電力電子第1、2章

1、 電力電子技術電力電子技術主講：雷丹主講：雷丹E-mail:TelQ:21180346西安交通大學西安交通大學 王兆安王兆安 劉進軍劉進軍 主編主編l 什么是電力電子技術什么是電力電子技術l 電力電子技術的發(fā)展電力電子技術的發(fā)展l 電力電子技術的應用電力電子技術的應用l 電力電子學習內容簡介電力電子學習內容簡介第第1章章 緒緒 論論u電力電子與信息電子電力電子與信息電子u電力電子兩大分支電力電子兩大分支u電力電子地位和未來電力電子地位和未來模擬電子技術模擬電子技術數(shù)字電子技術數(shù)字電子技術電子技術電子技術信息電子技術信息電子技術電力電子技術電力電子技術信息電子技術信息電

2、子技術信息處理信息處理電力電子技術電力電子技術電力變換電力變換電力電子技術電力電子技術使用電力電使用電力電 子器件對電能進行變換和控制的子器件對電能進行變換和控制的技術，即應用于電力領域的電子技術，即應用于電力領域的電子技術。技術。目前電力電子器件均用半導體目前電力電子器件均用半導體制成，故也稱電力半導體器件。制成，故也稱電力半導體器件。電力電子技術變換的電力電子技術變換的“電力電力”，可大到數(shù)百可大到數(shù)百MW甚至甚至GW，也可，也可小到數(shù)小到數(shù)W甚至甚至mW級。級。電力電力交流和直流兩種交流和直流兩種 從公用電網(wǎng)直接得到的是交流，從蓄電池和干電池從公用電網(wǎng)直接得到的是交流，從蓄電池和干電池得

3、到的是直流得到的是直流電力變換四大類電力變換四大類 交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流 輸出輸出 輸入輸入直流直流交流交流交流交流整流整流交交交交變壓、變頻、變壓、變頻、變相變相直流直流斬波斬波逆變逆變電力電子技術是電能變換技術電力電子技術是電能變換技術,是把是把粗電變?yōu)榫姶蛛娮優(yōu)榫姷募夹g能的技術能源是人類社會的永恒話題，電能是最優(yōu)質的能源，因此，電力源是人類社會的永恒話題，電能是最優(yōu)質的能源，因此，電力電子技術將青春永駐。電子技術將青春永駐。 20世紀后半葉誕生和發(fā)展的一門嶄新的技術，世紀后半葉誕生和發(fā)展的一門嶄新的技術，21世紀

4、仍將以世紀仍將以迅猛的速度發(fā)展。迅猛的速度發(fā)展。電力電子技術及運動控制一起，和計算機技術共同成為未來科電力電子技術及運動控制一起，和計算機技術共同成為未來科學技術的兩大支柱學技術的兩大支柱計算機計算機人腦人腦電力電子技術電力電子技術 消化系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)消化系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)電力電子運動控制電力電子運動控制肌肉和四肢肌肉和四肢電力電子技術的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的電力電子技術的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的晶閘管問晶閘管問世，世，(公元公元元年元年)IGBT出現(xiàn)出現(xiàn) 功率集成器件功率集成器件晶閘管時代晶閘管時代水銀（汞水銀（汞弧）整流?。┱髌鲿r代器時代電子管電子管問世問世全控型器

5、件全控型器件迅速發(fā)展迅速發(fā)展史前期史前期（黎明期）（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年年)晶體管誕生晶體管誕生151718（電源轉換器、電源轉換器、Power InverterPower Inverter）是一種能夠將）是一種能夠將DC12VDC12V直流電轉直流電轉換為和市電相同的換為和市電相同的AC220VAC220V交流電交流電，供一般電器使用，是一種方，供一般電器使用，是一種方便的車用電源轉換器。車載電源逆變器在國外市場受到普遍歡便的車用電源轉換器。車載電源逆變器在國外市場受到普遍歡迎。在國外因汽車的普及率較高，外出工作或外出旅游即可用迎。在

6、國外因汽車的普及率較高，外出工作或外出旅游即可用逆變器連接蓄電池帶動電器及各種工具工作。中國進入逆變器連接蓄電池帶動電器及各種工具工作。中國進入WTOWTO后，后，國內市場私人交通工具越來越多，因此，車載逆變器電源作為國內市場私人交通工具越來越多，因此，車載逆變器電源作為在移動中使用的直流變交流的轉換器，會給你的生活帶來很多在移動中使用的直流變交流的轉換器，會給你的生活帶來很多的方便，是一種常備的車用汽車電子裝具用品。的方便，是一種常備的車用汽車電子裝具用品。把家用電器連把家用電器連接到車載逆變器的輸出端就能在汽車內使用各種電器像在家里接到車載逆變器的輸出端就能在汽車內使用各種電器像在家里使用

7、一樣方便使用一樣方便。可使用的電器有：手機、筆記本電腦、數(shù)碼攝?？墒褂玫碾娖饔校菏謾C、筆記本電腦、數(shù)碼攝像機、照像機、照明燈、電動剃須刀、像機、照像機、照明燈、電動剃須刀、CDCD機、游戲機、掌上電機、游戲機、掌上電腦、腦、 打印機、電動工具、車載冰箱等。打印機、電動工具、車載冰箱等。Example: :車載逆變器車載逆變器車載逆變器相關圖片：車載逆變器相關圖片：Example:變頻器變頻器 以空調為例，我國的電源電壓為以空調為例，我國的電源電壓為220伏、伏、50赫茲，在這種條件赫茲，在這種條件下工作的空調是定頻空調。由于供電頻率不能改變，定頻空調的下工作的空調是定頻空調。由于供電頻率不能改

8、變，定頻空調的壓縮機轉速基本不變，所以它不能大幅度的調節(jié)制冷量，而是通壓縮機轉速基本不變，所以它不能大幅度的調節(jié)制冷量，而是通過頻繁開啟關閉壓縮機的方式來調節(jié)房間溫度高低。而與之相比，過頻繁開啟關閉壓縮機的方式來調節(jié)房間溫度高低。而與之相比，變頻空調通過改變電機轉速變頻空調通過改變電機轉速“按需供能按需供能”，這樣它的壓縮機就不，這樣它的壓縮機就不會頻繁開啟，會使壓縮機保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，可以使空調整體會頻繁開啟，會使壓縮機保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，可以使空調整體達到節(jié)能達到節(jié)能30%以上的效果，同時可以減少噪音以上的效果，同時可以減少噪音(就是所謂的靜音就是所謂的靜音化化)、延長空調使用壽命。、延

9、長空調使用壽命。 安置了變頻器的電梯，可以安置了變頻器的電梯，可以根據(jù)不同的運載重量、不同的運載根據(jù)不同的運載重量、不同的運載里程來改變電機轉速，從而達到節(jié)能和乘梯人舒適性的效果里程來改變電機轉速，從而達到節(jié)能和乘梯人舒適性的效果。據(jù)。據(jù)專家稱，在電梯中采用變頻器調速可以實現(xiàn)節(jié)能專家稱，在電梯中采用變頻器調速可以實現(xiàn)節(jié)能40%40%以上以上 如果對全國電動機如果對全國電動機總裝機容量的總裝機容量的10%進行調速改造進行調速改造，按年平，按年平均運行均運行4000小時、節(jié)電率小時、節(jié)電率20%至至25%計算，年節(jié)電潛力為計算，年節(jié)電潛力為320億至億至400億千瓦時。加上因改善工藝而采用變頻技術

10、帶來的節(jié)電潛力，億千瓦時。加上因改善工藝而采用變頻技術帶來的節(jié)電潛力，總節(jié)電潛力約為總節(jié)電潛力約為500億千瓦時，億千瓦時，相當于每年為國家節(jié)省了相當于每年為國家節(jié)省了3個葛洲個葛洲壩水電站的發(fā)電量！壩水電站的發(fā)電量！ 開關電源Example:UPSUPS電路結構框圖電路結構框圖第第2章章 電力電子器件電力電子器件 2.1 電力電子器件概述電力電子器件概述2.2 不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管2.3 半控型器件半控型器件晶閘管晶閘管2.4 典型全控型器件典型全控型器件 2.5 其他新型電力電子器件其他新型電力電子器件 v電力電子器件的電力電子器件的概念、特點和分類概念、特點和分類等問

11、題。等問題。v各種常用電力電各種常用電力電子器件的工作原理、子器件的工作原理、基本特性、主要參基本特性、主要參數(shù)以及選擇和使用數(shù)以及選擇和使用中應注意的一些問中應注意的一些問題。題。2.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征2.1.2 應用電力電子器件的系統(tǒng)組成應用電力電子器件的系統(tǒng)組成2.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類 2.1 電力電子器件的概述電力電子器件的概述電力電子器件（電力電子器件（power electronic device）可直可直接用于處理電能的接用于處理電能的主電路主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。制的電子器件。

12、主電路（主電路（main power circuit）電氣設備或電力電氣設備或電力系統(tǒng)中，直接承擔電能的變換或控制任務的電路。系統(tǒng)中，直接承擔電能的變換或控制任務的電路。2.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征1、概念：、概念：2、同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的一、同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的一般特征：般特征：能處理電功率的大小，即能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力承受電壓和電流的能力，是最重要，是最重要的參數(shù)。的參數(shù)。電力電子器件都工作在電力電子器件都工作在開關狀態(tài)開關狀態(tài)。實用中，電力電子器件往往需要由實用中，電力電子器件往往需要由信息電子

13、電路來控制信息電子電路來控制。電電力力電電子子器器件件主主要要損損耗耗通態(tài)損耗：通態(tài)損耗： 導通時器件上有一定的通態(tài)壓降導通時器件上有一定的通態(tài)壓降斷態(tài)損耗：斷態(tài)損耗：阻斷時器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過阻斷時器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過開關損耗：開關損耗：開通損耗：在器件開通的轉換過程中開通損耗：在器件開通的轉換過程中產(chǎn)生的損耗產(chǎn)生的損耗關斷損耗：在器件關斷的轉換過程中關斷損耗：在器件關斷的轉換過程中產(chǎn)生的損耗產(chǎn)生的損耗電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅動電路和以電力電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅動電路和以電力電子器件為核心的主電路組成。電子器件為核心的主電路組成。2.1.2 應用電力電子器件的系統(tǒng)組

14、成應用電力電子器件的系統(tǒng)組成控控制制電電路路檢測檢測電路電路驅動驅動電路電路RL主電路主電路V1V2按照器件能夠被控制電路信號所控制的程度，分為按照器件能夠被控制電路信號所控制的程度，分為以下三類：以下三類：2.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類 絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（Insulated-Gate Bipolar TransistorIGBT）電力場效應晶體管（電力電力場效應晶體管（電力MOSFET）電力晶體管（電力晶體管（GTR，BJT）門極可關斷晶閘管（門極可關斷晶閘管（GTO）1）不可控器件）不可控器件電力二極管（電力二極管（Power Diode）只有兩個端子，

15、器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決只有兩個端子，器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。定的。通過控制信號既可控制其導通又可控制其關斷，又稱自通過控制信號既可控制其導通又可控制其關斷，又稱自關斷器件。關斷器件。晶閘管（晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件）及其大部分派生器件器件的關斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定器件的關斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定3）全控型器件）全控型器件通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷。通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷。不能用控制信號來控制其通斷不能用控制信號來控制其通斷, 因此也就不需要驅因此也就不需要驅動

16、電路。動電路。2）半控型器件）半控型器件 按照驅動電路加在器件控制端和公共端之間信號的按照驅動電路加在器件控制端和公共端之間信號的性質，分為兩類：性質，分為兩類：2) 電壓驅動型電壓驅動型通過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)通過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導通或者關斷的控制導通或者關斷的控制 1) 電流驅動型電流驅動型僅通過在控制端和公共端之間施加一定的僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可實現(xiàn)導通或者關斷的控制電壓信號就可實現(xiàn)導通或者關斷的控制 按照器件內部電子和空穴兩種載流子參與導電的情按照器件內部電子和空穴兩種載流子參與導電的情況分為三類：況分為三類： 2) 雙極型器件雙極型器

17、件3) 復合型器件復合型器件由一種載流子參與導電的器件由一種載流子參與導電的器件 1) 1) 單極型器件單極型器件由電子和空穴兩種載流子參與導電的器件由電子和空穴兩種載流子參與導電的器件由單極型器件和雙極型器件集成混合而成由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件的器件 2.2.3 電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù) 2.2.4 電力二極管的主要類型及典型應用電力二極管的主要類型及典型應用2.2 不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管 1. 正向平均電流正向平均電流IF(A V) 額定電流額定電流在指定的管殼溫度（簡稱殼溫，用在指定的管殼溫度（簡稱殼溫，用TC表示）和表示）和散熱條件下

18、，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。2.2.3 電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù) 2. 正向壓降正向壓降UF 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)正向電流時對應的正向壓降。流時對應的正向壓降。3. 反向重復峰值電壓反向重復峰值電壓URRM指對電力二極管所能重復施加的反向最高峰值電壓指對電力二極管所能重復施加的反向最高峰值電壓4. 浪涌電流浪涌電流IFSM指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個或幾個工頻周期指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個或幾個工頻周期的過電流。的過電流。

19、 1. 普通二極管（普通二極管（General Purpose Diode）又稱整流二極管（又稱整流二極管（Rectifier Diode）多用于開關頻率不高（多用于開關頻率不高（1kHz以下）的整流電路中以下）的整流電路中其反向恢復時間較長，一般在其反向恢復時間較長，一般在5 s以上，這在開關頻率不以上，這在開關頻率不高時并不重要。高時并不重要。正向電流定額和反向電壓定額可以達到很高，分別可達數(shù)正向電流定額和反向電壓定額可以達到很高，分別可達數(shù)千安和數(shù)千伏以上。千安和數(shù)千伏以上。2.2.4 電力二極管的主要類型及典型應用電力二極管的主要類型及典型應用v分類：分類：2. 快恢復二極管（快恢復二

20、極管（Fast Recovery DiodeFRD）恢復過程很短特別是反向恢復過程很短（恢復過程很短特別是反向恢復過程很短（5 5 s s以下）的二極管，以下）的二極管，也簡稱快速二極管也簡稱快速二極管. .3. 肖特基二極管肖特基二極管 反向恢復時間很短（反向恢復時間很短（1040ns） 正向恢復過程中也不會有明顯的電壓過沖正向恢復過程中也不會有明顯的電壓過沖 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，明顯低于快恢復二極管復二極管 其開關損耗和正向導通損耗都比快速二極管還要小，效率高其開關損耗和正向導通損耗都比快速二極管還要小，效率高 v二極

21、管的典型應用二極管的典型應用 2.3.1 晶閘管的結構與工作原理晶閘管的結構與工作原理 2.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性 2.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) 2.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件 晶閘管（晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器）：晶體閘流管，可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR） 1956年美國貝爾實驗室（年美國貝爾實驗室（Bell Lab）發(fā)明了晶閘管）發(fā)明了晶閘管; 1957年美國通用電氣公司（年美國通用電氣公司（GE）開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)）開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品品; 1958年商業(yè)化年商

22、業(yè)化; 開辟了電力電子技術迅速發(fā)展和廣泛應用的嶄新時代開辟了電力電子技術迅速發(fā)展和廣泛應用的嶄新時代; 20世紀世紀80年代以來，開始被性能更好的全控型器件取代年代以來，開始被性能更好的全控型器件取代; 能能承受的電壓和電流容量最高！承受的電壓和電流容量最高！，工作可靠，工作可靠，在大容在大容量的場合具有重要地位，無可替代量的場合具有重要地位，無可替代.2.3.1 AAGGKKb)c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3晶閘管的外形、結構和電氣圖形符號晶閘管的外形、結構和電氣圖形符號a) 外形外形 b) 結構結構 c) 電氣圖形符號電氣圖形符號l 結構結構RNPNPNPAGSKEGIG

23、EAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)分析分析!結論：觸而導通，通結論：觸而導通，通而不斷，斷則反壓。而不斷，斷則反壓。（1 1）以放大倍數(shù)）以放大倍數(shù)=Ic/Ib=Ic/Ib為基礎為基礎（2 2）以分配系數(shù)）以分配系數(shù)為基礎為基礎由圖得：由圖得： Ic1= 1IA Ic2= 2IK Ik=IA+IG IA=IC1+IC2 分配系數(shù)分配系數(shù)=Ic/Ie（忽略漏電（忽略漏電流）流）發(fā)射極電流很小時發(fā)射極電流很小時也很小，也很小，一旦發(fā)射極電流建立起來，一旦發(fā)射極電流建立起來， 會急劇會急劇增大。增大。2IG1-(1+ 2)IA=隨著發(fā)射極電流的逐漸增加，隨著發(fā)射極

24、電流的逐漸增加， 1和和2快速快速增大，其和接近與增大，其和接近與1時，時，IA （理論上），（理論上），即：器件飽和導通。即：器件飽和導通。思考：器件導通后移除控制思考：器件導通后移除控制端，器件會關斷嗎？端，器件會關斷嗎？其他幾種可能導通的情況：其他幾種可能導通的情況： 陽極電壓升高至相當高的數(shù)值造成雪崩效應陽極電壓升高至相當高的數(shù)值造成雪崩效應 陽極電壓上升率陽極電壓上升率du/dt過高過高 結溫較高結溫較高 光直接照射硅片，即光觸發(fā)光直接照射硅片，即光觸發(fā)只有門極觸發(fā)（包括光觸發(fā)）是最精確、迅速而只有門極觸發(fā)（包括光觸發(fā)）是最精確、迅速而可靠的控制手段可靠的控制手段正向導通雪崩擊穿O+

25、UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM1.靜態(tài)特性（伏安特性）靜態(tài)特性（伏安特性）2. 動態(tài)特性動態(tài)特性100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA晶閘管的開通和關斷過程波形晶閘管的開通和關斷過程波形延遲時間延遲時間上升時間上升時間反向阻斷反向阻斷恢復時間恢復時間正向阻斷正向阻斷恢復時間恢復時間關斷時間：關斷時間：tq=trr+tgr開通時間：開通時間：tgt=td+tr1. 電壓定額電壓定額通常取晶閘管的通常取晶閘管的UDRM和和URRM中較小的標值作為該器件的額定電中較小的標值作為該器件的額定電壓。選用時，額定電壓要留

26、有一定裕量壓。選用時，額定電壓要留有一定裕量,一般取額定電壓為正常工作一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓時晶閘管所承受峰值電壓23倍。倍。1) 斷態(tài)重復峰值電壓斷態(tài)重復峰值電壓UDRM正向折轉電壓的正向折轉電壓的80%2) 反向重復峰值電壓反向重復峰值電壓URRM 反向折轉電壓的反向折轉電壓的80%3) 通態(tài)（峰值）電壓通態(tài)（峰值）電壓UTM額定電流管壓降峰值額定電流管壓降峰值 使晶閘管維持導通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安，與結使晶閘管維持導通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安，與結溫有關。結溫越高，則溫有關。結溫越高，則IH越小。越小。 4) 浪涌電流浪涌電流ITS

27、M 3) 擎住電流擎住電流 IL(=2-4IH) 2) 維持電流維持電流 IH 1) 通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流 IT(AV) （額定電流）（額定電流）2. 電流定額電流定額電流的有效值是從電流的熱效應來考慮的，電流的有效值是從電流的熱效應來考慮的， 是電流的平方在時間積累是電流的平方在時間積累效應上的平均效果，即：全周期均方根電流。效應上的平均效果，即：全周期均方根電流。注意：器件選擇時應該按照實際電流（有效值）與晶閘管所允許的最大正弦半波注意：器件選擇時應該按照實際電流（有效值）與晶閘管所允許的最大正弦半波電流所造成的發(fā)熱效應（有效值）相等的原則來選取（額定電流）。電流所造成的發(fā)熱效應（有效

28、值）相等的原則來選取（額定電流）。指在額定結溫和門極開路的情況下，不導致晶閘管從指在額定結溫和門極開路的情況下，不導致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉換的外加電壓最大上升率。斷態(tài)到通態(tài)轉換的外加電壓最大上升率。指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率。通態(tài)電流上升率。 如果電流上升太快，則晶閘管剛一開通，便會有很大的電如果電流上升太快，則晶閘管剛一開通，便會有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內，從而造成局部過熱而使晶閘流集中在門極附近的小區(qū)域內，從而造成局部過熱而使晶閘管損壞管損壞 。 (2) 通態(tài)電流臨界上升率通態(tài)電流臨界上升率di/dt

29、 (1) 斷態(tài)電壓臨界上升率斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt 除開通時間除開通時間tgt和關斷時間和關斷時間tq外，還有：外，還有： 3. 動態(tài)參數(shù)動態(tài)參數(shù)包括所有專為快速應用而設計的晶閘管，有快速晶閘管和包括所有專為快速應用而設計的晶閘管，有快速晶閘管和高頻晶閘管。高頻晶閘管。管芯結構和制造工藝進行了改進，開關時間以及管芯結構和制造工藝進行了改進，開關時間以及du/dt和和di/dt耐量都有明顯改善。耐量都有明顯改善。普通晶閘管關斷時間數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)十微秒，高普通晶閘管關斷時間數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)十微秒，高頻晶閘管頻晶閘管10 s左右。左右。1. 快速晶閘管快速晶閘管（FST)2.雙向

30、晶閘管（雙向晶閘管（Triode AC SwitchTRIAC）a)b)IOUIG=0GT1T2l與一對反并聯(lián)晶閘管相比是經(jīng)濟的，且控制電路簡單，在交與一對反并聯(lián)晶閘管相比是經(jīng)濟的，且控制電路簡單，在交流調壓電路、固態(tài)繼電器（流調壓電路、固態(tài)繼電器（SSR）和交流電機調速等領域應用）和交流電機調速等領域應用較多。較多。l通常用在交流電路中，因此不用平均值而用有效值來表示其通常用在交流電路中，因此不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。額定電流值。3. 逆導晶閘管（逆導晶閘管（Reverse Conducting ThyristorRCT）b)a)UOIKGAIG=0將晶閘管反并聯(lián)一個二極管制作

31、在同一管芯上的功率集成器件。將晶閘管反并聯(lián)一個二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。具有正向壓降小、關斷時間短、高溫特性好、額定結溫高等優(yōu)點。具有正向壓降小、關斷時間短、高溫特性好、額定結溫高等優(yōu)點。逆導晶閘管的額定電流有兩個，一個是晶閘管電流，一個是反并聯(lián)二極逆導晶閘管的額定電流有兩個，一個是晶閘管電流，一個是反并聯(lián)二極管的電流。管的電流。4. 光控晶閘管（光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT）光強度強弱b)AGKa)OUAKIA光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響，因此目前在高壓

32、大功率的場合，如高壓直流輸電和擾的影響，因此目前在高壓大功率的場合，如高壓直流輸電和高壓核聚變裝置中，占據(jù)重要的地位，高壓核聚變裝置中，占據(jù)重要的地位，利用利用8KV/3.5KA光控晶光控晶閘管構成的閘管構成的300MV.A容量的電力電子裝置是目前最大容量的電力電子裝置是目前最大的電力電的電力電子裝置。子裝置。思考：思考：1 下圖為一晶閘管調試電路，以檢測晶閘管工作后輸出下圖為一晶閘管調試電路，以檢測晶閘管工作后輸出電壓是否正確，調試中發(fā)現(xiàn)電壓是否正確，調試中發(fā)現(xiàn)Rd斷開電壓表讀數(shù)不正常，斷開電壓表讀數(shù)不正常，而而Rd接通讀數(shù)正常，請分析原因。接通讀數(shù)正常，請分析原因。u2QUdvRd2 型號

33、為型號為KP100-3、IH=4mA，晶閘管在下圖中應用是否合，晶閘管在下圖中應用是否合理？為什么？理？為什么？3 下圖中，要使晶閘管下圖中，要使晶閘管VT導通，門極觸發(fā)信號最小要維導通，門極觸發(fā)信號最小要維持多長時間？持多長時間？已知：已知：E=50V，R=0.5, L=0.5H, IH=10mA, IL=15mA。 2.4.1 門極可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管 2.4.2 電力晶體管電力晶體管 2.4.3 電力場效應晶體管電力場效應晶體管 2.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管門極可關斷晶閘管（門極可關斷晶閘管（GTO）。）。 晶閘管的一種派生器件晶閘管的一種派生器件 可以通過在門極

34、施加負的脈沖電流使其關斷可以通過在門極施加負的脈沖電流使其關斷 GTO的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，耐壓的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，耐壓耐流可達耐流可達6KV和和6KA，因而在兆瓦級以上的大功率場合仍，因而在兆瓦級以上的大功率場合仍有較多的應用有較多的應用1. GTO的結構和工作原理的結構和工作原理 c)圖1-13AGKGGKN1P1N2N2P2b)a)AGK結構：結構：工作原理：工作原理：RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b) Ic1= 1 IA Ic2= 2 IK IK=IA+IG IA=Ic1+Ic2 )

35、(121G2AII 1 1+ + 2 2=1=1是器件臨界導通的是器件臨界導通的條件。當條件。當 1 1+ + 2 211時，兩個時，兩個等效晶體管過飽和而使器件等效晶體管過飽和而使器件導通；當導通；當 1 1+ + 2 211時，不能時，不能維持飽和導通而關斷。維持飽和導通而關斷。GTO能夠通過門極關斷的原因是其與普通晶閘管有如能夠通過門極關斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別：下區(qū)別：(1) 設計設計 2較大，使晶體管較大，使晶體管V2控制靈控制靈敏，易于敏，易于GTO關斷。關斷。(3) 多元集成結構使多元集成結構使GTO元陰極面積很小，門、陰極間元陰極面積很小，門、陰極間 距大為距大為縮短

36、，使得縮短，使得P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流?；鶇^(qū)橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。RN PNPN PAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2b) (2) 導通時導通時 1+ 2更接近更接近1（ 1.05，普通晶，普通晶閘管閘管 1+ 2 1.15）導通時飽和不深，接近臨）導通時飽和不深，接近臨界飽和，有利門極控制關斷，但導通時管界飽和，有利門極控制關斷，但導通時管壓降增大。壓降增大。 )(121G2AII由此我們可以看出：由此我們可以看出：GTO關斷很容易，因為具備了關斷很容易，因為具備了一切的有利條件一切的有利條件，關斷的過程為：，關斷的過程為： GTO關斷過程：強

37、烈正反饋關斷過程：強烈正反饋門極加負脈沖即從門極加負脈沖即從門極抽出電流，則門極抽出電流，則Ib2減小，使減小，使IK和和Ic2減小，減小，Ic2的減的減小又使小又使IA和和Ic1減小，又進一步減小減小，又進一步減小V2的基極電流。的基極電流。當當IA和和IK的減小使的減小使 1+ 21時，器件退出飽和而關斷。時，器件退出飽和而關斷。2. GTO的主要參數(shù)的主要參數(shù) 延遲時間與上升時間之和。延遲時間一般約延遲時間與上升時間之和。延遲時間一般約12 s。 一般指儲存時間和下降時間之和，不包括尾部時一般指儲存時間和下降時間之和，不包括尾部時間。間。GTO的儲存時間隨陽極電流的增大而增大，下降的儲存

38、時間隨陽極電流的增大而增大，下降時間一般小于時間一般小于2 s。2) 關斷時間關斷時間toff1) 開通時間開通時間ton 3) 最大可關斷陽極電流最大可關斷陽極電流IATO4) 電流關斷增益電流關斷增益 offGTO額定電流。額定電流。 最大可關斷陽極電流與門極負脈沖電最大可關斷陽極電流與門極負脈沖電流最大值流最大值IGM之比稱為電流關斷增益。之比稱為電流關斷增益。 off一般很小，只有一般很小，只有5左右，這是左右，這是GTO的一個主要缺點。的一個主要缺點。1000A的的GTO關斷時門極負脈沖電流峰值要關斷時門極負脈沖電流峰值要200A 。 GMATOoffII=術語用法：術語用法： 電力

39、晶體管（電力晶體管（GTR，巨型晶體管），巨型晶體管） 耐高電壓、大電流的雙極結型晶體管（耐高電壓、大電流的雙極結型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT） 在電力電子技術的范圍內，在電力電子技術的范圍內，GTR與與BJT這兩個名稱等效這兩個名稱等效。 應用應用 20世紀世紀80年代以來，在中、小功率范圍內取代晶閘管，年代以來，在中、小功率范圍內取代晶閘管，耐壓耐壓和耐流可達和耐流可達1.5KV,1KA, 可在可在10KHZ以內開關頻率下工作?，F(xiàn)以內開關頻率下工作?，F(xiàn)商品化的商品化的GTR耐壓、耐流不超過耐壓、耐流不超過1200V，800A。2.4.2 電力晶體管

40、電力晶體管全控型、電流型、雙極型器件全控型、電流型、雙極型器件1. GTR的結構和工作原理的結構和工作原理開通條件：開通條件：Uce正偏，提供基極電流。正偏，提供基極電流。 關斷：關斷：I b小于等于零。小于等于零。共發(fā)射極接法時的典型共發(fā)射極接法時的典型輸出特性：截止區(qū)、放輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。大區(qū)和飽和區(qū)。截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)圖1-16OIcib3ib2ib1ib1ib20關斷條件：關斷條件：UGS0N溝道溝道MOSFET結構結構SDGDGSN溝道溝道P溝道溝道2. 電力電力MOSFET的基本特性的基本特性 01020305040圖1-202468a)10203050400b)1

41、020305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A a) a) 轉移特性轉移特性 b) b) 輸出特性輸出特性 （跨導）（跨導）Gfs=dID/dU GS3. 電力電力MOSFET的主要參數(shù)的主要參數(shù) 電力電力MOSFET電壓定額電壓定額 1) 漏極電壓漏極電壓UDS 2) 漏極直流電流漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值和漏極脈沖電流幅值IDM電力電力MOSFET電流定額電流定額 3) 柵源電壓柵源電壓UGS柵源之間的絕緣層很薄，柵源之間的絕緣層很薄， UGS 20V將導將導致絕緣層擊穿致絕緣層擊穿 。 4) 極間電容極間電容 極間電容極間電容CGS、CGD和和CDS 這些電容都是非線性的這些電容都是非線性的l漏源間的耐壓、漏極最大允許電流和最大耗散功率決漏源間的耐壓、漏極最大允許電流和最大耗散功率決定了電力定了電力MOSFET的安全工作區(qū)。的安全工作區(qū)。l 一般電力一般電力MOSFET不存在二次擊穿問題，這是它的一不存在二次擊穿問題，這是它的一大優(yōu)點。大優(yōu)點。MOSFET的優(yōu)點的優(yōu)點單極型，電壓驅動，開關速度最快，單極型，電壓驅動，開關速度最快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅動功率小而且驅動電路輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需