(2)--第1章绪论+第2章电力电子器件.ppt

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1、华东理工大学1-1第第1章章 绪论绪论1 1.1 .1 什么是什么是什么是什么是电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术1 1.2 .2 电力电子技术发展史电力电子技术发展史电力电子技术发展史电力电子技术发展史1 1.3 .3 电力电子技术的使用电力电子技术的使用电力电子技术的使用电力电子技术的使用1 1.4 .4 教材内容简介及使用说明教材内容简介及使用说明教材内容简介及使用说明教材内容简介及使用说明参考智慧树视频参考智慧树视频参考智慧树视频参考智慧树视频华东理工大学1-2第第2章章 电力电子器件电力电子器件2.1 2.1 电力电子器件电力电子器件电力电子器件电力电子器件概述概述概述

2、概述2.2 2.2 不可控器件不可控器件不可控器件不可控器件二极管二极管二极管二极管2.3 2.3 半控型器件半控型器件半控型器件半控型器件晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管2.4 2.4 典型全控型典型全控型典型全控型典型全控型器件器件器件器件本章本章本章本章小结及作业小结及作业小结及作业小结及作业华东理工大学1-3电子技术的基础电子技术的基础 电子器件：晶体管和集成电路电子器件：晶体管和集成电路电力电子电路的基础电力电子电路的基础 电力电子器件电力电子器件本章主要内容：本章主要内容：概述电力电子器件的概念概念、特点特点和分类分类等问题。介绍常用电力电子器件的工作原理工作原理、基本特性基本特性、主主要

3、参数要参数以及选择和使用中应注意问题。第第2章章 电力电子器件电力电子器件引言引言华东理工大学1-42.1.1 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征2.1.2 应用电力电子器件的系统组成应用电力电子器件的系统组成2.1.3 电力电子器件的分类电力电子器件的分类2.1.4 本章内容和学习要点本章内容和学习要点2.1 电力电子器件概述电力电子器件概述华东理工大学1-51 1）概念）概念:电力电子器件电力电子器件（Power Electronic Device）可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。主电路（主电路（Main Power Circuit）电气设备或电力系统中，

4、直接承担电能的变换或控制任务的电路。2 2）分类）分类:电真空器件电真空器件 (汞弧整流器、闸流管)半导体器件半导体器件 (采用的主要材料硅）仍然2.1.1 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征电力电子器件电力电子器件华东理工大学1-6所能处理的电压电流较大。所能处理的电压电流较大。主电路功率达主电路功率达MW级。级。电电力力电电子子器器件件一一般般都都工工作作在在开开关关状状态态。因因为为处处理理的的电电功功率率较较大，为了减小本身的损耗，提高效率。大，为了减小本身的损耗，提高效率。注注重重器器件件的的功功率率损损耗耗和和散散热热问问题题。通通常常PE器器件件所所能能切切换换控控

5、制制的的功功率率很很大大，可可达达数数kW，但但本本身身所所允允许许的的功功耗耗却却只只有有100W左右。通常需要安装散热器，风冷或水冷。左右。通常需要安装散热器，风冷或水冷。与处理信息的电子器件相比，电力电子器件与处理信息的电子器件相比，电力电子器件一般具有如下的特征：一般具有如下的特征：华东理工大学1-7通态损耗通态损耗是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率较高时，开关损耗开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。主要损耗通态损耗断态损耗开关损耗关断损耗开通损耗2.1.1 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征 器件发热的原因器件发热的原因电力电子器件的损耗电力电子器件的损耗华东理

6、工大学1-8电力电子系统电力电子系统：由控制电路控制电路、驱动电路驱动电路、保护电路保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路主电路组成。图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行2.1.2 应用电力电子器件系统组成应用电力电子器件系统组成电气隔离控制电路华东理工大学1-9注注重重对对器器件件的的保保护护：通通常常采采用用吸吸收收（缓缓冲冲）保保护护电电路路（Snubber）来来限限制制器器件件的的du/dt和和di/dt，减减小小由由于于大大电电流流跃跃变变在在引引线线

7、（寄寄生生）电电感感上上形形成成的的反反电电势势尖尖峰峰，以以防防器器件件过压击穿。过压击穿。需需要要驱驱动动与与隔隔离离：强强、弱弱电电系系统统之之间间电电气气隔隔离离，不不共共地地，消消除除相相互互影影响响，减减小小干干扰扰，提高可靠性。提高可靠性。华东理工大学1-10半控型器件（半控型器件（Thyristor）通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。全控型器件（全控型器件（IGBT,MOSFET)通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。不可控器件不可控器件(Power Diode)不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。2.1.3 电力电子器件的分类电力

8、电子器件的分类按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：华东理工大学1-11电流驱动型电流驱动型 通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者 关断的控制。电压驱动型电压驱动型 仅通过在控制端和公共端之间控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制（压控器件压控器件或场控器件或场控器件）。2.1.3 电力电子器件的分类电力电子器件的分类 按照驱动电路信号的性质，分为两类：按照驱动电路信号的性质，分为两类：华东理工大学1-12本章内容本章内容:介绍各种器件的工作原理工作原理、基本特性基本特性、主要参数主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。

9、集中讲述电力电子器件的驱动驱动、保护和串保护和串、并联使并联使用用这三个问题。学习要点学习要点:最重要的是掌握其基本特性基本特性。掌握电力电子器件的型号命名法命名法，以及其参数和特参数和特性曲线的使用方法性曲线的使用方法。可能会主电路的其它电路元件有特殊的要求特殊的要求。2.1.4 本章学习内容与学习要点本章学习内容与学习要点华东理工大学1-132.2.1 PNPN结与电力二极管的工作原理结与电力二极管的工作原理2.2.2 电力二极管的基本特性电力二极管的基本特性2.2.3 电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数2.2.4 电力二极管的主要类型电力二极管的主要类型2.2 不可控器件不可控器件

10、电力二极管电力二极管华东理工大学1-14 Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用。快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位。2.2 不可控器件不可控器件电力二极管电力二极管引言引言整流二极管及模块华东理工大学1-15基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。图1-2 电力二极管的外形、结构和电气图形符号 a)外形 b)结构 c)电气图形符号2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理结与电力二极管的工作原理

11、AKAKa)IKAPNJb)c)AK华东理工大学1-16 状态参数正向导通反向截止反向击穿电流正向大几乎为零反向大电压维持1V反向大反向大阻态低阻态高阻态二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。PN结的反向击穿（两种形式)雪崩击穿齐纳击穿均可能导致热击穿2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理结与电力二极管的工作原理 PN结的状态华东理工大学1-17PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电电容容效效应应，称为结电容结电容CJ，又称为微分电容微分电容。结电容按其产生机制和作用的差别分为势势垒垒电电容容CB和扩散电容扩散电容CD。电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关状态。2.2.

12、1 PN结与电力二极管的工作原理结与电力二极管的工作原理 PN结的电容效应：华东理工大学1-18主要指其伏安特性伏安特性门门槛槛电电压压UTO，正向电流IF开始明显增加所对应的电压。与IF对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降正向电压降UF，一般0.71.2V。承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流，数十A数十mA。反向击穿电压。图1-4 电力二极管的伏安特性2.2.2 电力二极管的基本特性电力二极管的基本特性1)静态特性静态特性IOIFUTOUFU华东理工大学1-19结电容：结电容：PN结上存储有空间电荷和两种载流子，结上存储有空间电荷和两种载流子，形成电荷存储效应及结电容形成电

13、荷存储效应及结电容电导调制效应：电导调制效应：当当PN结外加正向电压，流过正结外加正向电压，流过正向电流较大时，通过向电流较大时，通过正向正向PN结两侧载流子存储结两侧载流子存储量量或电导率的自动调节作用，使得或电导率的自动调节作用，使得压降随着正压降随着正向电流的增大而增加很少向电流的增大而增加很少，基本维持在，基本维持在1V左右，左右，所以正向偏置的所以正向偏置的PN结表现为低阻态，通态压降结表现为低阻态，通态压降很低。很低。电导调制效应电导调制效应华东理工大学1-20关关断断时时间间较较长长：外外加加电电压压由由正正偏偏转转换换为为反反偏偏时时，PN结结两两侧侧的的存存储储电电荷荷并并不

14、不能能立立刻刻消消散散，PN结结低低阻阻，在在反反压压作作用用下下形形成成较较大大的的反反向向电电流流。直直到到两两区区的的载载流流子子被被反反压压抽抽尽尽，才才恢复反向阻断能力。这一过程称作恢复反向阻断能力。这一过程称作反向恢复时间反向恢复时间trr。开开通通时时间间较较短短：外外加加电电压压由由反反偏偏或或零零偏偏转转换换为为正正偏偏的的过过程程一一般较快。般较快。trr2)动态特性动态特性 结结电电容容的的存存在在:PNPN结结的的电电荷荷量量随随外外加电压而变化，呈现电容效应。加电压而变化，呈现电容效应。二极管关断和开通都有过渡过程二极管关断和开通都有过渡过程华东理工大学1-212)动

15、态特性动态特性 结结电电容容的的存存在在:PNPN结结的的电电荷荷量量随随外外加电压而变化，呈现电容效应。加电压而变化，呈现电容效应。二极管关断和开通都有过渡过程二极管关断和开通都有过渡过程2.2.2 电力二极管的基本特性电力二极管的基本特性b)UFPuiiFuFtfrt02Va)iFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt图1-5 电力二极管的动态过程波形 a)正向偏置转换为反向偏置 b)零偏置转换为正向偏置l 关断过程：关断过程：延迟时间：td=t1-t0,电流下降时间：tf=t2-t1 反向恢复时间：反向恢复时间：trr=td+tf 恢复特性的软度：下降时

16、间 与延迟时间 的比值tf/td，或称恢复系数，用Sr表示。华东理工大学1-22正向压降先出现一个过冲UFP，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如 2V）。正向恢复时间正向恢复时间tfr。电流上升率越大，UFP越高。UFPuiiFuFtfrt02V图1-5(b)开通过程2.2.2 电力二极管的基本特性电力二极管的基本特性 开通过程开通过程：关断过程关断过程须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。反向恢复时间反向恢复时间t trrrr关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt图1

17、-5(b)关断过程华东理工大学1-23额额定定电电流流在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有有效效值值相相等等的的原原则则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。在工频正弦半波的情况下：平均值 IF(AV)有效值 1.57 IF(AV)有效值 ID 平均值 ID/1.572.2.3 电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数1)正向平均电流正向平均电流IF(AV)（电流的标称值）（电流的标称值）华东理工大学1-24复习：电流的平均值和有效值电流的平均值电流的平均值：从电路通过的电量来考虑的，是电流在时间积累效应上

18、的平均效果。求电流平均值的方法是作 I-t图象，求出曲线与 t 轴围成的面积（即总电量）再除以总时间 t 就可得电流平均值。电流的有效值：电流的有效值：从电流的热效应来考虑的，是电流的平方在时间积累效应上的平均效果 求电流有效值的方法是：作 I2-t图象，求出曲线与t 轴围成的面积（即电流做的总功）再除以总时间，再开方就可得到电流有效值。华东理工大学1-25思考：正弦半波的有效值和平均值计算华东理工大学1-26在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。3）反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM（电压的标称值）（电压的标称值）对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。使用时，

19、应当留有两倍的裕量。E.g 1000V,100A二极管，使用时电压只能加500V4）反向恢复时间）反向恢复时间trr trr=td+tf2.2.3 电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数2）正向压降正向压降UF华东理工大学1-27结温结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。TJM是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。TJM通常在125175C范围之内。6)浪涌电流浪涌电流IFSM指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。2.2.3 电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数5）最高工作结温）最高工作结温TJM华东理工大学1-281)普通二极管普通二极管（Gene

20、ral Purpose Diode）又称整流二极管（Rectifier Diode）多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路其反向恢复时间较长(一般在5s以上)正向电流定额和反向电压定额可以达到很高按照正向压降、反向耐压、反向漏电流等性能，特别是反向恢复特性的不同介绍。2.2.4 电力二极管的主要类型电力二极管的主要类型华东理工大学1-29简称快速二极管快恢复外延二极管快恢复外延二极管 （Fast Recovery Epitaxial DiodesFRED），其trr更短（可低于50ns），UF也很低（0.9V左右），但其反向耐压多在1200V以下，而普通二极管的反向耐压可以达到五六千伏。

21、从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者trr为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到2030ns。2.2.4 电力二极管的主要类型电力二极管的主要类型2)快恢复二极管快恢复二极管 （Fast Recovery DiodeFRD）华东理工大学1-30肖特基二极管的弱点弱点反向耐压提高时正向压降会提高，多用于200V以下。反向稳态损耗不能忽略，必须严格地限制其工作温度。肖特基二极管的优点优点反向恢复时间很短（1040ns）。正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲。反向耐压较低时其正向压降明显低于快恢复二极管。（正向压降只有0.4V，而普通二极管要1V）效率高，其开关损耗和正向导通

22、损耗都比快速二极管还小。2.2.4 电力二极管的主要类型电力二极管的主要类型3.肖特基二极管肖特基二极管(DATASHEET)以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode SBD）。华东理工大学1-312.3 半控器件半控器件晶闸管晶闸管引言引言1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。1957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品。1958年商业化。开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代。20世纪80年代以来，开始被全控型器件取代。由于其能承受的电电压压和和电电流流容容量量是目前电力电子器件中最最高高的，而且工作可靠，因此

23、在大大容容量量的应用场合占有比较重要的地位。晶晶闸闸管管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR）华东理工大学1-32图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号a)外形 b)结构 c)电气图形符号2.3.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理外形有螺栓型（螺栓型（200A)200A)(200A)两种封装。两种封装。有三个联接端。螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便。平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。华东理工大学1-332.3.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理常用晶闸管的

24、结构螺栓型晶闸管晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构华东理工大学1-34四四层层半半导导体体结结构构：P1、N1、P2、N2四四个个区区，形形成成J1、J2、J3三三个个结结。P1区区引引出出阳阳极极A，N2区区引引出出阴阴极极K，P2区引出门极区引出门极G。外外加加正正向向电电压压（A接接正正，K接接负负）：J2反反向向偏偏置置，A、K之之间间处处于于阻阻断断状状态，只能流过很小的漏电流。态，只能流过很小的漏电流。外外加加反反向向电电压压（A接接负负，K接接正正）：J1和和J3反反偏偏，器器件件也也处处于于阻阻断断状状态态，仅有极小的反向漏电流通过。仅有极小的反向漏电流通过。2.3.1 晶闸管的

25、结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理华东理工大学1-35 分析：分析：J1,J2,J3:如果没有门极信号的注入，无论阳极和阴极之间施加正向电压还是反向电压，晶闸管都处于阻断状态。华东理工大学1-36双双晶晶体体管管模模型型 晶晶闸闸管管可可以以看看作作由由P1N1P2和和N1P2N2构构成成的的两两个个晶晶体体管管V1、V2组组合合而而成成。如如果果外外电电路路向向门门极极注注入入电电流流IG，也也就就是是注注入入驱驱动动电流，则电流，则IG流入晶体管流入晶体管V2的基极。的基极。Goback华东理工大学1-37SCR的的触触发发导导通通正正反反馈馈原原理理：V1实实际际上上为为 V2构构成成

26、了了正正反反馈馈电电路路，在在A-K间间加加正正向向电电压压情情况况下下，若外电路向门极注入电流若外电路向门极注入电流IG：IGIB2 IC2（IB1）IC1 IB2 华东理工大学1-38华东理工大学1-39 如如此此不不断断对对电电流流放放大大，形形成成强强烈烈的的正正反反馈馈，很很快快使使V1、V2进进入入饱饱和和导导通通状状态态，即即晶晶闸闸管管导导通通，A-K间间压压降降约约1V左左右右。此此过过程程称称作作门门极极触发触发。如如何何使使SCR关关断断：设设法法使使阳阳极极电电流流IA减减小小到到接接近近0，解解除除正正反反馈馈；使使SCR所所在在的的回回路路断断开开；A-K间所加正向

27、电压降到间所加正向电压降到0或施加反压。或施加反压。华东理工大学1-40使使SCR触发导通的几种情况：触发导通的几种情况：门极触发；门极触发；阳阳极极电电压压过过高高，造造成成雪雪崩崩效效应应，使使反反偏偏的的J2结少子漏流倍增；结少子漏流倍增；阳阳极极电电压压上上升升率率du/dt过过高高，中中间间结结电电容容上上形形成成位位移移电电流流Cdu/dt，使使三三极极管管电电流流增增大，引发正反馈；大，引发正反馈；结温较高结温较高，漏电流增大；，漏电流增大；光光触触发发：光光直直接接照照射射硅硅片片，载载流流子子获获得得能能量。量。华东理工大学1-41这这5种种情情况况只只有有门门极极触触发发和

28、和光光触触发发具具有有使使用价值，其它方式均应避免。用价值，其它方式均应避免。光光触触发发有有专专门门的的光光控控晶晶闸闸管管（Light Triggered ThyristorLTT），它它可可以以保保证证控控制制电电路路与与主主电电路路之之间间的的良良好好绝绝缘缘（隔隔离离），在在高高压压电电力力设设备备中中有有不不少少应应用。用。华东理工大学1-422.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性（导导通通条条件件）承承受受正正向向电电压压时时，仅仅在在门门极极有有触触发发电电流的情况下晶闸管才能开通。流的情况下晶闸管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。（截截止止条条件件）要要使使

29、晶晶闸闸管管关关断断，只只能能使使晶晶闸闸管管的的电电流降到接近于零的某一数值以下流降到接近于零的某一数值以下 。承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通导通和关断的条件（导通和关断的条件（重点掌握，重点掌握，有助于理解后面章节介绍的整流电路）：有助于理解后面章节介绍的整流电路）：华东理工大学1-432.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性（1）正向特性IG=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。正向电压超过正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。晶闸管本身的压降很小，在1V左右。正向导通雪崩击穿

30、O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM1 1）静态特性静态特性图1-8 晶闸管的伏安特性IG2IG1IGBack华东理工大学1-442.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性反向特性类似二极管的反向特性。反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。图1-8 晶闸管的伏安特性IG2IG1IG正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM（2）反向特性反向特性华东理工大学1-45l晶闸管的门极触发信号是作用于G-K之间的，触发电流是从门极流入

31、，从阴极流出的。l阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端。门极和阴极之间是一个PN结J3，其伏安特性称为门极伏安特性。l为了保证可靠、安全的触发，门极触发电路所提供的触发电压、触发电流和功率都应限制在一定的适当范围内。门极定额门极定额：门极触发电流门极触发电流IGT 数数mA 数百数百mA；门极触发电压门极触发电压UGT 15伏。伏。（3）门极伏安特性门极伏安特性 华东理工大学1-46延迟时间延迟时间td(0.51.5 s)上升时间上升时间tr (0.53 s)开通时间开通时间tgt以上两者之和，tgt=td+tr 开通时间开通时间tgt较短较短。2）动态特性动态特性(1)开通过程100%90%

32、10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA华东理工大学1-47100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间trr正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间tgr关断时间关断时间t tq以上两者之和tq=trr+tgr普通晶闸管的关断时间约几百微秒(2)关断过程华东理工大学1-48100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正向导通，造成误导通误导通。应对晶闸管施施加加足足够够长长时时间间的的反反向向电电压压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻

33、断能力，电路才能可靠工作。华东理工大学1-492.3.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数（正向）断态重复峰值电压（正向）断态重复峰值电压UDRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。反向（断态）重复峰值电压反向（断态）重复峰值电压URRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。通态（峰值）电压通态（峰值）电压UT 晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。其实就是管压降，1-2V通 常 取 晶 闸 管 的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压额定电压。选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍。e

34、.g 1000V的管子，只 能 当 峰 值 电 压300-500V来用。使用注意：使用注意：1）电压定额（电压的标称值）电压定额（电压的标称值）转伏安特性曲线华东理工大学1-50（1）通态平均电流）通态平均电流IT(AV)（额定电流）（额定电流）l 允允许许流流过过的的最最大大工工频频正正弦弦半半波波电电流流的的平平均均值值。IT(AV)是是按按照照正正向向电电流流造造成成的的发发热热效效应应来来定定义义的的。实实际际选选管管时时，需需要要考考虑虑工工作作电电流流有有效效值值（发发热热损损耗耗）是是否否会会超超过过允允许许的定额。的定额。l 应应按按照照实实际际电电流流波波形形所所造造成成的的

35、发发热热效效应应与与工工频频正正弦弦半半波波时时的的有有效效值值相相等等的的原原则则来来选选取取电电流流定定额额，并并应应留留有有一一定的裕量（定的裕量（1.52倍）倍）le.g.实际波形电流有效值400A，选取通态平均电流400A/1.57=255A。再考虑2倍裕度，可选额定电流500A的晶闸管。2 2）电流定额（电流的标称值）电流定额（电流的标称值）华东理工大学1-51 思考：思考：SCR额定值的选取？额定值的选取？l比如，峰值为比如，峰值为IM的正弦半波电流对应的平均值的正弦半波电流对应的平均值 IT(AV)=IM/（平均面积）（平均面积）,其对应的有效值其对应的有效值IVT=IM/2，

36、故得，故得IVT=(/2)IT(AV)=1.57 IT(AV)=（波（波形系数形系数kf=1.57）。）。l不同电流波形对应的波形系数不同，比如全波不同电流波形对应的波形系数不同，比如全波电流波形电流波形IVT=1.11 Id，实际选管时应按照与工，实际选管时应按照与工频半波时的有效值相等的原则进行换算，即实频半波时的有效值相等的原则进行换算，即实际波形的电流有效值等于际波形的电流有效值等于IT(AV)对应的半波有效对应的半波有效值：值：kf Id=1.57 IT(AV)。l实际选管的额定值一般取以此式算得实际选管的额定值一般取以此式算得 IT(AV)的的1.52倍。倍。华东理工大学1-52(

37、2)其他电流定义维持电流维持电流 IH 指在关断SCR时维持其导通所必需的最小主电流，一般为几十到几百mA。IH与结温有关，结温越高，则IH越小。(针对关断过程针对关断过程)擎住电流擎住电流 IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说对同一晶闸管来说，通常通常IL约为约为IH的的24倍倍。（针对开通过程）（针对开通过程）浪涌电流浪涌电流ITSM指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。华东理工大学1-532.3.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：断态电压临界上升率断态电压临界

38、上升率du/dt 指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通误导通。通态电流临界上升率通态电流临界上升率di/dt 指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。3 3）动态参数动态参数华东理工大学1-542.3.4 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件有快速晶闸管和高频晶闸管。开关时间以及du/dt和di/dt耐量都有明显改善。普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10s左右。高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做

39、高。由于工作频率较高，不能忽略其开关损耗的发热效应。1 1）快速晶闸管快速晶闸管（Fast Switching Thyristor FST)华东理工大学1-552.3.4 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件2 2）双双向向晶晶闸闸管管（Triode AC SwitchTRIAC或或Bidirectional triode thyristor）图1-10 双向晶闸管的电气图形符号和伏安特性a)电气图形符号 b)伏安特性a)b)IOUIG=0GT1T2可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。有两个主电极T1和T2，一个门极G。在第和第III象限有对称的伏安特性。不用平均值而用有效值来不用平均值而用

40、有效值来表示其额定电流值表示其额定电流值。复习：普通晶闸管通态平均电流是指最大工频正弦半波电流的平均值。华东理工大学1-562.3.4 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件3)逆逆导导晶晶闸闸管管（Reverse Conducting ThyristorRCT）a)KGAb)UOIIG=0图1-11 逆导晶闸管的电气图形符号和伏安特性a)电气图形符号 b)伏安特性将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。不具有承受反向电压的能力，一旦承受反向电压就开通，用于不需要阻断反向电压的电路。具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点。华东理工大学1-572.3.4 晶闸管的派生

41、器件晶闸管的派生器件4)光光控控晶晶闸闸管管（Light Triggered ThyristorLTT）AGKa)AK光强度强弱b)OUIA图1-12 光控晶闸管的电气图形符号和伏安特性a)电气图形符号 b)伏安特性又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。因此目前在高压大功率的场合，如高压直流输电和高压核聚变装置中，占据重要的地位。华东理工大学1-58第第2章章 要要 点点 小小 结结电力电子器件的四种损耗功率，各与何因素有关，通常在开关频率较高和较低时各应主要考虑哪一种？电力电子系统需要强弱电隔离的原因及隔离

42、措施。电力二极管：正向PN结的载流子存储效应给电力二极管带来缺点：反向关断过程中会引起反向恢复电流和反向恢复时间trr（在动态特性中的含义）。正向通态压降的大致范围0.71.2V；主要参数与晶闸管对照考虑。电力二极管的三种类型：普通二极管trr在5S以上；快恢复二极管一般trr为数百nS，超快恢复二极管在100ns以下；华东理工大学1-59肖特基二极管trr约为1040nS，其优点是开关速度快，开关频率高，开关损耗小，缺点是反向耐压较低（200V）。晶闸管：四层半导体结构，双晶体管等效模型，正反馈导通原理。在正常使用中使SCR导通的条件：A-K间外加正向电压，同时门极加触发信号或光触发。使SC

43、R误导通的条件：正偏电压uAK过高；duAK/dt过大；结温过高。理解SCR的静态伏安特性，包括正向阻断与反向阻断的含义。动态特性：触发开通中的电流上升过程（正反馈）；反向阻断恢复时间及其过程中的PN结反向恢复电流；正向阻断恢复时间的必要性。关断时间tq包括两段。华东理工大学1-60SCR的四类主要参数的含义，如何按照与工频正弦半波有效值相等的原则选择SCR的额定电流参数。晶闸管的派生器件：快速晶闸管：KK关断时间tq约数十S，KP数百S。双向晶闸管、逆导晶闸管：结合电气符号、等效电路和伏安特性说明使其正向和反向导通各所需要的外加电压条件及触发方式；器件特点。光控晶闸管：理解伏安特性及突出的优点。思考题：（思考题：（P42）1，2，3习题：（习题：（P42）4，5