1、電 力 電 子 技 術(shù),Power Electronics,第2章 電力電子器件及應(yīng)用,1,2,3,4,5,晶閘管,可關(guān)斷晶閘管（GTO）,電力晶體管,6,電力電子器件基礎(chǔ),電力電子器件的特點與分類,功率二極管,功率場效應(yīng)晶體管,7,絕緣柵雙極型晶體管,8,9,10,其它新型電力電子器件,電力電子器件的發(fā)展趨勢,電力電子器件應(yīng)用共性問題,11,總結(jié),12,第2章 電力電子器件及應(yīng)用,1電力電子器件的特點 電力電子器件（Power Electronic Device）是指能實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。和信息系統(tǒng)中的電子器件相比，具有以下特點： 1）具有較大的耗散功率 與信息系統(tǒng)中的電子器件主

2、要承擔(dān)信號傳輸任務(wù)不同，電力電子器件處理的功率較大，具有較高的導(dǎo)通電流和阻斷電壓。由于自身的導(dǎo)通電阻和阻斷時的漏電流，電力電子器件要產(chǎn)生較大的耗散功率，往往是電路中主要的發(fā)熱源。為便于散熱，電力電子器件往往具有較大的體積，在使用時一般都要安裝散熱器，以限制因損耗造成的溫升。 2）工作在開關(guān)狀態(tài) 為了降低工作損耗，電力電子器件往往工作在開關(guān)狀態(tài)。關(guān)斷時承受一定的電壓，但基本無電流流過；導(dǎo)通時流過一定的電流，但器件只有很小的導(dǎo)通壓降。,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效

3、應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),2.1 電力電子器件的特點和分類,3）需要專門的驅(qū)動電路來控制 電力電子器件的工作狀態(tài)通常由信息電子電路來控制，由于電力電子器件處理的電功率較大，信息電子電路不能直接控制，需要中間電路將控制信號放大，該放大電路就是電力電子器件的驅(qū)動電路。 4）需要緩沖和保護(hù)電路 電力電子器件的主要用途是高速開關(guān)，與普通電氣開關(guān)、熔斷器和接觸器等電氣元件相比，其過載能力不強(qiáng)，電力電子器件導(dǎo)通時的電流要嚴(yán)格控制在一定范圍內(nèi)。過電流不僅會使器件特性惡化，還會破壞器件結(jié)構(gòu)，

4、導(dǎo)致器件永久失效。與過電流相比，電力電子器件的過電壓能力更弱，為降低器件導(dǎo)通壓降，器件的芯片總是做得盡可能薄，僅有少量的裕量，即使是微秒級的過電壓脈沖都可能造成器件永久性的損壞。 在電力電子器件開關(guān)過程中，電壓和電流會發(fā)生急劇變化，為了增強(qiáng)器件工作的可靠性，通常要采用緩沖電路來抑制電壓和電流的變化率，降低器件的電應(yīng)力；采用保護(hù)電路來防止電壓和電流超過器件的極限值。,2.1 電力電子器件的特點和分類,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體

5、管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),2.電力電子器件的分類 按照電力電子器件能夠被控制電路信號所控制的程度，可對電力電子器件進(jìn)行如下分類： 1）不可控器件，它不能用控制信號控制其通斷，器件的導(dǎo)通與截止完全由自身在電路中承受的電壓和電流來決定。這類器件主要指功率二極管。 2）半控型器件，指通過控制信號能控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷的電力電子器件。這類器件主要是指晶閘管，它由普通晶閘管及其派生器件組成。 3）全控型器件，指通過控制信號既可以控制其導(dǎo)通，又可以控制其關(guān)斷的電力電子器件。這類器件的品種很多，目前常用的有門極可關(guān)斷

6、晶閘管（GTO）、電力晶體管（GTR）、功率場效應(yīng)管（Power MOSFET）和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等。,2.1 電力電子器件的特點和分類,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),2.電力電子器件的分類 按照驅(qū)動信號的不同，又可將可控器件分為電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型。 電流驅(qū)動型器件通過從控制極注入和抽出電流來實現(xiàn)器件

7、的通斷，其典型代表是GTR。 電壓驅(qū)動型器件通過在控制極上施加正向控制電壓實現(xiàn)器件導(dǎo)通，通過撤除控制電壓或施加反向控制電壓使器件關(guān)斷；由于電壓驅(qū)動型器件是通過控制極電壓在主電極間建立電場來控制器件導(dǎo)通，故也稱場控或場效應(yīng)器件，其典型代表是Power MOSFET和IGBT。,2.1 電力電子器件的特點和分類,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件

8、應(yīng)用共性問題 小結(jié),2.電力電子器件的分類 根據(jù)器件內(nèi)部帶電粒子參與導(dǎo)電的種類不同，電力電子器件又可分為單極型、雙極型和復(fù)合型三類。 器件內(nèi)部只有一種帶電粒子參與導(dǎo)電的稱為單極型器件，如Power MOSFET； 器件內(nèi)有電子和空穴兩種帶電粒子參于導(dǎo)電的稱為雙極型器件，如GTR和GTO； 由雙極型器件與單極型器件復(fù)合而成的新器件稱為復(fù)合型器件，如IGBT等。,2.1 電力電子器件的特點和分類,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *

9、2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),1PN結(jié)的形成 完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體稱為本征半導(dǎo)體。在常溫下，本征半導(dǎo)體可以激發(fā)出少量的自由電子，并出現(xiàn)相應(yīng)數(shù)量的空穴，這兩種不同極性的帶電粒子統(tǒng)稱為載流子。,在本征半導(dǎo)體內(nèi)摻入微量的雜質(zhì)，會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力發(fā)生顯著的變化，這種半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。因摻入雜質(zhì)化合價的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為電子型（N型）半導(dǎo)體和空穴型（P型）半導(dǎo)體兩類。 N型半導(dǎo)體的雜質(zhì)為五價元素，在半導(dǎo)體晶體中能給出一個多余的電子，故N型半導(dǎo)體內(nèi)自由電子數(shù)遠(yuǎn)大于空穴數(shù)，則自由電子稱為多數(shù)載流子（簡稱多子），空

10、穴稱為少數(shù)載流子（簡稱少子）。而P型半導(dǎo)體中的雜質(zhì)為三價元素，能在半導(dǎo)體晶體中接受電子，使晶體中產(chǎn)生空穴，即P型半導(dǎo)體中的空穴數(shù)遠(yuǎn)大于自由電子數(shù)，則空穴稱為多數(shù)載流子，自由電子稱為少數(shù)載流子。,2.2 電力電子器件基礎(chǔ),目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),將N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合，由于P型半導(dǎo)體內(nèi)空穴濃度高、電子密度小，

11、而N型半導(dǎo)體空穴濃度低、電子密度高，則空穴必然要從高濃度的P區(qū)流向低濃度的N區(qū)，同樣電子要從N區(qū)流向P區(qū)，這種載流子從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的運(yùn)動稱為擴(kuò)散運(yùn)動。擴(kuò)散首先在界面兩側(cè)附近進(jìn)行，當(dāng)電子離開N區(qū)后，留下了不能移動的帶正電荷的雜質(zhì)離子，形成一層帶正電荷的區(qū)域；同理，空穴離開P區(qū)后，留下不能移動的帶負(fù)電荷的雜質(zhì)離子，形成一層帶負(fù)電荷的區(qū)域。因此P區(qū)和N區(qū)交界面附近形成空間電荷區(qū)，即PN結(jié)。 由于正負(fù)電荷的相互作用，在空間電荷區(qū)形成從帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū)的內(nèi)電場。內(nèi)電場對多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動有阻擋作用，同時也會吸引對方區(qū)內(nèi)的少數(shù)載流子向本區(qū)運(yùn)動，形成漂移運(yùn)動。當(dāng)擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動達(dá)到動態(tài)

12、平衡時，正、負(fù)空間電荷量就達(dá)到穩(wěn)定值。,2.2.1 PN結(jié)原理,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.2.1 PN結(jié)原理 2.2.2 電力電子器件的封裝 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),2偏置下的PN結(jié) 當(dāng)PN結(jié)正向偏置時，外加電場與PN結(jié)的內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場被削弱，載流子的漂移運(yùn)動受到抑制，而擴(kuò)散運(yùn)動增強(qiáng)，在外電路上則形成自P區(qū)流入而從N區(qū)流出的電

13、流，稱為正向電流。 當(dāng)PN結(jié)反向偏置時，外加電場與PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，使得載流子的漂移運(yùn)動大于擴(kuò)散運(yùn)動，形成反向電流，但由于受少數(shù)載流子濃度低的限制，反向電流一般很小。,2.2.1 PN結(jié)原理,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.2.1 PN結(jié)原理 2.2.2 電力電子器件的封裝 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),3PN結(jié)的反向擊穿 PN結(jié)具有一定的反

14、向耐壓能力，但如果反向電壓過大，達(dá)到反向擊穿電壓時，反向電流會急劇增加，破壞PN結(jié)反向偏置為截止的工作狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為反向擊穿，反向擊穿有可能造成PN結(jié)損壞。 PN結(jié)反向擊穿有三種形式：雪崩擊穿、齊納擊穿和熱擊穿。 1）雪崩擊穿 當(dāng)反向電壓增大到某一數(shù)值后，載流子增加得快而多，使反向電流急劇增大，這種情況稱為雪崩擊穿。 2）齊納擊穿 齊納擊穿也稱隧道擊穿，它是在較低的反向電壓下發(fā)生的擊穿。在高摻雜濃度的PN結(jié)中，P區(qū)與N區(qū)之間的間距較窄，再加上反偏電壓使電場強(qiáng)度增加，進(jìn)一步減少了該間距，則P區(qū)中的某些電子通過空間電荷區(qū)進(jìn)入N區(qū)，反向電流急劇增加，該現(xiàn)象稱為齊納擊穿。,2.2.1 PN結(jié)原理,

15、目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.2.1 PN結(jié)原理 2.2.2 電力電子器件的封裝 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),3）熱擊穿 上述兩種型式的擊穿過程都是可逆的，若此時外電路能采取措施限制反向電流，當(dāng)反向電壓降低后PN結(jié)仍可恢復(fù)原來狀態(tài)。否則反向電壓和反向電流乘積過大，會超過PN結(jié)容許的耗散功率，導(dǎo)致熱量無法散發(fā)，PN結(jié)溫度上升直至過熱而燒毀。這種

16、現(xiàn)象稱為熱擊穿，必須盡可能避免熱擊穿。,2.2.1 PN結(jié)原理,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.2.1 PN結(jié)原理 2.2.2 電力電子器件的封裝 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),4PN結(jié)的電容效應(yīng) PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容CJ，又稱為微分電容。 結(jié)電容按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢壘電容CB和擴(kuò)散電容CD。 電容影

17、響PN結(jié)的工作頻率，尤其是高速的開關(guān)狀態(tài)。,2.2.1 PN結(jié)原理,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.2.1 PN結(jié)原理 2.2.2 電力電子器件的封裝 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),圖2-2是電力電子器件幾種常見的封裝形式,2.2.2 電力電子器件的封裝,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.2.1 PN結(jié)原理 2.2

18、.2 電力電子器件的封裝 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),功率二極管（Power Diode）屬于不可控電力電子器件，是20世紀(jì)最早獲得應(yīng)用的電力電子器件，它在整流、逆變等領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用。 基于導(dǎo)電機(jī)理和結(jié)構(gòu)的不同，二極管可分為結(jié)型二極管和肖特基勢壘二極管。 二極管的基本結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦裕蚱脮r表現(xiàn)為低阻態(tài)，形成正向電流，稱為正向?qū)?；而反向偏置時表現(xiàn)

19、為高阻態(tài)，幾乎沒有電流流過，稱為反向截止。,2.3 功率二極管,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.2.1 PN結(jié)原理 2.2.2 電力電子器件的封裝 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),2.3.1 結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理,PIN結(jié)構(gòu) 為了提高PN結(jié)二極管承受反向電壓的阻斷能力，結(jié)型功率二極管多采用PIN結(jié)構(gòu)。PIN功率二極管在P型半導(dǎo)體和N型半

20、導(dǎo)體之間夾有一層摻有輕微雜質(zhì)的高阻抗N-區(qū)域，該區(qū)域由于摻雜濃度低而接近于純半導(dǎo)體，即本征半導(dǎo)體。低摻雜N-區(qū)域越厚，功率二極管能夠承受的反向電壓就越高。 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)： 若流過二極管的電流較小，二極管的電阻主要是低摻雜N-區(qū)的歐姆電阻，阻值較高且為常數(shù)，因而其管壓降隨正向電流的上升而增加； 當(dāng)流過二極管的電流較大時，注入并積累在低摻雜N-區(qū)的少子空穴濃度將增大，為了維持半導(dǎo)體電中性條件，其多子濃度也相應(yīng)大幅度增加，導(dǎo)致其電阻率明顯下降，即電導(dǎo)率大大增加，使二極管的管壓降基本不變。,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.3.1結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)

21、和工作原理 2.3.2結(jié)型功率二極管的基本特性 2.3.3快速功率二極管 2.3.4肖特基勢壘二極管 2.3.5功率二極管的主要參數(shù) 2.3.6功率二極管的應(yīng)用特點 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),圖2-4 結(jié)型功率二極管的伏安特性,1穩(wěn)態(tài)特性,2.3.2 結(jié)型功率二極管的基本特性,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.3.1結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作

22、原理 2.3.2結(jié)型功率二極管的基本特性 2.3.3快速功率二極管 2.3.4肖特基勢壘二極管 2.3.5功率二極管的主要參數(shù) 2.3.6功率二極管的應(yīng)用特點 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),門檻電壓UTO，正向電流IF開始明顯增加所對應(yīng)的電壓。 與IF對應(yīng)的電力二極管兩端的電壓即為其正向電壓降UF 。 承受反向電壓時，只有微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。,電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得PN結(jié)在正向電流較大時導(dǎo)通壓降

23、仍然很低，且不隨電流的大小而變化。,2動態(tài)特性 結(jié)型功率二極管屬于多數(shù)載流子和少數(shù)載流子均參與導(dǎo)電的雙極型器件，并具有載流子存儲效應(yīng)和電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，這些特性對其開關(guān)過程會產(chǎn)生影響。,圖2-5 結(jié)型功率二極管的開關(guān)過程,2.3.2 結(jié)型功率二極管的基本特性,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.3.1結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.3.2結(jié)型功率二極管的基本特性 2.3.3快速功率二極管 2.3.4肖特基勢壘二極管 2.3.5功率二極管的主要參數(shù) 2.3.6功率二極管的應(yīng)用特點 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管

24、 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),2動態(tài)特性,圖2-5 結(jié)型功率二極管的開關(guān)過程,2.3.2 結(jié)型功率二極管的基本特性,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.3.1結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.3.2結(jié)型功率二極管的基本特性 2.3.3快速功率二極管 2.3.4肖特基勢壘二極管 2.3.5功率二極管的主要參數(shù) 2.3.6功率二極管的應(yīng)用特點 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.

25、7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),正向壓降先出現(xiàn)一個過沖UFP，經(jīng)過一段時間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個值（如 2V）。 正向恢復(fù)時間tfr。 電流上升率越大，UFP越高 。,開通過程：,2動態(tài)特性,圖2-5 結(jié)型功率二極管的開關(guān)過程,2.3.2 結(jié)型功率二極管的基本特性,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.3.1結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.3.2結(jié)型功率二極管的基本特性 2.3.3快速功率二極管 2.3.4肖特基勢壘

26、二極管 2.3.5功率二極管的主要參數(shù) 2.3.6功率二極管的應(yīng)用特點 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),關(guān)斷過程 須經(jīng)過一段短暫的時間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。 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沖。,反向恢復(fù)時間：trr= td+ tf,普通結(jié)型功率二極管又稱整流管（Rectifier Diode），反向恢復(fù)時間在5s以上，多用于開關(guān)頻率在1kHz以下的整流電路中

27、。若是高頻電路，應(yīng)采用快速功率二極管。,2.3.3 快速功率二極管,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.3.1結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.3.2結(jié)型功率二極管的基本特性 2.3.3快速功率二極管 2.3.4肖特基勢壘二極管 2.3.5功率二極管的主要參數(shù) 2.3.6功率二極管的應(yīng)用特點 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),快速型和超快速型 快速二

28、極管分為快恢復(fù)（FRED）和超快恢復(fù)（Hiper FRED，Hiper Fast soft Recovery Epitaxial Diode）兩類。前者應(yīng)用于開關(guān)頻率為2050kHz的場合；后者用于開關(guān)頻率在50kHz以上的場合。,圖2-6 肖特基二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,肖特基勢壘二極管，簡稱為肖特基二極管（SBD，Schottky Barrier Diode），以金屬與半導(dǎo)體接觸形成的勢壘為基礎(chǔ)的二極管。,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.3.1結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.3.2結(jié)型功率二極管的基本特性 2.3.3快速功率二極管 2.3.

29、4肖特基勢壘二極管 2.3.5功率二極管的主要參數(shù) 2.3.6功率二極管的應(yīng)用特點 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),2.3.4 肖特基勢壘二極管,特點：1、反向恢復(fù)時間很短，僅為1040ns。 2、肖特基二極管導(dǎo)通壓降（一般為0.41V）比普通二極管和快恢復(fù)二極管低，這有助于降低二極管的導(dǎo)通損耗。但其反向耐壓在200V以下，因此適用于低電壓輸出的場合。,除了反向恢復(fù)時間trr和正向?qū)▔航礥F，選用

30、功率二極管時，還應(yīng)考慮以下幾個參數(shù)： 1額定正向平均電流IT (AV) 功率二極管長期運(yùn)行在規(guī)定管殼溫度和散熱條件下，允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值定義為額定正向平均電流。使用時應(yīng)按照流過二極管實際波形電流與工頻正弦半波平均電流的熱效應(yīng)相等（即有效值相等）的原則，來選取功率二極管的額定電流，并應(yīng)留有一定的裕量。,2.3.5 功率二極管的主要參數(shù),目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.3.1結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.3.2結(jié)型功率二極管的基本特性 2.3.3快速功率二極管 2.3.4肖特基勢壘二極管 2.3.5功率二極管的主要參數(shù)

31、 2.3.6功率二極管的應(yīng)用特點 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),如圖2-7所示，設(shè)該正弦半波電流的峰值為Im，則額定平均電流IT(AV)為 （2-1） 額定電流有效值IT為 （2-2） 定義電流的波形系數(shù)Kf=IT/ IT(AV)；則正弦半波電流的波形系數(shù)： （2-3） 實際使用時，對二極管額定平均電流IT(AV)選擇應(yīng)至少留1倍以上的裕量。,圖2-7 二極管的通態(tài)平均電流,2.3.5 功率二極管

32、的主要參數(shù),目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.3.1結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.3.2結(jié)型功率二極管的基本特性 2.3.3快速功率二極管 2.3.4肖特基勢壘二極管 2.3.5功率二極管的主要參數(shù) 2.3.6功率二極管的應(yīng)用特點 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),2額定反向電壓URPM 指二極管能承受的重復(fù)施加的反向最高峰值電壓（額定電壓），

33、此電壓通常為擊穿電壓的2/3。為避免發(fā)生擊穿，在實際應(yīng)用中應(yīng)計算功率二極管有可能承受的反向最高電壓，并在選型時留有23倍的裕量。 3最高工作結(jié)溫TJM 指器件中PN結(jié)在不至于損壞的前提下所能承受的最高平均溫度。TJM通常在125175范圍內(nèi)。,2.3.5 功率二極管的主要參數(shù),目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.3.1結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.3.2結(jié)型功率二極管的基本特性 2.3.3快速功率二極管 2.3.4肖特基勢壘二極管 2.3.5功率二極管的主要參數(shù) 2.3.6功率二極管的應(yīng)用特點 2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO

34、） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),晶閘管（Thyristor）是能承受高電壓、大電流的半控型電力電子器件，也稱可控硅整流管（SCR，Silicon Controlled Rectifier）。由于它電流容量大、電壓耐量高以及開通的可控性，已被廣泛應(yīng)用于可控整流和逆變、交流調(diào)壓、直流變換等領(lǐng)域，成為特大功率、低頻（200Hz以下）裝置中的主要器件。,2.4 晶閘管,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2

35、.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),圖2-9 晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 a) 封裝 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號,晶閘管有三個電極，分別是陽極A、陰極K和門極（或稱柵極）G。 晶閘管內(nèi)部是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，四個區(qū)形成J1、J2、J3三個PN結(jié)。若

36、不施加控制信號，將正向電壓（陽極電位高于陰極電位）加到晶閘管兩端，J2處于反向偏置狀態(tài)，A、K之間處于阻斷狀態(tài)；若反向電壓加到晶閘管兩端，則J1、J3反偏，該晶閘管也處于阻斷狀態(tài)。,2.4.1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.1

37、0 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),將晶閘管等效為一個PNP晶體管V1和一個NPN晶體管V2的復(fù)合雙晶體管模型。 如果在V2基極注入IG（門極電流），則由V2的放大作用，產(chǎn)生Ic2（2IG）。由于Ic2為V1提供了基極電流，因此再由V1的放大作用使Ic1=1Ic2，這時V2的基極電流由IG和Ic1共同提供，從而使V2的基極電流增加，并通過晶體管的放大作用形成強(qiáng)烈的正反饋，使V1和V2很快進(jìn)入飽和導(dǎo)通。此時即使將IG調(diào)整為0也不能解除正反饋，晶閘管會繼續(xù)導(dǎo)通，即G極失去控制作用。,圖2-10 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理,2.4.1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理,目錄

38、 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),圖2-10 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理,按照晶體管工作原理，忽略兩個晶體管的共基極漏電流，可列出如下方程： IK=IA+IG （2-4） IA

39、=Ic1+Ic2=1IA+2IK （2-5） 其中1和2分別是晶體管V1和V2的共基極電流增益。則可推導(dǎo)出 （2-6）,2.4.1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題

40、 小結(jié),圖2-10 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理,根據(jù)晶體管的特性，在低發(fā)射極電流下其共基極電流增益很小，而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來后，迅速增大。 1、在晶體管阻斷狀態(tài)下，1+2很小。 2、若IG使兩個發(fā)射極電流增大以致1+2大于1（通常晶閘管的1+21.15），流過晶閘管的電流IA將迅速增大，從而使晶閘管飽和導(dǎo)通，實際通過晶閘管的電流由R確定為EA/R。 當(dāng)1+21時，晶閘管的正反饋才可能形成，其中1+2=1是臨界導(dǎo)通條件，1+21為飽和導(dǎo)通條件，1+21則器件退出飽和而關(guān)斷。,2.4.1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2

41、.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),2.4.1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.

42、4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),晶閘管正常工作時的特性總結(jié)如下： 承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管 都不會導(dǎo)通。 承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。即uAK0且uGK0。 晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。 要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到維持電流IH（約十幾mA）以下 。,圖2-11 晶閘管的伏安特性,1、IG=0時，逐

43、漸增大陽極電壓UA，只有很小的正向漏電流，晶閘管正向阻斷； 2、當(dāng)達(dá)到正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo時，漏電流劇增，晶閘管由正向阻斷突變?yōu)檎驅(qū)顟B(tài)。 3、隨著門極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低。 4、晶閘管本身的壓降很小，在1V左右。,2.4.2 晶閘管特性及主要參數(shù),目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙

44、極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),IG2IG1IG,1穩(wěn)態(tài)伏安特性,1晶閘管的穩(wěn)態(tài)伏安特性 UDRM、URRM正、反向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓； UDSM、URSM正、反向斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓； Ubo正向轉(zhuǎn)折電壓； IH維持電流。,圖2-11 晶閘管的伏安特性,2.4.2 晶閘管特性及主要參數(shù),目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶

45、閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),IG2IG1IG,圖2-12 晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形,2晶閘管的動態(tài)特性 1）開通過程 延遲時間td：陽極電流上升到穩(wěn)態(tài)值IA的10%的時間。 上升時間tr：陽極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時間， 開通時間：tgt=td+tr。,2.4.2 晶閘管特性及主要參數(shù),目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘

46、管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),圖2-12 晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形,2）關(guān)斷過程 反向阻斷恢復(fù)時間trr:正向電流降為零到反向恢復(fù)電流衰減至接近于零的時間。 正向阻斷恢復(fù)時間tgr:反向恢復(fù)過程結(jié)束后，晶閘管恢復(fù)對反向電壓的阻斷能力，但要恢復(fù)對正向電壓的阻斷能力還

47、需要一段時間。 關(guān)斷時間tq=trr+tgr，約為幾百s，這是設(shè)計反向電壓時間的依據(jù)。,2.4.2 晶閘管特性及主要參數(shù),目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),3晶閘管的主要特性參數(shù)

48、 1）晶閘管的重復(fù)峰值電壓額定電壓UT 選用元件的額定電壓值應(yīng)比實際正常工作時的最大電壓的23倍。 2）晶閘管的額定通態(tài)平均電流額定電流IT(AV) 在環(huán)境溫度為40和規(guī)定的冷卻條件下，當(dāng)結(jié)溫穩(wěn)定且不超過額定結(jié)溫時，晶閘管所允許的最大工頻正弦半波電流的平均值，稱為額定電流。在選用晶閘管額定電流時，根據(jù)實際最大的電流計算后至少還要乘以1.52的安全系數(shù)，使其具有一定的電流裕量。,2.4.2 晶閘管特性及主要參數(shù),目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)

49、用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),3）通態(tài)平均電壓UT(AV) 在規(guī)定的環(huán)境溫度、標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，晶閘管通以正弦半波額定電流時，陽極與陰極間電壓降的平均值，被稱為通態(tài)平均電壓（也稱管壓降）。 4）維持電流IH和掣住電流IL 在常溫下且門極斷開時，晶閘管從較大的通態(tài)電流降至剛好能保持導(dǎo)通的最小陽極電流被稱為維持電流IH。 給晶閘管門極加上觸發(fā)電流，當(dāng)晶閘管剛從阻斷

50、狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)就撤除觸發(fā)電壓，此時晶閘管維持導(dǎo)通所需要的最小陽極電流，被稱為擎住電流IL。對同一晶閘管來說，擎住電流IL是維持電流IH 24倍。,2.4.2 晶閘管特性及主要參數(shù),目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.

51、11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),1快速晶閘管 快速晶閘管（FST，F(xiàn)ast Switching Thyristor），其允許開關(guān)頻率達(dá)到400Hz以上。其中開關(guān)頻率在10kHz以上快速晶閘管的稱為高頻晶閘管。它們的外形、電氣符號、基本結(jié)構(gòu)、伏安特性都與普通晶閘管相同。,2.4.3 晶閘管派生器件及應(yīng)用,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體

52、管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),圖2-13 雙向晶閘管的電氣圖形符號與伏安特性 電氣圖形符號 b) 伏安特性,2.4.3 晶閘管派生器件及應(yīng)用,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2

53、.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),可認(rèn)為是一對反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成。 有兩個主電極T1和T2，一個門極G。 在第和第III象限有對稱的伏安特性。 不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。,2雙向晶閘管（TRIAC，Triode AC Switch）,圖2-14 逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號與伏安特性 a)電氣圖形符號 b) 伏安特性,3逆導(dǎo)晶閘管 在逆變或直流電路中，經(jīng)常需要將晶閘管和二極管反向并聯(lián)使用，逆導(dǎo)晶閘管（RCT，Reverse Conducting Thyristor）就是根據(jù)這

54、一要求將晶閘管和二極管集成在同一硅片上制造而成的逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性如圖2-14所示。,2.4.3 晶閘管派生器件及應(yīng)用,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),4光控晶

55、閘管 光控晶閘管（LTT，Light Triggered Thyristor）是一種利用一定波長的光照信號控制的開關(guān)器件，門極區(qū)集成了一個光電二極管。在光的照射下，光電二極管漏電流增加，此電流成為門極觸發(fā)電流使晶閘管開通。,圖2-15 光控晶閘管的電氣圖形符號與伏安特性 a) 電氣圖形符號 b) 伏安特性,2.4.3 晶閘管派生器件及應(yīng)用,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶

56、閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求： （1）觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管能可靠導(dǎo)通； （2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度； （3）觸發(fā)脈沖不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)； （4）應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。,理想的觸發(fā)脈沖電流波形,2.4.4 晶閘管的觸發(fā),目錄 2.1電力電子器

57、件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),右圖為常見的帶強(qiáng)觸發(fā)的晶閘管觸發(fā)電路。使用整流橋可獲得約50V的直流電源，在V2導(dǎo)通前，50V電源通過R5向C2充電，C1很大，C2相對較小，C2兩端電壓接近50V。

58、當(dāng)脈沖放大環(huán)節(jié)V1、V2導(dǎo)通時，C2迅速放電，通過脈沖變壓器TM向晶閘管的門極和陰極之間輸出強(qiáng)觸發(fā)脈沖。當(dāng)C2兩端電壓低于15V時，VD4導(dǎo)通，此時C2兩端電壓被鉗位在15V，進(jìn)入觸發(fā)脈沖平穩(wěn)階段。當(dāng)V1、V2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r，脈沖變壓器儲存的能量通過VD1和R3釋放。C3是加速電容。,晶閘管觸發(fā)電路,2.4.4 晶閘管的觸發(fā),目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2.4 晶閘管 2.4.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.4.2晶閘管特性及主要參數(shù) 2.4.3晶閘管派生器件及應(yīng)用 2.4.4晶閘管的觸發(fā) 2.4.5晶閘管的應(yīng)用特點 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO

59、） 2.6 電力晶體管 2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.8 絕緣柵雙極型晶體管 *2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 小結(jié),門極可關(guān)斷晶閘管（GTO，Gate Turn off Thyristor），具有普通晶閘管的全部優(yōu)點，如耐壓高、電流大等，同時它又是全控型器件，即在門極正脈沖電流觸發(fā)下導(dǎo)通，在負(fù)脈沖電流觸發(fā)下關(guān)斷。GTO開關(guān)時間在幾s至幾十s之間，是目前容量與晶閘管最為接近的全控型器件，適用于開關(guān)頻率為數(shù)百至幾千Hz的大功率場合。,2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO）,目錄 2.1電力電子器件的特點與分類 2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管 2