逐漸成為電力電子器件功率損耗的主要成分。對某些器件來講，驅(qū)動電路向其輸入電能也是造成電力電子器件功率損耗的原因之一。點撥0.2電力電子技術的主要內(nèi)容0.2電力電子技術的主要內(nèi)容電力的種類主要有直流電（directcurrent,DC）和交流電（alternatingcurrent,AC）兩種。其中，直流電的電流和電壓方向不會隨時間的變化而變化，而交流電的電流和電壓方向會隨時間的變化而變化。在日常生活中，大型用電設備一般使用的是交流電，而常用的家用電器和數(shù)碼產(chǎn)品雖然接入的是交流電，但其內(nèi)部電路使用的卻是直流電。在某些電路中，交流電與直流電還會交替使用。因此，為了滿足不同情況下的用電要求，需要進行電力變換。電力變換主要分為交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流這四種類型。電力變換的類型3．電力變換電力電子技術作為一門新興并具有較廣覆蓋面的學科，其應用領域已經(jīng)由傳統(tǒng)的電力、交通、工業(yè)制造等領域拓展到通信、新能源汽車、節(jié)能減排等新興領域，成為現(xiàn)代汽車的核心控制技術之一，對新能源汽車的發(fā)展起著不可替代的作用。眾所周知，新能源汽車區(qū)別于傳統(tǒng)燃油汽車最核心的技術就在于“三電”系統(tǒng)——動力蓄電池系統(tǒng)、驅(qū)動電機系統(tǒng)、電控系統(tǒng)，如下圖所示為“三電”系統(tǒng)在新能源汽車上的分布情況。下面對“三電”系統(tǒng)所涉及的主要電力電子裝置進行簡單介紹。0.3電力電子技術在新能源汽車上的應用“三電”系統(tǒng)在新能源汽車上的分布情況0.3電力電子技術在新能源汽車上的應用變流器是新能源汽車電控系統(tǒng)常用的電力電子裝置，可對整個車輛的動力輸出進行合理的控制，其性能直接決定了新能源汽車的爬坡、加速、最高速度等主要性能指標。如圖所示為新能源汽車電控系統(tǒng)的基本組成。按照電力變換類型的不同，新能源汽車上的變流器主要分為整流器、逆變器、直流斬波器和變頻器4種。電力變換的類型1．電力電子裝置的類型0.3電力電子技術在新能源汽車上的應用（1）整流器是把交流電變換為直流電的裝置。車載充電機就是整流器在新能源汽車上的典型應用，其功能是將電網(wǎng)交流電變換為直流電給動力蓄電池充電；而在車輛進行制動能量回收時，電機控制器也具有整流器的功能，可將驅(qū)動電機產(chǎn)生的交流電變換為直流電，然后給動力蓄電池充電。（2）逆變器是將直流電變換為交流電的裝置。通常，驅(qū)動電機在車輛低速行駛或爬坡時要求具有高轉(zhuǎn)矩，在車輛高速行駛時具有低轉(zhuǎn)矩。而驅(qū)動電機在低速下的最大輸出轉(zhuǎn)矩取決于逆變器的電流輸出能力，最大輸出功率則由逆變器的功率決定。0.3電力電子技術在新能源汽車上的應用（3）直流斬波器（也稱DC/DC變換器）是將固定的直流電壓變換為可調(diào)的直流電壓的裝置。新能源汽車在行駛過程中需要頻繁起停、加減速，因此，驅(qū)動電機的輸入電壓是在不斷變化的。但受限于動力蓄電池的比功率指標，直接用動力蓄電池為驅(qū)動電機供電或接收驅(qū)動電機回收的電能，會造成驅(qū)動電機性能惡化。這時就需要用直流斬波器來平衡動力蓄電池和驅(qū)動電機的電壓，將動力蓄電池的電壓維持在相對穩(wěn)定的數(shù)值上，這樣可明顯提高驅(qū)動電機的性能。（4）變頻器是把固定頻率的交流電，經(jīng)過功率半導體電路變換成另一種頻率的交流電的裝置。在新能源汽車中，變頻器可以改變異步電機電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)異步電機的調(diào)速控制。0.3電力電子技術在新能源汽車上的應用2．電力電子裝置的應用1）充電機充電機是一種將電網(wǎng)提供的交流電或者直流電變換為動力蓄電池所需要的直流電的裝置，主要分為車載充電機和非車載充電機兩種。0.3電力電子技術在新能源汽車上的應用0.3電力電子技術在新能源汽車上的應用（1）車載充電機是指固定安裝在新能源汽車上的充電機，其內(nèi)部主要由功率電路與控制電路組成。功率電路主要負責將外部輸入的交流電變換為動力蓄電池可用的直流電；控制電路可實現(xiàn)與電池管理系統(tǒng)的通信，根據(jù)需求來控制功率電路輸出一定大小的電壓和電流。0.3電力電子技術在新能源汽車上的應用（2）非車載充電機一般安裝在固定的充電樁里，按照工作電源的不同可分為直流充電樁和交流充電樁兩種。如圖所示為新能源汽車充電場景。新能源汽車充電場景0.3電力電子技術在新能源汽車上的應用直流充電樁通過整流變換將電網(wǎng)輸入的交流電變換為直流電，可直接為動力蓄電池充電，這種充電方式被稱為直流充電，也稱“快充”。交流充電樁通過交流調(diào)壓變換將電網(wǎng)輸入的交流電頻率變換成符合新能源汽車充電需求的交流電，它不能直接為動力蓄電池充電，還需要車載充電機的配合，這種充電方式被稱為交流充電，也稱“慢充”。電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。直流充電用時短，但直流充電樁的體積大、建設成本高、數(shù)量較少，不能滿足當下大量新能源汽車充電的需求，充電不方便，且經(jīng)常使用直流充電會縮短動力蓄電池的使用壽命。交流充電用時較長，但有利于延長動力蓄電池的使用壽命，且充電方便，利用家用電源即可完成。點撥0.3電力電子技術在新能源汽車上的應用0.3電力電子技術在新能源汽車上的應用2）電機控制器新能源汽車使用的驅(qū)動電機一般應具有瞬時功率大、過載能力強、能量轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長的特點，同時必須具有較大的調(diào)速范圍、較高的可靠性，且能在惡劣環(huán)境下長期工作。按照工作電源的不同，驅(qū)動電機一般分為直流電機和交流電機兩種，它們所使用的電機控制器也有所不同。0.3電力電子技術在新能源汽車上的應用（1）直流電機主要采用直流斬波器作為功率變換器。直流斬波器的斬波脈沖頻率較高，非常適合用作直流電機的調(diào)速控制。但由于直流電機效率低、質(zhì)量和體積大、可靠性差，目前在新能源汽車驅(qū)動電機領域已經(jīng)被交流電機替代。（2）交流電機主要采用直流斬波器加逆變器或脈寬調(diào)制（pulsewidthmodulation,PWM）逆變器這兩種功率變換器，前者會增加新能源汽車的能量傳輸環(huán)節(jié)，降低工作效率；后者的線路簡單、能量傳輸環(huán)節(jié)少、系統(tǒng)工作效率高。老師在APP中生成作業(yè)布置二維碼，放在此處即可二維碼放置處作業(yè)布置文旌客服對課件有修改、優(yōu)化建議作業(yè)布置遇到問題想免費使用平臺免費建課請掃描右側(cè)二維碼，添加客服微信解決文旌客服聯(lián)系方式謝謝觀看！源汽車能新電力電子技術PART01項目1常用電力電子器件任務1.1認識電力二極管任務1.2認識晶閘管任務1.3認識絕緣柵雙極晶體管電力電子器件是電力電子技術發(fā)展和應用的基礎，在電力系統(tǒng)中因其開關速度快、電能消耗低和使用壽命長而倍受重視。電力電子器件的種類眾多，且各有特點。常用的電力電子器件有電力二極管、電力場效應晶體管、晶閘管、雙極性電力晶體管、絕緣柵雙極晶體管等。本項目主要介紹電力二極管、晶閘管和絕緣柵雙極晶體管的基本知識。項目導讀掌握電力二極管的結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)、選用方法和主要特性。熟悉晶閘管的工作原理、選用方法和主要特性。掌握絕緣柵雙極晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理和主要特性。了解絕緣柵雙極晶體管在新能源汽車上的應用。知識目標技能目標能測試電力二極管的伏安特性。能測試晶閘管的動態(tài)特性。能測試絕緣柵雙極晶體管的特性。素質(zhì)目標具有一定的溝通能力和團隊意識。樹立民族自尊心、自豪感和文化自信。養(yǎng)成安全、規(guī)范、高效完成工作的職業(yè)習慣。任務1.1認識電力二極管1.1.3電力二極管的主要特性1.1.1電力二極管的結(jié)構(gòu)與工作原理1.1.2電力二極管的主要參數(shù)和選用方法任務引入電力二極管又稱功率二極管或半導體整流器，人們在20世紀50年代初期就已開始應用。由于結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，因此電力二極管常用于高壓電、大功率及不需要調(diào)壓的整流場合。如圖所示為常用的電力二極管類型。電力二極管的類型（a）普通二極管（b）快恢復二極管（c）肖特基二極管常用的電力二極管類型點擊此處播放微課任務引入本任務主要介紹電力二極管的相關知識，知識與技能要求如表所示。知識與技能要求任務工單——測試電力二極管的伏安特性1）知識準備PN結(jié)是構(gòu)成電力二極管的核心元件，它通常由一個N型摻雜區(qū)（簡稱N區(qū)）和一個P型摻雜區(qū)（簡稱P區(qū)）緊密接觸所構(gòu)成。其中，P區(qū)會產(chǎn)生空穴，帶正電荷，而N區(qū)會產(chǎn)生自由電子，帶負電荷。由于P區(qū)的空穴多于自由電子，N區(qū)的自由電子多于空穴，因此在濃度梯度的影響下，P區(qū)和N區(qū)的交界面附近將產(chǎn)生多子的擴散運動，即載流子（空穴或自由電子）由濃度高的一側(cè)向濃度低的一側(cè)運動。如圖（a）所示，P區(qū)的空穴向N區(qū)擴散，與N區(qū)的自由電子復合；N區(qū)的自由電子向P區(qū)擴散，與P區(qū)的空穴復合。上述這種擴散運動使N區(qū)失掉自由電子而產(chǎn)生正離子，P區(qū)得到自由電子而產(chǎn)生負離子，結(jié)果在交界面兩側(cè)由等量正、負離子形成了空間電荷區(qū)，如圖（b）所示。在這個區(qū)域內(nèi)，由于多子已擴散到對方區(qū)域并被復合掉，好像耗盡了一樣，因此空間電荷區(qū)又稱耗盡層。1．任務準備任務工單——測試電力二極管的伏安特性（a）（b）擴散運動任務工單——測試電力二極管的伏安特性空間電荷區(qū)的形成，建立了由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場。顯然，內(nèi)電場對多子的擴散運動起阻礙作用，但卻有助于內(nèi)電場中少子的漂移運動。因此，在內(nèi)電場作用下，N區(qū)的空穴向P區(qū)漂移，P區(qū)的自由電子向N區(qū)漂移，最終使空間電荷區(qū)變窄，內(nèi)電場被削弱。擴散運動和漂移運動既相互聯(lián)系又彼此矛盾，最終達到一種動態(tài)平衡，使空間電荷區(qū)的正負電荷量達到穩(wěn)定值。將PN結(jié)用外殼封裝起來，并引出兩根電極引線，就可以構(gòu)成一個電力二極管。電力二極管的電氣圖形符號如圖所示。其中從PN結(jié)的P端引出的電極稱為陽極A，從PN結(jié)的N端引出的電極稱為陰極K。1．任務準備電力二極管的電氣圖形符號任務工單——測試電力二極管的伏安特性2）工具和器材準備準備任務實施所需的工具和器材，并補全表。1．任務準備工具和器材清單任務工單——測試電力二極管的伏安特性1）判斷電力二極管引腳的極性（1）將數(shù)字萬用表置于

R×2k

位置，用紅、黑兩表筆分別測量電力二極管兩引腳之間的正反向電阻。（2）若此時數(shù)字萬用表的讀數(shù)為幾十歐姆，則黑表筆所測引腳為______________，紅表筆所測引腳為______________。（3）保持電力二極管不動，調(diào)換數(shù)字萬用表紅、黑表筆的測量位置，再次測量電力二極管兩引腳之間的電阻。若此時數(shù)字萬用表的讀數(shù)為幾千歐姆，則黑表筆所測引腳為______________，紅表筆所測引腳為______________。2．任務實施電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。電力二極管的正反向電阻相差越大越好。在測試中，若發(fā)現(xiàn)電力二極管的正反向電阻均為無窮大，則說明電力二極管內(nèi)部開路；若正反向電阻均接近于零，則說明電力二極管內(nèi)部短路（PN結(jié)被擊穿）；若正反向電阻差別很小，則說明電力二極管已經(jīng)失去單向?qū)щ娦?，不能使用。點撥任務工單——測試電力二極管的伏安特性任務工單——測試電力二極管的伏安特性

2．任務實施電力二極管正向特性測試電路電力二極管正向特性測試數(shù)據(jù)任務工單——測試電力二極管的伏安特性

2．任務實施電力二極管反向特性測試電路電力二極管正向特性測試數(shù)據(jù)任務工單——測試電力二極管的伏安特性4）繪制二極管的伏安特性曲線根據(jù)上面兩個表格的測試數(shù)據(jù)，在圖中繪制電力二極管的伏安特性曲線。2．任務實施電力二極管的伏安特性曲線思維延伸根據(jù)電力二極管的伏安特性，分析電力二極管的應用場合，列舉電力二極管的實際應用案例。任務工單——測試電力二極管的伏安特性各組展示任務完成情況，并完成如表所示的考核評價表。3．考核評價考核評價表1.1.1電力二極管的結(jié)構(gòu)與工作原理電力二極管是指可以承受高壓、大電流，具有較大耗散功率的二極管。它可與其他電力電子器件相配合，實現(xiàn)整流、續(xù)流、電氣隔離、鉗位、保護等功能，在各種變流電路中發(fā)揮著重要作用。從外形上看，電力二極管主要有螺栓型和平板型兩種封裝形式，如圖（a）所示。電力二極管的結(jié)構(gòu)如圖（b）所示，其中“+”表示高摻雜濃度區(qū)域，“-”表示低摻雜濃度區(qū)域。1．電力二極管的結(jié)構(gòu)電力二極管的封裝形式、結(jié)構(gòu)1.1.1電力二極管的結(jié)構(gòu)與工作原理雖然電力二極管與信息二極管結(jié)構(gòu)類似，都是以PN結(jié)為基礎，但電力二極管在P區(qū)和N區(qū)之間有低摻雜N區(qū)存在，令PN結(jié)在保持開通的同時為多子的擴散提供了緩沖區(qū)域，從而使電力二極管能夠耐受更大的反向電壓而不被擊穿，電力二極管由此滿足了在高壓、大電流場合下的使用要求。1．電力二極管的結(jié)構(gòu)電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。低摻雜N區(qū)由于摻雜濃度低而近似于無摻雜的純半導體材料（本征半導體），因此，電力二極管的結(jié)構(gòu)也被稱為P-i-N結(jié)構(gòu)。點撥1.1.1電力二極管的結(jié)構(gòu)與工作原理1．電力二極管的結(jié)構(gòu)1.1.1電力二極管的結(jié)構(gòu)與工作原理電力二極管與信息二極管的工作原理基本相同，當無外加電壓時，擴散運動和漂移運動處于動態(tài)平衡，流過電力二極管的電流為零。當有外加電壓時，電力二極管會因外加電壓極性的不同而表現(xiàn)出截然不同的導電性，即單向?qū)щ娦?。電力二極管陽極A電位高于陰極K電位的外加電壓稱為正向電壓，此時電力二極管處于正向偏置狀態(tài)（簡稱正偏），電力二極管開通。此時的PN結(jié)表現(xiàn)為低阻抗狀態(tài)，允許有較大的電流通過。電力二極管陽極A電位低于陰極K電位的外加電壓稱為反向電壓，此時電力二極管處于反向偏置狀態(tài)（簡稱反偏），電力二極管關斷。此時的PN結(jié)表現(xiàn)為高阻抗狀態(tài)，PN結(jié)上通過電流很小。2．電力二極管的工作原理電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。PN結(jié)雖然具有一定的反向耐壓能力，但當反向電壓過大時，反向電流會急劇增大，造成反向擊穿。反向擊穿主要有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式。注意1.1.1電力二極管的結(jié)構(gòu)與工作原理2．電力二極管的工作原理1.1.1電力二極管的結(jié)構(gòu)與工作原理

3．結(jié)電容對電力二極管的影響1.1.2電力二極管的主要參數(shù)和選用方法

1．電力二極管的主要參數(shù)

電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。在進行電路分析時，對于直流電路，其電壓和電流一般采用平均值；對于交流電路，其電壓和電流必須采用有效值；對于負載，其電壓和電流通常采用有效值。為方便分析，本書用u

、i表示電壓和電流的瞬時值，用U、I表示電壓和電流的平均值或有效值。點撥1.1.2電力二極管的主要參數(shù)和選用方法1．電力二極管的主要參數(shù)1.1.2電力二極管的主要參數(shù)和選用方法1．電力二極管的主要參數(shù)（2）正向電壓是指電力二極管在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時對應的電壓。

（4）反向重復平均電流是指在反向重復峰值電壓作用下的平均漏電流。

1.1.2電力二極管的主要參數(shù)和選用方法1．電力二極管的主要參數(shù)（6）反向恢復時間是指電力二極管在關斷過程中，從電流減小至零時起到恢復反向阻斷能力所需要的時間。（7）正向恢復時間是指電力二極管在開通過程中，電壓從零開始增大至峰值電壓再減小至穩(wěn)態(tài)電壓所需要的時間。1.1.2電力二極管的主要參數(shù)和選用方法2．電力二極管的選用方法電力二極管的選用一般考慮以下方面。（2）為確保安全，一般在實際應用中會以電力二極管可能承受的反向最高峰值電壓的2～3倍作為反向重復峰值電壓的參考值來選定電力二極管的型號。（1）在實際應用中，應確保所選電力二極管正向電流的額定有效值大于實際通過電流的有效值，且預留1.5～2倍的裕量。122（3）在使用電力二極管時，必須滿足規(guī)定的冷卻條件，若不能滿足規(guī)定的冷卻條件，則必須降低容量使用。33電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。風冷是指通過風扇給電力電子器件降溫的冷卻方式，適合灰塵較少、環(huán)境較穩(wěn)定的場合。自冷是指自然冷卻方式，它不需要外加風扇降溫，不存在風扇噪聲，也減少了灰塵，但是降溫性能較差。點撥2．電力二極管的選用方法1.1.2電力二極管的主要參數(shù)和選用方法1.1.3電力二極管的主要特性1．靜態(tài)特性

電力二極管的伏安特性曲線1.1.3電力二極管的主要特性2．動態(tài)特性因結(jié)電容和電感的存在，電力二極管在零偏、正偏和反偏這三個狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時必然要經(jīng)過一個過渡過程，在此期間電力二極管的電壓、電流會隨時間的變化而變化，這就是電力二極管的動態(tài)特性。電力二極管的動態(tài)特性往往專指反映其通態(tài)和斷態(tài)之間轉(zhuǎn)換過程的開關特性。1.1.3電力二極管的主要特性2．動態(tài)特性

電力二極管的關斷過程電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。

點撥1.1.3電力二極管的主要特性2．動態(tài)特性1.1.3電力二極管的主要特性2．動態(tài)特性

電力二極管的開通過程電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。

知識鏈接1.1.3電力二極管的主要特性2．動態(tài)特性時代楷模與時俱進的電力電子技術——張為佐張為佐是我國著名的電力電子技術和功率半導體專家，長期從事功率半導體的研究工作，是我國功率半導體事業(yè)的創(chuàng)始人之一。1958年，張為佐與一批具有獻身精神的工程技術人員，在條件極其艱難的環(huán)境中不懈追求，成為中國電力電子技術研究的核心力量。在他們的努力下，中國電力電子器件的整體性能已接近國際水平，有些應用技術甚至走在西方發(fā)達國家前面。1979年，張為佐撰寫了《略論電力電子學》一文，被業(yè)內(nèi)視為中國第一篇論述電力電子學的文章。進入20世紀90年代后，電力電子技術與微電子工藝技術相互滲透，智能化的功率模塊和功率集成電路，成為業(yè)內(nèi)的研究對象和發(fā)展重點。張為佐率先對電力電子技術作出新的定義，通過撰寫大量文章、參加各種有關專業(yè)研討會，向業(yè)內(nèi)廣泛傳播這些技術，受到業(yè)內(nèi)的極力推崇和高度評價。時代楷模張為佐先生一生從事電力電子技術研究工作，在國內(nèi)首次研發(fā)成功了雙向晶閘管，先后參加了我國初期的功率整流管、晶閘管、功率晶體管的研發(fā)工作；完成了電力電子觸發(fā)器件的研究，是我國早期與國外電力電子業(yè)界交流的先驅(qū)之一。長期以來，張為佐與國外學術界和企業(yè)界建立了溝通渠道，為我國電力電子行業(yè)的對外交流做出了巨大貢獻。課堂小結(jié)認識電力二極管電力二極管的結(jié)構(gòu)與工作原理電力二極管的結(jié)構(gòu)電力二極管的工作原理結(jié)電容對電力二極管的影響電力二極管的主要參數(shù)和選用方法電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的選用方法電力二極管的主要特性靜態(tài)特性動態(tài)特性任務1.2認識晶閘管1.2.3晶閘管的主要參數(shù)和選用方法1.2.1晶閘管的外形與結(jié)構(gòu)1.2.2晶閘管的工作原理1.2.5門極可關斷晶閘管1.2.4晶閘管的主要特性任務引入晶閘管是晶體閘流管的簡稱，又稱可控硅整流器。1956年，晶閘管問世。1957年，世界上第一個晶閘管產(chǎn)品誕生，并于1958年投入商業(yè)化應用。晶閘管由于能承受的電壓和電流容量仍然是目前電力電子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的應用場合仍然具有非常重要的地位。如圖所示為不同封裝形式的晶閘管實物圖。不同封裝形式的晶閘管實物圖（a）螺栓型（b）塑封型（c）平板型任務引入本任務主要介紹晶閘管的相關知識，知識與技能要求如表所示。知識與技能要求任務工單——測試晶閘管的動態(tài)特性1）知識準備晶閘管的動態(tài)特性可分為開通過程和關斷過程兩部分。如圖所示為晶閘管的電氣圖形符號，當在晶閘管A、K兩端施加反向電壓時，無論是否在晶閘管G端施加電壓，晶閘管都不會開通，此時只有很小的反向漏電流通過晶閘管；當在晶閘管A、K兩端施加正向電壓、在G端施加反向電壓或者無外加電壓時，晶閘管不會導通；當在晶閘管A、K兩端以及G、K兩端均施加正向電壓時，晶閘管將開通。1．任務準備晶閘管的電氣圖形符號任務工單——測試晶閘管的動態(tài)特性

1．任務準備晶閘管開通、關斷條件測試電路2）工具和器材準備準備任務實施所需的工具和器材，并補全表。1．任務準備工具和器材清單任務工單——測試晶閘管的動態(tài)特性1）判斷晶閘管引腳的極性如圖所示為數(shù)字萬用表測試晶閘管引腳極性示例，具體測試方法如下。將數(shù)字萬用表置于電阻擋，用紅、黑兩表筆分別測量任意兩引腳間的正反向電阻。若數(shù)字萬用表的讀數(shù)為幾十歐姆，則此時黑表筆所接引腳為門極G，紅表筆所接引腳為陰極K，另一引腳為陽極A。若數(shù)字萬用表讀數(shù)為幾千歐姆，則此時黑表筆所接引腳為門極G，紅表筆所接引腳為陽極A，另一引腳為陰極K。2．任務實施數(shù)字萬用表測試晶閘管引腳極性示例任務工單——測試晶閘管的動態(tài)特性電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。將數(shù)字萬用表置于電阻擋，分別測量門極G與陽極A之間、陽極A與陰極K之間的電阻。此時無論黑紅表筆怎樣調(diào)換測量，阻值均為無窮大。否則，說明晶閘管已經(jīng)損壞。點撥任務工單——測試晶閘管的動態(tài)特性

2．任務實施任務工單——測試晶閘管的動態(tài)特性

2．任務實施任務工單——測試晶閘管的動態(tài)特性任務工單——測試晶閘管的動態(tài)特性在燈泡被點亮的情況下，觀察門極是否連接電源。如果門極連接電源，則將當前的門極電壓反向后，觀察燈泡是否亮起，并思考原因。頭腦風暴（3）記錄試驗現(xiàn)象，并總結(jié)結(jié)論。請在上述試驗步驟完成后，將試驗現(xiàn)象記錄在表中。2．任務實施任務工單——測試晶閘管的動態(tài)特性晶閘管的開通、關斷條件試驗現(xiàn)象任務工單——測試電力二極管的伏安特性結(jié)論：（1）晶閘管的開通條件為晶閘管陽極與陰極之間施加___________________（正向/反向）電壓，門極與陰極之間施加___________________（正向/反向）電壓。（2）晶閘管的關斷條件為通過晶閘管的電流小于___________________?？刹捎玫姆椒ㄓ袑__________________電源斷開，或者在陽極和陰極之間施加___________________（正向/反向）電壓。（3）晶閘管開通后維持陽極電壓不變，此時，如果將門極觸發(fā)電壓撤除，晶閘管處于___________________（開通/關斷）狀態(tài)，即門極對晶閘管___________________（有/無）控制作用。2．任務實施思維延伸根據(jù)晶閘管的開通和關斷條件，分析晶閘管的應用場合，列舉晶閘管的實際應用案例。任務工單——測試電力二極管的伏安特性各組展示任務完成情況，并完成如表所示的考核評價表。3．考核評價考核評價表1.2.1晶閘管的外形與結(jié)構(gòu)晶閘管作為一種理想的大功率變流電子器件，能夠以較小的電流控制千安級的電流和千伏級的電壓，被廣泛應用于相控整流、逆變、交流調(diào)壓、直流變換等場合。目前，晶閘管常用的封裝形式有塑封型、螺栓型和平板型三種。其中，采用螺栓型封裝的螺栓部分是其陽極，此類晶閘管安裝方便且能夠與散熱器緊密相連；采用平板型封裝的晶閘管則可夾在兩個散熱器中間。1．晶閘管的外形

1.2.1晶閘管的外形與結(jié)構(gòu)2．晶閘管的結(jié)構(gòu)常見晶閘管的類型晶閘管的結(jié)構(gòu)點擊此處播放微課從晶閘管的結(jié)構(gòu)來看，如果在晶閘管上取一個傾斜的截面，則可將具有四層三端結(jié)構(gòu)的晶閘管分成一個PNP型晶體管和一個NPN型晶體管，如圖1-16所示為晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)等效圖。如圖1-17所示為晶閘管的互補三極管等效電路，下面通過該電路來說明晶閘管的工作原理。1.2.2晶閘管的工作原理圖1-16晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)等效圖圖1-17晶閘管的互補三極管等效電路

1.2.2晶閘管的工作原理在晶閘管開通后，即使斷開S，在晶閘管內(nèi)部正反饋的影響下，晶閘管依舊處于通態(tài)。此時要想關斷晶閘管，最根本的方法就是使晶閘管陽極電壓減小到一定值或零，即令陽極電流減小到無法維持正反饋的程度?？刹捎玫姆椒ㄈ缦隆?．晶閘管的通態(tài)

1.2.2晶閘管的工作原理電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。晶閘管門極的作用僅是觸發(fā)晶閘管開通，一旦晶閘管開通后，門極便失去控制作用，因此晶閘管屬于半控型器件。點撥2．晶閘管的通態(tài)1.2.2晶閘管的工作原理

3．晶閘管的反向阻斷狀態(tài)1.2.2晶閘管的工作原理

1．晶閘管的主要參數(shù)1.2.3晶閘管的主要參數(shù)和選用方法1）額定電壓參數(shù)

1．晶閘管的主要參數(shù)1.2.3晶閘管的主要參數(shù)和選用方法2）額定電流參數(shù)（1）斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt，指在門極斷路且晶閘管的結(jié)溫為額定值時，不導致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的最大電壓上升率。（2）通態(tài)電流臨界上升率di/dt，指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響（不會導致晶閘管損壞）的最大通態(tài)電流上升率。1．晶閘管的主要參數(shù)1.2.3晶閘管的主要參數(shù)和選用方法3）動態(tài)參數(shù)電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。當斷態(tài)電壓臨界上升率過大時，說明充電電流過大，這會造成晶閘管的誤開通。而當通態(tài)電流臨界上升率過大時，會有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而使晶閘管因局部過熱而損壞。因此，在使用晶閘管時應采取保護措施，保證這兩項參數(shù)不超過規(guī)定值。注意1．晶閘管的主要參數(shù)1.2.3晶閘管的主要參數(shù)和選用方法2．晶閘管的選用方法1.2.3晶閘管的主要參數(shù)和選用方法1）正反向重復峰值電壓的確定

2．晶閘管的選用方法1.2.3晶閘管的主要參數(shù)和選用方法2）晶閘管額定電壓的確定1.2.3晶閘管的主要參數(shù)和選用方法

2．晶閘管的選用方法3）晶閘管額定電流的確定

電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。1.57是晶閘管的波形系數(shù)，即晶閘管的電流有效值與電流平均值之比。點撥1.2.3晶閘管的主要參數(shù)和選用方法1.2.3晶閘管的主要參數(shù)和選用方法【例1-1】

一個晶閘管接在220V的交流電路中，通過晶閘管的電流有效值為100A，取安全裕量為最大電壓和最大電流的2倍，問如何選擇晶閘管的額定電壓和額定電流。

1.2.4晶閘管的主要特性1．靜態(tài)特性

晶閘管陽極伏安特性曲線1.2.4晶閘管的主要特性1．靜態(tài)特性

1）正向特性電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。多次“硬開通”會導致晶閘管永久性損壞，因此一般采用門極觸發(fā)方式，即在晶閘管的門極輸入足夠大的觸發(fā)電流，使晶閘管開通。門極觸發(fā)電流越大，正向轉(zhuǎn)折電壓越小。注意1.2.4晶閘管的主要特性1．靜態(tài)特性1）正向特性

1.2.4晶閘管的主要特性1．靜態(tài)特性2）反向特性

1.2.4晶閘管的主要特性2．動態(tài)特性晶閘管的開通和關斷過程波形1.2.4晶閘管的主要特性2．動態(tài)特性1）開通過程

1.2.4晶閘管的主要特性請討論一下影響晶閘管開通過程的因素有哪些。課堂討論2．動態(tài)特性1）開通過程

1.2.4晶閘管的主要特性2．動態(tài)特性2）關斷過程010203

電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。在實際應用中，應對晶閘管施加足夠長時間的反向電壓，使晶閘管充分恢復其對正向電壓的阻斷能力，從而確保晶閘管工作的可靠性。點撥1.2.4晶閘管的主要特性2．動態(tài)特性2）關斷過程按關斷、開通及控制方式的不同，晶閘管派生器件可分為快速晶閘管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、門極可關斷晶閘管（gateturn-offthyristor,GTO）、溫控晶閘管和光控晶閘管等多種。下面主要對GTO進行介紹。1.2.5門極可關斷晶閘管不同于普通晶閘管，GTO是全控型器件，它既可通過向門極施加正向觸發(fā)脈沖控制開通，又可通過向門極施加反向觸發(fā)脈沖控制關斷。在結(jié)構(gòu)上，GTO與普通晶閘管相同，都是PNPN型四層三端器件，其外形、結(jié)構(gòu)斷面與電氣圖形符號如圖所示。1．GTO的結(jié)構(gòu)及工作原理GTO的外形、結(jié)構(gòu)斷面與電氣圖形符號1.2.5門極可關斷晶閘管GTO是一種多元的功率集成器件，雖然外部同樣具有陽極、陰極和門極，但內(nèi)部則包含數(shù)十個甚至數(shù)百個共陽極的GTO元，這些GTO元的陰極和門極在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起，且每個GTO元陰極和門極的距離很短，有效減小了橫向電阻，因此GTO可以從門極分出電流而使其關斷。1．GTO的結(jié)構(gòu)及工作原理1.2.5門極可關斷晶閘管電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。開通的GTO由于處于臨界飽和狀態(tài)，因此只要在門極施加反向觸發(fā)脈沖即可使其關斷。而開通的普通晶閘管處于深度飽和狀態(tài)，因此在門極施加反向觸發(fā)脈沖并不能使其關斷。點撥1.2.5門極可關斷晶閘管1．GTO的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.2.5門極可關斷晶閘管2．GTO的主要參數(shù)

1.2.5門極可關斷晶閘管2．GTO的主要參數(shù)GTO能夠應用于新能源汽車的關鍵是對GTO門極驅(qū)動電路的合理設計，如果GTO門極驅(qū)動電路設計不合理，將會導致GTO的損壞。1.2.5門極可關斷晶閘管3．GTO門極驅(qū)動電路1）GTO門極驅(qū)動電路的基本要求GTO門極驅(qū)動電路通常包括門極開通電路、門極關斷電路和門極反偏電路三部分。如圖所示為理想的GTO門極驅(qū)動電流波形。合理的GTO門極驅(qū)動電路一般需要滿足以下要求。理想的GTO門極驅(qū)動電流波形（1）門極開通要求。在控制GTO開通時，門極觸發(fā)脈沖應具有前沿陡、幅值高、寬度大、后沿緩的脈沖波形。前沿陡峭的門極觸發(fā)脈沖有利于GTO快速開通，可以保證使所有的GTO元幾乎同時開通且電流分布均勻；高幅值的門極觸發(fā)脈沖可實現(xiàn)強觸發(fā)，有利于縮短開通時間，減少開通損耗；門極觸發(fā)脈沖有足夠的寬度可以保證陽極電流可靠建立；后沿平緩的門極觸發(fā)脈沖可以防止產(chǎn)生振蕩。（2）門極關斷要求。已開通的GTO是通過門極反向電流來關斷的，要求門極關斷脈沖的波形前沿陡、幅值高、寬度足夠、后沿平緩。前沿陡可以縮短關斷時間，減少關斷損耗。若后沿坡度太陡則可能產(chǎn)生正向門極電流，使GTO恢復開通。1.2.5門極可關斷晶閘管3．GTO門極驅(qū)動電路1）GTO門極驅(qū)動電路的基本要求（3）門極反偏要求?；诮Y(jié)構(gòu)方面的原因，GTO與普通晶閘管相比承受電壓上升率的能力較差，如陽極電壓上升率較大時可能會引起誤開通。為此可設置門極反偏電路，在GTO正向阻斷期間在門極施加反偏電壓，從而提高GTO承受電壓上升率的能力。1.2.5門極可關斷晶閘管3．GTO門極驅(qū)動電路電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。在門極施加的反向電壓必須小于門極反向雪崩電壓，持續(xù)時間可以是幾十微秒或整個斷態(tài)時間，這樣有利于GTO的安全運行。點撥1）GTO門極驅(qū)動電路的基本要求

1.2.5門極可關斷晶閘管3．GTO門極驅(qū)動電路2）GTO門極驅(qū)動電路實例GTO門極驅(qū)動電路實例GTO是一種較理想的直流開關器件，具有自關斷及通斷迅速等優(yōu)點，不需要復雜的換流回路，且工作頻率高，主要用于斬波調(diào)速、變頻調(diào)速、電力逆變等場合。但是，在相同的工作條件下，與普通晶閘管相比，GTO的擎住電流較大，關斷脈沖對功率和反向門極電流的上升率要求較高。因此，很多GTO都制成逆導型，在承受反向電壓時應和電力二極管串聯(lián)使用。1.2.5門極可關斷晶閘管4．GTO的應用課堂小結(jié)認識晶閘管晶閘管的外形與結(jié)構(gòu)晶閘管的外形晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管的工作原理晶閘管的斷態(tài)晶閘管的通態(tài)晶閘管的反向阻斷狀態(tài)晶閘管的主要參數(shù)和選用方法晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的選用方法晶閘管的主要特性靜態(tài)特性動態(tài)特性門極可關斷晶閘管GTO的結(jié)構(gòu)及工作原理GTO的主要參數(shù)GTO門極驅(qū)動電路GTO的應用任務1.3認識絕緣柵雙極晶體管1.3.3

IGBT的主要特性1.3.1

IGBT的結(jié)構(gòu)1.3.2

IGBT的工作原理1.3.5

IGBT在新能源汽車上的應用1.3.4

IGBT的擎住效應和安全工作區(qū)任務引入在日常行駛時，新能源汽車的工作電流會高達上百安，而用于精確控制驅(qū)動電機輸入電流的關鍵電力電子器件就是絕緣柵雙極晶體管（insulatedgatebipolartransistor,IGBT）。在新能源汽車尤其是純電動汽車中，IGBT是除動力蓄電池外最昂貴的部件。IGBT可分為N溝道型和P溝道型兩種，其電氣圖形符號如圖所示，其文字符號常用Q表示。如未特殊說明，本書所述IGBT均指N溝道型IGBT。不同封裝形式的晶閘管實物圖任務引入本任務主要介紹IGBT的相關知識，知識與技能要求如表所示。知識與技能要求任務工單——測試絕緣柵雙極晶體管的特性1）知識準備IGBT是以電力晶體管（gianttransistor,GTR）為主導元件，以金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（metaloxidesemiconductorfield-effecttransistor,MOSFET）為驅(qū)動元件構(gòu)成的復合型半導體器件。其中，GTR飽和電壓低，載流密度大，開通電阻小，開關速度較低，但驅(qū)動電流較大，驅(qū)動電路復雜；MOSFET輸入阻抗高，開關速度快，所需驅(qū)動功率小且驅(qū)動電路簡單，但開通電阻大。IGBT作為復合型半導體器件，綜合了兩種電力電子器件的優(yōu)點，同時具有高輸入阻抗和低開通電壓兩方面的優(yōu)點。目前，IGBT主要應用于變速電機、電力系統(tǒng)、開關電源、新能源汽車等產(chǎn)品中。1．任務準備任務工單——測試絕緣柵雙極晶體管的特性

1．任務準備IGBT開關測試電路2）工具和器材準備準備任務實施所需的工具和器材，并補全表。1．任務準備工具和器材清單任務工單——測試絕緣柵雙極晶體管的特性具體操作步驟如下。（1）測試前先將IGBT的三只引腳短路放電，避免影響測試的準確度。（2）將指針式萬用表置于R×1k位置，分別測量IGBT各引腳之間的電阻，如圖所示。（3）若某個引腳與其他兩個引腳之間的電阻都為無窮大，在調(diào)換紅、黑表筆后，該引腳與其他兩個引腳之間的電阻仍為無窮大，則可判斷該引腳為門極G。（4）在測量剩余兩個引腳之間的電阻時，若測得的阻值為無窮大，但在調(diào)換紅、黑表筆后所測量的電阻較小，則調(diào)換表筆后紅表筆所接引腳為集電極C，黑表筆所接引腳為發(fā)射極E。2．任務實施用指針式萬用表測量IGBT引腳之間的電阻示例任務工單——測試絕緣柵雙極晶體管的特性1）判斷IGBT引腳的極性具體操作步驟如下。（1）將指針式萬用表置于R×10k位置，并用萬用表的黑表筆接IGBT的集電極、紅表筆接IGBT的發(fā)射極，此時指針式萬用表的指針應在零位。（2）用手指同時觸碰IGBT的門極和集電極，這時IGBT被觸發(fā)開通，指針式萬用表的指針應擺向阻值較小的方向，并能夠停在某一位置保持不動。（3）接下來用手指同時觸碰IGBT的門極和發(fā)射極，這時IGBT被阻斷，指針式萬用表的指針應回零。如果測試結(jié)果與上述相符，則可判斷該IGBT完好。2．任務實施任務工單——測試絕緣柵雙極晶體管的特性2）判斷IGBT是否完好電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。在測試IGBT是否完好時，要選用指針式萬用表，并將擋位設置在R×10k擋，這是因為采用數(shù)字萬用表或采用

R×1k擋及以下的擋位時，萬用表會因內(nèi)部電池電壓太低而不能使IGBT開通，無法判斷IGBT是否完好，從而影響試驗結(jié)果。點撥任務工單——測試絕緣柵雙極晶體管的特性2．任務實施

門極電流的測試數(shù)據(jù)2．任務實施任務工單——測試晶閘管的動態(tài)特性

3）測試IGBT的特性

集電極電流和發(fā)射極電流的測試數(shù)據(jù)2．任務實施任務工單——測試晶閘管的動態(tài)特性

集電極-發(fā)射極電壓和燈泡的測試數(shù)據(jù)2．任務實施任務工單——測試晶閘管的動態(tài)特性2．任務實施任務工單——測試晶閘管的動態(tài)特性

思維延伸根據(jù)IGBT的特性，分析IGBT的應用場合，列舉IGBT的實際應用案例。任務工單——測試電力二極管的伏安特性各組展示任務完成情況，并完成如表所示的考核評價表。3．考核評價考核評價表

1.3.1

IGBT的結(jié)構(gòu)IGBT的檢測N溝道型IGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)點擊此處播放微課IGBT由于柵區(qū)與源區(qū)之間的氧化膜很薄，其擊穿電壓一般為20～30V，因此門極擊穿是造成IGBT失效的常見原因之一。點撥1.3.1

IGBT的結(jié)構(gòu)在實際應用中，一般所說的IGBT并不是指IGBT單管，而是指IGBT模塊。它是由多個IGBT和二極管芯片組以絕緣方式組裝到金屬基板上，并通過特定的電路封裝而成的。相較于IGBT單管，IGBT模塊主要有以下優(yōu)點。1.3.1

IGBT的結(jié)構(gòu)將多個IGBT芯片并聯(lián)，可使IGBT模塊的額定電流更大。將多個IGBT芯片按照特定的電路形式組合，如半橋、全橋等，可以減少外部電路連接的復雜性。多個IGBT芯片處于同一個金屬基板上，相當于在獨立的散熱器與IGBT芯片之間增加了一塊均熱板，使IGBT模塊的工作更可靠。多個IGBT芯片之間連接與多個分立形式的單管進行外部連接相比，電路布局更好，引線電感更小。IGBT模塊更適合高壓和大電流的場合。IGBT的理想等效電路1.3.2

IGBT的工作原理

點撥1.3.2

IGBT的工作原理

1.3.3

IGBT的主要特性IGBT的靜態(tài)特性主要有伏安特性和轉(zhuǎn)移特性兩種。（a）伏安特性曲線1．靜態(tài)特性

1.3.3

IGBT的主要特性（b）轉(zhuǎn)移特性曲線1．靜態(tài)特性在實際應用中，最大門極電壓受最大集電極電流限制，并不會無限制增大，其最佳取值一般為15V左右。點撥1.3.3

IGBT的主要特性1.3.3

IGBT的主要特性2．動態(tài)特性

IGBT的動態(tài)特性曲線1.3.3

IGBT的主要特性2．動態(tài)特性

PNP型晶體管的存在雖然為IGBT帶來了電導調(diào)制效應的好處，但也引入了少子儲存現(xiàn)象，從而使IGBT的開關速度低于MOSFET。點撥1.3.3

IGBT的主要特性1．IGBT的擎住效應

1.3.4

IGBT的擎住效應和安全工作區(qū)1）擎住效應產(chǎn)生的原因IGBT的實際等效電路1．IGBT的擎住效應

1.3.4

IGBT的擎住效應和安全工作區(qū)1）擎住效應產(chǎn)生的原因當有過電流流過IGBT時，可以控制門極來阻斷過電流，保護器件。但自鎖現(xiàn)象一旦發(fā)生，門極將失去對電路的控制，使IGBT無法關斷，最終會導致IGBT因過電流而損壞。為了避免發(fā)生擎住效應，一般可采用以下幾種措施。1．IGBT的擎住效應1.3.4

IGBT的擎住效應和安全工作區(qū)2）擎住效應的危害與預防措施（1）保證IGBT的最大工作電流不超過集電極電流的臨界值。

（3）增大門極電阻，延長IGBT的關斷時間。當IGBT內(nèi)部的晶閘管開通時，會出現(xiàn)靜態(tài)擎住效應；當IGBT高速關斷時，會出現(xiàn)動態(tài)擎住效應。動態(tài)擎住效應比靜態(tài)擎住效應所允許的集電極電流小。點撥1．IGBT的擎住效應1.3.4

IGBT的擎住效應和安全工作區(qū)2）擎住效應的危害與預防措施2．IGBT的安全工作區(qū)安全工作區(qū)（safeoperatingarea,SOA）是指IGBT在不發(fā)生自損壞或性能下降的情況下，同時承受一定電壓和電流而不失效的區(qū)域。IGBT的安全工作區(qū)一般可以分為正偏安全工作區(qū)（forwardbiassafeoperatingarea,FBSOA）、反偏安全工作區(qū)（reversebiassafeoperatingarea,RBSOA）、短路安全工作區(qū)（shortcircuitsafeoperatingarea,SCSOA）。如圖所示為IGBT的正偏安全工作區(qū)和反偏安全工作區(qū)。1.3.4

IGBT的擎住效應和安全工作區(qū)IGBT的正偏安全工作區(qū)和反偏安全工作區(qū)2．IGBT的安全工作區(qū)1.3.4

IGBT的擎住效應和安全工作區(qū)

2．IGBT的安全工作區(qū)1.3.4

IGBT的擎住效應和安全工作區(qū)

2．IGBT的安全工作區(qū)1.3.4

IGBT的擎住效應和安全工作區(qū)（3）短路安全工作區(qū)是指在IGBT集電極與發(fā)射極之間處于高壓狀態(tài)時，突然給門極加上高壓會導致IGBT發(fā)生短路的區(qū)域，此時的短路電流相當于額定電流的十倍。在短路安全工作區(qū)內(nèi)，IGBT始終處于通態(tài)，此狀態(tài)的IGBT的耗能是三種安全工作區(qū)中最大的，出現(xiàn)失效的概率也最高。GBT在開通的時候，能夠承受幾十到幾百安的電流，在斷開時，可以承受幾百到幾千伏的電壓，而且IGBT在巨大的電流電壓作用下，還能有極高的開關速度，一秒鐘可達上萬次，但它只有我們手指甲蓋大小。隨著電力電子技術的進步，IGBT在新能源汽車中得到了廣泛的應用，是新能源汽車的核心器件之一，對整車的性能有著重要的影響。新能源汽車是通過動力蓄電池、驅(qū)動電機來給車輛提供動力的，IGBT主要應用于交流充電、電力驅(qū)動等場合，具體表現(xiàn)在以下方面。1.3.5

IGBT在新能源汽車上的應用1.3.5

IGBT在新能源汽車上的應用（1）充電樁：由于從電網(wǎng)引出的是220V工頻交流電，因此在用充電樁給新能源汽車動力蓄電池充電時，需要通過基于IGBT設計的電源變換電路將交流電變換為直流電，同時要把220V電壓變換為動力蓄電池所需的電壓，才能給動力蓄電池充電。IGBT的性能直接決定了新能源汽車的充電效率。（2）逆變器：在逆變電路中，IGBT需要配合逆變器將動力蓄電池的直流電變換為驅(qū)動電機所需的交流電，并通過改變交流電的頻率，來改變驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，從而精準地改變車輛的行駛速度。（3）車載空調(diào)：新能源汽車車載空調(diào)的工作原理與驅(qū)動電機的基本相同，即通過逆變器將動力蓄電池的直流電變換為交流電后，驅(qū)動電動壓縮機工作。1.3.5

IGBT在新能源汽車上的應用比亞迪汽車上IGBT模塊的應用課堂小結(jié)認識絕緣柵雙極晶體管IGBT的結(jié)構(gòu)IGBT的工作原理IGBT的主要特性靜態(tài)特性動態(tài)特性IGBT的擎住效應和安全工作區(qū)IGBT的擎住效應IGBT的安全工作區(qū)IGBT在新能源汽車上的應用科技前沿國產(chǎn)化中崛起的中國IGBT產(chǎn)業(yè)IGBT的應用非常廣泛，小到家電，大到工業(yè)制造、交通、電網(wǎng)等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，IGBT已經(jīng)全面取代了傳統(tǒng)的PowerMOSFET，可以說是電力電子行業(yè)里的“CPU”。隨著工業(yè)控制及電源行業(yè)市場回暖，IGBT在各領域的市場規(guī)模逐步擴大。IGBT是變頻器、逆變電焊機等傳統(tǒng)工業(yè)設備的核心器件，且已在這些領域中得到廣泛應用。同時，IGBT在新能源汽車領域中發(fā)揮著至關重要的作用。可以說我國擁有最大的功率半導體市場，國內(nèi)廠商在IGBT等高端器件技術上與國際大公司相比還有一些差距。從市場上看，雖然英飛凌、三菱和富士電機等國際廠商目前占有絕對的市場優(yōu)勢，但國內(nèi)IGBT也在國產(chǎn)化進程中呈現(xiàn)出強勢崛起的姿態(tài)。例如，作為國內(nèi)IGBT行業(yè)領軍企業(yè)的斯達半導體公司，其自主研發(fā)的第二代芯片F(xiàn)S-Trench已實現(xiàn)量產(chǎn)，成功打破了國外企業(yè)常年對IGBT芯片的壟斷；而新能源汽車領軍企業(yè)比亞迪公司研發(fā)的IGBT4.0芯片通過精細化平面柵設計，增大了驅(qū)動電機的扭矩與輸出功率，在不需要大功率輸出的工況中也能夠大大降低能耗，綜合能耗較市場主流產(chǎn)品降低了約20%；國內(nèi)唯一自主掌握了高鐵動力IGBT芯片及模塊技術的企業(yè)株洲中車時代電氣公司，它擁有國內(nèi)首條、全球第二條8inchIGBT芯片生產(chǎn)線，該公司研發(fā)的1200～6500V高壓模塊技術優(yōu)勢明顯。這些都是我國IGBT行業(yè)正在打破國外壟斷、逐步邁上自主研發(fā)道路、具備國產(chǎn)替代能力的最好體現(xiàn)?？萍记把卣n后作業(yè)1、繪制思維導圖，充分理解本節(jié)課的內(nèi)容。2、完成綜合測試。老師在APP中生成作業(yè)布置二維碼，放在此處即可二維碼放置處作業(yè)布置謝謝觀看！源汽車能新電力電子技術PART02項目2

AC/DC變換電路任務2.1測試單相可控整流電路任務2.2測試三相可控整流電路AC/DC變換又稱整流。在新能源汽車上，有許多電子設備使用的是直流電源，如為車輛提供電能的動力蓄電池、低壓輔助電池，以及車上各種電子控制單元等。但在我國電力輸送網(wǎng)絡中，電能主要以高壓交流電進行傳輸。因此，為了滿足這些設備對直流電源的需求，就需要對電網(wǎng)輸入的交流電進行變換，而這一個變換過程就是依靠整流電路實現(xiàn)的。整流電路的工作原理、特性、電壓電流波形，以及電量之間的數(shù)量關系與整流電路所帶負載的性質(zhì)密切相關，因此，在分析整流電路時，可根據(jù)負載性質(zhì)的不同分別對其進行討論。本項目主要介紹典型整流電路的組成及工作原理。項目導讀掌握整流電路的概念、分類及分析方法。了解單相可控整流電路的組成及工作原理。了解三相可控整流電路的組成及工作原理。知識目標技能目標能測試單相半波可控整流電路。能測試三相橋式全控整流電路。能計算整流電路的輸出。能用示波器檢測整流前后電信號波形的變化情況。素質(zhì)目標提升文化素養(yǎng)，堅定文化自信。增強實現(xiàn)中華民族偉大復興的歷史使命感。樹立技能成才、技能報國的理想信念。任務2.1測試單相可控整流電路2.1.3單相橋式全控整流電路2.1.1整流電路概述2.1.2單相半波可控整流電路任務引入整流電路廣泛應用于日常生活中，如手機充電器、電源適配器、穩(wěn)壓直流電源等，都是整流電路的應用實例。整流電路包括單相整流電路、三相整流電路等類型，而單相整流電路是組成三相整流電路的基礎。典型的單相可控整流電路包括單相半波可控整流電路、單相橋式全控整流電路、單相全波可控整流電路、單相橋式半控整流電路等。任務引入本任務主要介紹單相可控整流電路的相關內(nèi)容，知識與技能要求如表所示。知識與技能要求任務工單——測試單相半波可控整流電路1）知識準備單相半波可控整流電路的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，所使用的整流器件較少，調(diào)控方便。但該電路只對交流信號的正半周期進行了整流，變換效率低且輸出電壓脈動大。此外，變壓器二次側(cè)電流中含有直流分量，容易使變壓器鐵芯產(chǎn)生直流磁化現(xiàn)象。為了避免這種情況，就需要使變壓器鐵芯工作在不飽和狀態(tài)。常采用的方法是降低磁感應強度或增大鐵芯橫截面積，但這就會使搭載電路的設備體積增大。因此，單相半波可控整流電路在實際中只適用于一些容量小、質(zhì)量小、對波形要求不高的場合。1．任務準備2）工具和器材準備準備任務實施所需的工具和器材，并補全表。1．任務準備工具和器材清單任務工單——測試單相半波可控整流電路1）連接試驗電路如圖所示為帶電阻性負載的單相半波可控整流電路，請選擇相應的器材，按照圖連接電路，并確認連接無誤。2．任務實施任務工單——測試單相半波可控整流電路帶電阻性負載的單相半波可控整流電路

2．任務實施任務工單——測試單相半波可控整流電路2．任務實施電力二極管正向特性測試數(shù)據(jù)任務工單——測試單相半波可控整流電路創(chuàng)想天地除了帶電阻性負載外，單相半波可控整流電路在使用中還有可能帶其他特性的負載，如阻感性負載、反電動勢負載等。請結(jié)合本工單內(nèi)容，討論在帶阻感負載的情況下，單相半波可控整流電路的工作情況。各組展示任務完成情況，并完成如表所示的考核評價表。3．考核評價考核評價表任務工單——測試單相半波可控整流電路2.1.1整流電路概述整流電路通常由變壓器、整流主電路和濾波器等組成，其作用是將交流電變換為直流電。在整流電路中，變壓器的作用是實現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配，以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電氣隔離；整流主電路主要由整流二極管或晶閘管組成；濾波器接在主電路與負載之間，用于濾除脈動直流電壓中的交流成分。1．整流電路的組成和基本參數(shù)1）整流電路的組成

2.1.1整流電路概述1．整流電路的組成和基本參數(shù)2）整流電路的基本參數(shù)整流電路的基本參數(shù)是反映其工作性能和電路中電力電子器件性能的主要依據(jù)。整流電路基本參數(shù)主要有以下幾個。電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。采用整流二極管的整流電路故障發(fā)生率比較高，主要是整流二極管容易因過流而損壞，出現(xiàn)二極管開路或擊穿故障。常用的檢修方法是測量整流二極管的正反向電阻。點撥2.1.1整流電路概述1．整流電路的組成和基本參數(shù)2）整流電路的基本參數(shù)為了更準確地描述整流電路的工作過程，人們還引入了以下幾個參數(shù)?？刂平铅粒壕чl管從開始承受正向陽極電壓到觸發(fā)開通之間的電角度，也稱觸發(fā)角或觸發(fā)延遲角。1導通角θ：晶閘管在一個周期內(nèi)導通的電角度，其大小為θ=π?α。22移相：通過改變α的大小來改變觸發(fā)脈沖在每個周期內(nèi)出現(xiàn)的相位的操作。移相是為了改變晶閘管的導通時間，從而改變輸出電壓的大小。而α的變化范圍稱為移相范圍。332.1.1整流電路概述1．整流電路的組成和基本參數(shù)2）整流電路的基本參數(shù)電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制輸出電壓大小的方式稱為相位控制，簡稱相控。點撥2.1.1整流電路概述1．整流電路的組成和基本參數(shù)2）整流電路的基本參數(shù)整流電路是電力電子技術中出現(xiàn)最早的一種電力變換電路，在直流電動機的調(diào)速、發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領域都得到了廣泛應用，其電路形式也多種多樣。整流電路按照不同的方式，可以分為不同的類型，具體如下。2.1.1整流電路概述2．整流電路的分類（1）不可控整流電路完全由整流二極管構(gòu)成，電路輸出電壓和輸入交流電壓（有效值）之比是固定不變的。（2）半控整流電路的整流器件由不可控器件和可控器件混合組成，在此類電路中，電路輸出電壓的極性不可改變，但電路輸出電壓的大小可以調(diào)節(jié)。2.1.1整流電路概述1）按照組成器件分類2．整流電路的分類（3）全控整流電路的整流器件由可控器件組成，電路輸出電壓的極性及大小都可以通過可控器件進行調(diào)節(jié)。按照組成器件的不同，整流電路可分為不可控整流電路、半控整流電路和全控整流電路。電力電子技術是電子技術的一個分支，而另一個分支是信息電子技術，也就是我們熟知的模擬電子技術與數(shù)字電子技術。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術主要用于電力變換。在全控整流電路中，功率可由電源向負載傳送，也可由負載反饋給電源，即有源逆變。點撥2.1.1整流電路概述1）按照組成器件分類2．整流電路的分類按照電路結(jié)構(gòu)的不同，整流電路可分為半波整流電路和橋式整流電路。（1）半波整流電路又稱零式整流電路。在此類電路中，整流器件的陽極（或陰極）全部連接在一起，并接到負載的一端，負載的另一端與電源相連，電路中的電流方向是單向的，負載上得到的只是電源電壓波形的一半。（2）橋式整流電路是全波整流電路的一種，可以將其視為由兩組半波整流電路并聯(lián)而成，電路中的兩組整流器件一組接成共陰極，一組接成共陽極，分別與負載兩端相連，此時的電流是交變的。橋式整流電路不需要變壓器二次繞組的中心抽頭，但比半波整流電路多用一倍的功率器件。2.1.1整流電路概述2）按照電路結(jié)構(gòu)分類2．整流電路的分類單相半波整流電路與單相全波整流電路的區(qū)別點擊此處播放微課按照交流電源相數(shù)的不同，整流電路可分為單相整流電路、三相整流電路和多相整流電路。（1）單相整流電路的交流側(cè)由單相電源供電，