电力电子技术讲义概要课件.ppt

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1、第2章电力电子器件2.1　电力电子器件概述2.2　不可控器件—电力二极管2.3　半控型器件—晶闸管2.4典型全控型器件2.5其他新型电力电子器件2.6功率集成电路与集成电力电子模块第2章电力电子器件概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。介绍各种常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意问题。本章主要内容：电力电子电路的基础——电力电子器件模拟和数字电子电路的基础——晶体管和集成电路等电子器件引言2.1　电力电子器件概述电力电子器件——可直接用于处理电能的主电路中，实现电能变换或控制的电子器件。主电路——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。

2、广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类，目前专指电力半导体器件。电力半导体器件所采用的主要材料仍然是硅。2.1.1电力电子器件的概念和特征(1)电力电子器件的概念1）其处理电功率的能力一般都远大于处理信息的电子器件。(2)电力电子器件的特征2）为了减小本身的损耗，提高效率，电力电子器件一般都工作在开关状态。作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替。3）实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对控制电路的信号进行放大，这就是电力电子器件的驱动电路。4）自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，为保证不致于因损耗散发的热量导致器

3、件温度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热器。2.1.1电力电子器件的概念和特征主要损耗通态损耗：断态损耗：开关损耗：开通损耗：在器件开通的转换过程中产生的损耗关断损耗：在器件关断的转换过程中产生的损耗对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是造成器件发热的原因之一通常电力电子器件的断态漏电流极小，因而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，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素导通时器件上有一定的通态压降阻断时器件上有微小的断态漏电流流过电力电子器件的损耗2.1.1电力电子器件的概念和特征电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路

4、和以电力电子器件为核心的主电路组成。图2-1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电气隔离控制电路控制电路按系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的通或断，来完成整个系统的功能。2.1　电力电子器件概述2.1.2应用电力电子器件系统组成(1)按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类：半控型器件绝缘栅双极晶体管（Insulated-GateBipolarTransistor——IGBT）电力场效应晶体管（电力MOSFET）门极可关断晶

5、闸管（GTO）不可控器件电力二极管（PowerDiode）只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。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。晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定全控型器件通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。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2.1　电力电子器件概述(2)按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类：1)电流驱动型2)电压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仅通过在控制端和公共

6、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2.1.3电力电子器件的分类(3)按照驱动信号的波形（电力二极管除外）◆脉冲触发型☞通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控制。◆电平控制型☞必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件开通并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态。(4)按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类：1)单极型器件2)双极型器件3)复合型器件由一种载流子参与导电的器件由电子和空穴两种载流子参与导电的器件由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件2.1.3电力电子器件的分类■电力二极管（PowerD

7、iode）自20世纪50年代初期就获得应用，但其结构和原理简单，工作可靠，直到现在电力二极管仍然大量应用于许多电气设备当中。■在采用全控型器件的电路中电力二极管往往是不可缺少的，特别是开通和关断速度很快的快恢复二极管和肖特基二极管，具有不可替代的地位。整流二极管及模块2.2　不可控器件——电力二极管AKAKa)IKAPNJb)c)图2-2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　不可控器