电力电子器件概述11.pptx

《电力电子器件概述11.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电子器件概述11.pptx（89页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、1-11.1 电力电子器件概述第1页/共89页1-21 1）概念电力电子器件（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（Main Power Circuit） 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 2）分类 电真空器件 (汞弧整流器、闸流管) 半导体器件 (采用的主要材料硅）仍然 电力电子器件的概念和特征电力电子器件第2页/共89页1-3能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。电力电子器件一般都工作在开关状态。电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器

2、件，一般都要安装散热器。 电力电子器件的概念和特征3）同处理信息的电子器件相比的一般特征）同处理信息的电子器件相比的一般特征第3页/共89页1-4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 电力电子器件的概念和特征 电力电子器件的损耗第4页/共89页1-5电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路组成。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 应

3、用电力电子器件系统组成电气隔离控制电路第5页/共89页1-6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（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( (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。 电力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：第6页/共89页1-7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 仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导

4、通或者关断的控制。 电力电子器件的分类 按照驱动电路信号的性质，分为两类：第7页/共89页1-8本章内容: :介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用这三个问题。学习要点: :最重要的是掌握其基本特性。掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性曲线的使用方法。可能会对主电路的其它电路元件有特殊的要求。本章学习内容与学习要点第8页/共89页1-91.2 不可控器件电力二极管第9页/共89页1-101.2 不可控器件电力二极管引言整流二极管及模块第10页/共89页1-11电力二极管的外形、结构和电气图形符号 a)

5、 外形 b) 结构 c) 电气图形符号结与电力二极管的工作原理AKAKa)IKAPNJb)c)AK第11页/共89页1-12 状态状态参数参数正向导通正向导通反向截止反向截止反向击穿反向击穿电流电流正向大正向大几乎为零几乎为零反向大反向大电压电压维持维持1V反向大反向大反向大反向大阻态阻态低阻态低阻态高阻态高阻态 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。结与电力二极管的工作原理PN结的状态第12页/共89页1-13 电力二极管的基本特性1) 静态特性电力二极管的伏安特性IOIFUTOUFU第13页/共89页1-142) 动态特性 b)UFPuiiFuFtfrt02V电力二极管的动

6、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ta)FUFtFt0trrtdtft1t2URURPIRPdiFdtiRdti 关断过程关断过程 开通过程电力二极管的基本特性第14页/共89页1-15UFPuiiFuFtfrt02V开通过程 电力二极管的基本特性IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt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：trr= td+ tf恢复特性的软度：下降时间与延迟时间 的比值tf /td，或称恢复系数，用Sr表示。第15页/共89页1-16额定电流在指定的管壳温

7、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。 电力二极管的主要参数1) 正向平均电流IF(AV)2）正向压降UF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。第16页/共89页1-17对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。 电力二极管的主要参数3） 反向重复峰值电压URRM4）反向恢复时间trrtrr= td+ tf5）最高工作结温TJMTJM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125175 C范围之内。6) 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。第17页/共89页1-181) 普通二极管（高于5

8、s ）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。 电力二极管的主要类型2) 快恢复二极管 （可低于50ns ）3) 肖特基二极管 (1040ns) 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）。第18页/共89页1-191.3 半控器件晶闸管第19页/共89页1-201.3 半控器件晶闸管引言晶闸管晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR） 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理AAGGKKb)c)a)AGK

9、KGAP1N1P2N2J1J2J3晶闸管的外形、结构和电气图形符号a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号第20页/共89页1-21 晶闸管的结构与工作原理常用晶闸管的结构螺栓型晶闸管晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构第21页/共89页1-22 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a) 双晶体管模型 b) 工作原理第22页/共89页1-23 晶闸管的基本特性（1）正向特性正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM1） 静态特性晶闸管的伏安特性IG2IG1IG（2）反向特性第23页/共89页1-24 晶闸管的基本特性（

10、1） 开通过程100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA（2) 关断过2） 动态特性晶闸管的开通和关断过程波形第24页/共89页1-25 晶闸管的主要参数断态重复峰值电压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。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。使用注意：1）电压定额反向重复峰值电压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

11、峰值电压。第25页/共89页1-26 晶闸管的主要参数通态平均电流 IT(AV）在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。2）电流定额维持电流 IH 使晶闸管维持导通所必需的最小电流。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，通常IL约为IH的24倍。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 。第26页/共89页1-27 晶闸管的主要参数 通态电流临界上升率di/dt

12、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）动态参数除开通时间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。第27页/共89页1-28晶闸管的派生器件有快速晶闸管和高频晶闸管。1 1）快速晶闸管快速晶闸管（Fast Switching Thyristor FST)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

13、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高。由于工作频率较高，不能忽略其开关损耗的发热效应。第28页/共89页1-29晶闸管的派生器件2 2）双向晶闸管（Triode AC SwitchTRIAC或Bidirectional triode thyristor）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OIGb)IU=0a)GT1T2第29页/共89页1-30晶闸管的派生器件3) 逆导晶闸管（Reverse Conducting ThyristorRCT）a)KGAb)UOIIG= 0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) 伏安特性第

14、30页/共89页1-31晶闸管的派生器件4) 光 控 晶 闸 管 （ L i g h t T r i g g e r e d ThyristorLTT）AGKa)b)光强度弱强AKOUIA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) 伏安特性第31页/共89页1-321.4 典型全控型器件第32页/共89页1-331.4 典型全控型器件引言常用的典型全控型器件电力MOSFETIGBT单管及模块第33页/共89页1-34 门极可关断晶闸管(GTO)结构：c)图1-13AGKGGKN1P1N2N2P2b)a)AGKGTO的内部结构和电气图形符号 a) 各单元的阴极、门极间隔排列的图形

15、 b) 并联单元结构断面示意图1）GTO的结构和工作原理的结构和工作原理 与普通晶闸管的相同点： PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。 和普通晶闸管的不同点：GTO是一种多元的功率集成器件。第34页/共89页1-35 工作原理：RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 1+ 2=1是器件临界导通的条件。1）GTO的结构和工作原理的结构和工作原理第35页/共89页1-36 门极可关断晶闸管OtiG0tiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6GTO的开通和关

16、断过程电流波形2) GTO的动态特性的动态特性第36页/共89页1-37 门极可关断晶闸管3) GTO的主要参数 延迟时间与上升时间之和。延迟时间一般约12s，上升时间则随通态阳极电流的增大而增大。 一般指储存时间和下降时间之和，不包括尾部时间。下降时间一般小于2s。（2） 关断时间toff（1）开通时间ton 不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承受反压时，应和电力二极管串联 。 许多参数和普通晶闸管相应的参数意义相同，以下只介绍意义不同的参数。第37页/共89页1-38 门极可关断晶闸管（3）最大可关断阳极电流IATO（4） 电流关断增益 offGTO额定电流。 最大可关断阳极电

17、流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益。GMATOoffII3) GTO的主要参数第38页/共89页1-39电力晶体管( (GTR) )1）GTR的结构和工作原理GTR的结构、电气图形符号和内部载流子的流动 a) 内部结构断面示意图 b) 电气图形符号 c) 内部载流子的流动第39页/共89页1-40电力晶体管( (GTR) )空穴流空穴流电电子子流流c)EbEcibic= ibie=(1+ ) )ib1）GTR的结构和工作原理第40页/共89页1-41电力晶体管 (1) 静态特性截止区放大区饱和区ib3ib2ib1ib1ib2 BUcex BUces BUcer Buceo第43

18、页/共89页1-44电力晶体管 通常规定为hFE下降到规定值的1/21/3时所对应的Ic 。实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一点。 (2) 集电极最大允许电流IcM(3) 集电极最大耗散功率PcM最高工作温度下允许的耗散功率。产品说明书中给PcM时同时给出壳温TC，间接表示了最高工作温度 。第44页/共89页1-45电力晶体管一次击穿：集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大。只要Ic不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变。安 全 工 作 区 （ S a f e Operating AreaSOA）最高电压UceM、集电极最大电流IcM、最大耗散功率PcM、二次击穿临界

19、线限定。SOAOIcIcMPSBPcMUceUceMGTR的安全工作区(4) GTR的二次击穿现象与安全工作区的二次击穿现象与安全工作区二次击穿：一次击穿发生时，Ic突然急剧上升，电压陡然下降。常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变 。第45页/共89页1-46电力场效应晶体管电力场效应晶体管(1)电力MOSFET的结构N+GSDP沟道b)N+N-SGDPPN+N+N+沟道a)GSDN沟道图1-19电力MOSFET的结构和电气图形符号1）电力MOSFET的结构和工作原理第46页/共89页1-47电力场效应晶体管电力场效应晶体管 截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。 P基区与N漂

20、移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。N+GSDP沟道b)N+N-SGDPPN+N+N+沟道a)GSDN沟道图1-19电力MOSFET的结构和电气图形符号(2)电力MOSFET的工作原理导电：在栅源极间加正电压UGS当UGS大于UT时，P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电 。第47页/共89页1-48电力场效应晶体管电力场效应晶体管 (1) 静态特性010203050402468a)ID/AUTUGS/V10203050400b)1020 305040饱和区非饱和区截止区UDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=

21、6VUGS=7VUGS=8VID/A电力MOSFET的转移特性和输出特性 a) 转移特性 b) 输出特性2）电力MOSFET的基本特性 漏源极之间有寄生二极管，漏源极间加反向电压时器件导通。 通态电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利。第48页/共89页1-49电力场效应晶体管电力场效应晶体管关断过程a）RsRGRFRLiDuGSupiD信号+UEOuptb)iDOOttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tf电力MOSFET的开关过程a) 测试电路 b) 开关过程波形(2) 动态特性开通过程第49页/共89页1-50电力场效应晶体管电力场效应晶体管3) 电力MOSFET的主要

22、参数 电力MOSFET电压定额(1) 漏极电压UDS (2) 漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM电力MOSFET电流定额(3) 栅源电压UGS UGS 20V将导致绝缘层击穿 。 除跨导Gfs、开启电压UT以及td(on)、tr、td(off)和tf之外还有： (4) 极间电容极间电容CGS、CGD和CDS第50页/共89页1-51 绝缘栅双极晶体管1) IGBT的结构和工作原理EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+发射极 栅极集电极注入区缓冲区漂移区J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc) IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号a) 内部结构断面示

23、意图 b) 简化等效电路 c) 电气图形符号第51页/共89页1-52 绝缘栅双极晶体管 驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，通断由栅射极电压uGE决定。导通：uGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。通态压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降减小。关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。 IGBT的原理第52页/共89页1-53a)b)O有源区饱和区反向阻断区正向阻断区ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加 绝缘栅双极晶体管2)

24、IGBT的基本特性 (1) IGBT的静态特性 IGBT的转移特性和输出特性a) 转移特性 b) 输出特性转移特性IC与UGE间的关系(开启电压UGE(th)输出特性分为三个区域：正向阻断区、有源区和饱和区。第53页/共89页1-54 绝缘栅双极晶体管ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICMIGBT的开关过程 (2) IGBTIGBT的动态特性第54页/共89页1-55 绝缘栅双极晶体管3) IGBT的主要参数正常工作温度下允许的最大功耗

25、。(3) 最大集电极功耗PCM包括额定直流电流IC和1ms脉宽最大电流ICP 。 (2) 最大集电极电流由内部PNP晶体管的击穿电压确定。(1) 最大集射极间电压UCES第55页/共89页1-56 绝缘栅双极晶体管IGBT的特性和参数特点可以总结如下：开关速度高，开关损耗小。 相同电压和电流定额时，安全工作区比GTR大，且 具有耐脉冲电流冲击能力。通态压降比VDMOSFET低。输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似。与MOSFET和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点 。 第56页/共89页1-57 绝缘栅双极晶体管擎住效应或自锁效应：动态擎住效应比静态擎住效应

26、所允许的集电极电流小。NPN晶体管基极与发射极之间存在体区短路电阻，P形体区的横向空穴电流会在该电阻上产生压降，相当于对J3结施加正偏压，一旦J3开通，栅极就会失去对集电极电流的控制作用，电流失控。EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+发射极 栅极集电极注入区缓冲区漂移区J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)第57页/共89页1-581.5 其他新型电力电子器件第58页/共89页1-59 MOS控制晶闸管( (MCT)MCT结合了二者的优点：承受极高di/dt和du/dt，快速的开关过程，开关损耗小。高电压，大电流、高载流密度，低导通压降。一个MCT器件由数

27、以万计的MCT元组成。每个元的组成为：一个PNPN晶闸管，一个控制该晶闸管开通的MOSFET，和一个控制该晶闸管关断的MOSFET。其关键技术问题没有大的突破，电压和电流容量都远未达到预期的数值，未能投入实际应用。MCT（MOS Controlled Thyristor） MOSFET与晶闸管的复合与晶闸管的复合第59页/共89页1-60静电感应晶体管SITSIT多子导电的器件，工作频率与电力MOSFET相当，甚至更高，功率容量更大，因而适用于高频大功率场合。在雷达通信设备、超声波功率放大、脉冲功率放大和高频感应加热等领域获得应用。缺点：栅极不加信号时导通，加负偏压时关断，称为正常导通型器件，

28、使用不太方便。通态电阻较大，通态损耗也大，因而还未在大多数电力电子设备中得到广泛应用。SIT（Static Induction Transistor） 结型场效应晶体管结型场效应晶体管第60页/共89页1-61静电感应晶闸管SITHSITHSITH是两种载流子导电的双极型器件，具有电导调制效应，通态压降低、通流能力强。其很多特性与GTO类似，但开关速度比GTO高得多，是大容量的快速器件。 SITH一般也是正常导通型，但也有正常关断型。此外，电流关断增益较小，因而其应用范围还有待拓展。SITH（Static Induction Thyristor） 场控晶闸管（场控晶闸管（FCT）第61页/共8

29、9页1-62集成门极换流晶闸管IGCTIGCT20世纪90年代后期出现，结合了IGBT与GTO的优点，容量与GTO相当，开关速度快10倍。可省去GTO复杂的缓冲电路，但驱动功率仍很大。目前正在与IGBT等新型器件激烈竞争，试图最终取代GTO在大功率场合的位置。IGCT（Integrated Gate-Commutated Thyristor） GCT（Gate-Commutated Thyristor）第62页/共89页1-63 功率模块与功率集成电路20世纪80年代中后期开始，模块化趋势，将多个器件封装在一个模块中，称为功率模块。可缩小装置体积，降低成本，提高可靠性。对工作频率高的电路，可大

30、大减小线路电感，从而简化对保护和缓冲电路的要求。将器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自诊断等信息电子电路制作在同一芯片上，称为功率集成电路（Power Integrated CircuitPIC）。基本概念第63页/共89页1-64 功率模块与功率集成电路高压集成电路（High Voltage ICHVIC）一般指横向高压器件与逻辑或模拟控制电路的单片集成。智能功率集成电路（Smart Power ICSPIC）一般指纵向功率器件与逻辑或模拟控制电路的单片集成。智能功率模块（Intelligent Power ModuleIPM）则专指IGBT及其辅助器件与其保护和驱动电路的单片集成，也称智

31、能IGBT（Intelligent IGBT）。实际应用电路第64页/共89页1-65 功率模块与功率集成电路功率集成电路的主要技术难点：高低压电路之间的绝缘问题以及温升和散热的处理。以前功率集成电路的开发和研究主要在中小功率应用场合。智能功率模块在一定程度上回避了上述两个难点,最近几年获得了迅速发展。功率集成电路实现了电能和信息的集成，成为机电一体化的理想接口。发展现状第65页/共89页1-66全控电力电子器件参数比较 元件名称GTRGTOIGBTMOSFETSITSITHMCT控制方式电流电流电压电压电压电压电压常态阻断阻断阻断阻断开通/阻断开通/阻断阻断反向电压650V6500V2500

32、V400V400V4500V3000V断态电压1400V9000V2500V1000V1500V4500V1000V正向电流400A3500A450A100A200A2200A600A浪涌电流3IN10IN5IN5IN5IN10IN5IN电流密度（A/cm2）304060630500600最大开关速度（KHZ）501010010000100001001000抗辐射能力差很差中中好好好第66页/共89页1-67全控电力电子器件参数比较 元件名称GTRGTOIGBTMOSFETSITSITHMCT电路符号du/dt中低高高高高高di/dt中低高高高中高通态压降2.5V2.2-2.53.0V9.0V

33、7.0V4.0V1.0V制造工艺复杂复杂很复杂很复杂很复杂很复杂很复杂缺点二次击穿擎柱效应功率（KVA）1021041030.6*102101.5*1035*103KGAGSDGSD功率排序 SCRGTOSITHMCTIGBTGTRSITMOSFET第67页/共89页1-681.6 电力电子器件器件的驱动第68页/共89页1-69电力电子器件驱动电路概述光耦合器的类型及接法a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型ERa)UinUoutR1ICIDERb)R1ERc)R1第69页/共89页1-70晶闸管的触发电路IIM理想的晶闸管触发脉冲电流波形t1t2脉冲前沿上升时间（1 s）t1t3强脉

34、宽度IM强脉冲幅值（3IGT5IGT）t1t4脉冲宽度I脉冲平顶幅值（1.5IGT2IGT）晶闸管的触发电路tt1t2t3t4常见的晶闸管触发电路第70页/共89页1-71 典型全控型器件的驱动电路推荐的GTO门极电压电流波形tOuGOtiG1) 电流驱动型器件的驱动电路正的门极电流5V的负偏压(1)GTO第71页/共89页1-72 典型全控型器件的驱动电路典型的直接耦合式GTO驱动电路1) 电流驱动型器件的驱动电路第72页/共89页1-73 典型全控型器件的驱动电路tOib理想的GTR基极驱动电流波形(2) GTRVD1AVVS0V+10V+15VV1VD2VD3VD4V3V2V4V5V6R

35、1R2R3R4R5C1C2GTR的一种驱动电路1) 电流驱动型器件的驱动电路第73页/共89页1-74 典型全控型器件的驱动电路(1) 电力MOSFET的一种驱动电路电力MOSFET的一种驱动电路2) 电压驱动型器件的驱动电路第74页/共89页1-75 典型全控型器件的驱动电路(2) IGBT的驱动M57962L型IGBT驱动器的原理和接线图 多采用专用的混合集成驱动器第75页/共89页1-761.7 电力电子器件器件的保护第76页/共89页1-77过电压的产生及过电压保护过电压保护措施过电压抑制措施及配置位置F避雷器D变压器静电屏蔽层C静电感应过电压抑制电容RC1阀侧浪涌过电压抑制用RC电路

36、RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路 RV压敏电阻过电压抑制器RC3阀器件换相过电压抑制用RC电路 RC4直流侧RC抑制电路RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路第77页/共89页1-78过电流保护过电流过载和短路两种情况保护措施负载触发电路开关电路过电流继电器交流断路器动作电流整定值短路器电流检测电子保护电路快速熔断器变流器直流快速断路器电流互感器变压器过电流保护措施及配置位置第78页/共89页1-79 缓冲电路关断缓冲电路（du/dt抑制电路）吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。开通缓冲电路（di/dt抑制电路）抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小

37、器件的开通损耗。复合缓冲电路关断缓冲电路和开通缓冲电路的结合。按能量的去向分类法：耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路（无损吸收电路）。通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，将开通缓冲电路叫做di/dt抑制电路。缓冲电路缓冲电路(Snubber Circuit) ： 又称吸收电路吸收电路，抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。第79页/共89页1-80b)tuCEiCOdidt抑制电路无时didt抑制电路有时有缓冲电路时无缓冲电路时uCEiC 缓冲电路缓冲电路作用分析无缓冲电路：有缓冲电路：di/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形a) 电路 b) 波形ADCB无

38、缓冲电路有缓冲电路uCEiCO关断时的负载线第80页/共89页1-81 缓冲电路充放电型RCD缓冲电路，适用于中等容量的场合。di/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形其中RC缓冲电路主要用于小容量器件，而放电阻止型RCD缓冲电路用于中或大容量器件。另外两种常用的缓冲电路a)RC吸收电路b)放电阻止型RCD吸收电路第81页/共89页1-821.8电力电子器件器件的串联和并联使用第82页/共89页1-83晶闸管的串联问题：理想串联希望器件分压相等，但因特性差异，使器件电压分配不均匀。静态不均压：串联的器件流过的漏电流相同，但因静态伏安特性的分散性，各器件分压不等。动态不均压：由于器件动态参

39、数和特性的差异造成的不均压。目的目的：当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联。第83页/共89页1-84晶闸管的串联静态均压措施：选用参数和特性尽量一致的器件。采用电阻均压，Rp的阻值应比器件阻断时的正、反向电阻小得多。b)RCRCVT1VT2RPRPa)IOUUT1IRUT2VT1VT2晶闸管的串联a)伏安特性差异b)串联均压措施动态均压措施动态均压措施：选择动态参数和特性尽量一致的器件。用RC并联支路作动态均压。采用门极强脉冲触发可以显著减小器件开通时间的差异。第84页/共89页1-85 晶闸管的并联问题：会分别因静态和动态特性参数的差异而电流分配不均匀。 均流措施：挑选特性参数尽量一致的器

40、件。采用均流电抗器。用门极强脉冲触发也有助于动态均流。当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法联接。目的：多个器件并联来承担较大的电流第85页/共89页1-86电力MOSFET和IGBT并联运行的特点Ron具有正温度系数，具有电流自动均衡的能力，容易并联。注意选用Ron、UT、Gfs和Ciss尽量相近的器件并联。电路走线和布局应尽量对称。可在源极电路中串入小电感,起到均流电抗器的作用。IGBT并联运行的特点在1/2或1/3额定电流以下的区段，通态压降具有负温度系数。在以上的区段则具有正温度系数。并联使用时也具有电流的自动均衡能力，易于并联。电力MOSFET并联运行的特点第86页/共

41、89页1-87电力电子器件分类“树” 本章小结主要内容全面介绍各种主要电力电子器件的基本结构、工作原理、基本特性和主要参数等。集中讨论电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用。电力电子器件类型归纳电力电子器件类型归纳单极型单极型：电力MOSFET和SIT双极型双极型：电力二极管、晶闸管、GTO、GTR和SITH 复合型复合型：IGBT和MCT第87页/共89页1-88 特点：输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高。电流驱动型：双极型器件中除SITH外 特点：具有电导调制效应，因而通态压降低，导通损耗小，但工作频率较低，所需驱动功率大,驱动电路较复杂。 电压驱动型电压驱动型：单极型器件和复合型器件，双极型器件中的SITH第88页/共89页1-89感谢您的观看！第89页/共89页