电力电子器件原理.ppt

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1、器件原理2.3 晶闸管（晶闸管（SCR）名称名称晶闸管晶闸管（Thyristor）可控硅可控硅（SCR）外形与符号外形与符号 February,20041北京交通大学电气工程学院器件原理SCR的工作原理的工作原理 February,20042北京交通大学电气工程学院器件原理SCR的导通和关断条件的导通和关断条件当当SCR承受反向阳极电压时，不论门极承受何承受反向阳极电压时，不论门极承受何种电压，种电压，SCR均处于阻断状态。均处于阻断状态。当当SCR承受正向阳极电压时，仅在门极承受正承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下，向电压的情况下，SCR才能导通。才能导通。SCR在导通时，只要

2、仍然承受一定正向阳极电在导通时，只要仍然承受一定正向阳极电压，不论门极电压如何，压，不论门极电压如何，SCR仍能导通。仍能导通。SCR在导通情况下，当在导通情况下，当主电路电流减少到一定主电路电流减少到一定程度时程度时，SCR恢复为阻断。恢复为阻断。February,20043北京交通大学电气工程学院器件原理SCR的特性的特性SCR的伏安特性的伏安特性 VRSM:反向不重反向不重 复峰值电压复峰值电压 VBO：转折电压转折电压 IH：维持电流维持电流门极的伏安特性门极的伏安特性 February,20044北京交通大学电气工程学院器件原理课课 堂堂 思思 考考（一）（一）调试如图所示晶闸管电路

3、，在断开调试如图所示晶闸管电路，在断开Rd Rd 测量输测量输出电压出电压VdVd是否正确可调时，发现电压表是否正确可调时，发现电压表V V读数读数不正常，接上不正常，接上Rd Rd 后一切正常，为什么？（触后一切正常，为什么？（触发脉冲始终正常工作）发脉冲始终正常工作）February,20045北京交通大学电气工程学院器件原理SCR的主要参数的主要参数通态平均电流通态平均电流 ITA February,20046北京交通大学电气工程学院器件原理课课 堂堂 思思 考考（二）（二）通过通过SCR的电流波形的电流波形如图所示，如图所示，Im300A试选取试选取SCR的的ITA解：电流有效值解：电

4、流有效值 February,20047北京交通大学电气工程学院器件原理晶闸管家族的其它器件晶闸管家族的其它器件快速晶闸管快速晶闸管（KK、FSCR）逆导型晶闸管逆导型晶闸管（Reverse Conducting Thyristor）RCT February,20048北京交通大学电气工程学院器件原理晶闸管家族的其它器件晶闸管家族的其它器件（续）（续）双向晶闸管双向晶闸管（Bi-directional Thyristor）TRIAC February,20049北京交通大学电气工程学院器件原理2.4 可关断晶闸管（可关断晶闸管（GTO）名称名称Gate Turn off Thyristor，简称

5、简称GTO符号符号 February,200410北京交通大学电气工程学院器件原理GTO的关断原理的关断原理GTO处于处于临界导通临界导通状态状态集电极电流集电极电流 IC1 占总电流的比例占总电流的比例较小较小 关断增益关断增益 February,200411北京交通大学电气工程学院器件原理GTO的阳极伏安特性的阳极伏安特性逆阻型逆阻型逆导型逆导型 February,200412北京交通大学电气工程学院器件原理GTO的开通特性的开通特性ton:开通时间开通时间td:延迟时间延迟时间tr:上升时间上升时间ton=td+tr February,200413北京交通大学电气工程学院器件原理GTO的

6、关断特性的关断特性toff:关断时间关断时间ts:存储时间存储时间tf:下降时间下降时间tt:尾部时间尾部时间toff=ts+tf +（tt）February,200414北京交通大学电气工程学院器件原理GTO的主要参数的主要参数可关断峰值电流可关断峰值电流 ITGQM关断时的阳极尖峰电压关断时的阳极尖峰电压 VPVP 过大可能引起过大可能引起过热过热误触发误触发阳极电压上升率阳极电压上升率 dv/dt静态静态 dv/dt动态动态 dv/dt阳极电流上升率阳极电流上升率 di/dt February,200415北京交通大学电气工程学院器件原理2.5 电力晶体管（电力晶体管（GTR/BJT）名

7、称名称巨型晶体管（巨型晶体管（Giant Transistor）电力晶体管电力晶体管符号符号特点（双极型器件）特点（双极型器件）饱和压降低饱和压降低开关时间较短开关时间较短安全工作区宽安全工作区宽 February,200416北京交通大学电气工程学院器件原理2.6 功率功率 MOSFET名称名称又称又称功率功率MOSFET或或电力场效应晶体管电力场效应晶体管分类分类 P 沟道沟道 增强型增强型 N 沟道沟道 耗尽型耗尽型符号符号 February,200417北京交通大学电气工程学院器件原理电力电力 MOSFET 的特点的特点单极型器件单极型器件优点优点开关速度很快，工作频率很高开关速度很快

8、，工作频率很高;电流增益大，驱动功率小电流增益大，驱动功率小;正的电阻温度特性，易并联均流。正的电阻温度特性，易并联均流。缺点缺点通态电阻较大，通态损耗相应也大；通态电阻较大，通态损耗相应也大；单管容量难以提高，只适合小功率。单管容量难以提高，只适合小功率。February,200418北京交通大学电气工程学院器件原理电力电力 MOSFET 的转移特性的转移特性ID=f（VGS）ID较大时，较大时，ID与与VGS间的关间的关系近似线性。系近似线性。跨导跨导 GFS =dID/dVGSVGS（th）开启电压开启电压 February,200419北京交通大学电气工程学院器件原理电力电力 MOSF

9、ET 的输出特性的输出特性（）截止区）截止区（）饱和区）饱和区（）非饱和区）非饱和区（）雪崩区）雪崩区 February,200420北京交通大学电气工程学院器件原理2.7 绝缘栅双极晶体管（绝缘栅双极晶体管（IGBT）符号符号工作原理工作原理由由MOSFET和和GTR复合而成复合而成等效电路如右等效电路如右 February,200421北京交通大学电气工程学院器件原理IGBT的伏安特性的伏安特性伏安特性示意图伏安特性示意图 February,200422北京交通大学电气工程学院器件原理IGBT的擎住效应的擎住效应产生原因产生原因内部存在内部存在NPN 型寄生晶体管型寄生晶体管避免方法避免方

10、法使漏极电流使漏极电流不超过不超过IDM减小重加减小重加dvds/dt February,200423北京交通大学电气工程学院器件原理IGBT的安全工作区的安全工作区栅极布线应注意：栅极布线应注意：驱动电路与驱动电路与IGBT的连线要尽量短；的连线要尽量短；如不能直接连线时，应采用双绞线。如不能直接连线时，应采用双绞线。正向安全工作区正向安全工作区反向安全工作区反向安全工作区 February,200424北京交通大学电气工程学院器件原理2.8 其它新型场控器件其它新型场控器件MOS 控制晶闸管控制晶闸管 MCT集成门极驱动晶闸管集成门极驱动晶闸管 IGCT静电感应晶体管静电感应晶体管 SIT

11、静电感应晶闸管静电感应晶闸管 SITH智能型器件智能型器件 IPM February,200425北京交通大学电气工程学院器件原理2.9 常用器件性能比较常用器件性能比较 D SCR GTO IGBT MOSFET驱动信号驱动信号 无无 电流电流 电流电流 电压电压 电压电压驱动功率驱动功率 大大 大大 中中 小小通态压降通态压降 小小 小小 小小 中中 大大开关速度开关速度 慢慢/快快 慢慢 较慢较慢 中中 快快通过电流能力通过电流能力 大大 大大 较大较大 中中 小小耐压能力耐压能力 高高 高高 高高 中中 低低 February,200426北京交通大学电气工程学院器件原理电力电子器件的应用电力电子器件的应用决定应用场合的基本因素决定应用场合的基本因素输出容量输出容量工作频率工作频率 February,200427北京交通大学电气工程学院