电力电子器件概述精选PPT.ppt

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1、电力电子器件概述第1页，此课件共81页哦2.1 简简 介介第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 功率半导体器件功率半导体器件的的分类分类功率二极管功率二极管:导通和关断均由导通和关断均由电路潮流决定。电路潮流决定。晶闸管晶闸管:在器件在承受正向电压时，在器件在承受正向电压时，由控制信号控制器件的导由控制信号控制器件的导通，而关断状态由电路潮通，而关断状态由电路潮流决定。流决定。可控开关可控开关:由控制信号控制由控制信号控制器件的导通和关器件的导通和关断。断。不可不可控型控型半可控型半可控型全控型全控型下 页返回第2页，此课件共81页哦下 页

2、上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 全控型全控型电力电电力电子器件子器件 电力场效应晶体电力场效应晶体管（管（MOSFET）双极结型双极结型晶体管晶体管（BJT）门极可关断门极可关断晶闸管晶闸管（GTO）绝缘栅门极绝缘栅门极换流晶闸管换流晶闸管（IGCT）绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管（IGBT）第3页，此课件共81页哦下 页上 页返 回2.2 功率二极管功率二极管第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 2.2.1 2.2.1 功率二极管的基本特性功率二极管的基本特性功率二

3、极管的基本特性功率二极管的基本特性 AK+UD -iDY当功率二极管承受正向电压时，它的正向导通压降很小，当功率二极管承受正向电压时，它的正向导通压降很小，大约在大约在1V左右。左右。Y当功率二极管承受反向电压时，只有极小的漏电流可通过当功率二极管承受反向电压时，只有极小的漏电流可通过该器件。该器件。反向反向截止区截止区iDUD(I)URMUF第4页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 iDUD0Y反反向向偏偏置置电电压压超超过过这这一一额额定定值值时时，反反向向漏漏电电流流迅迅速速增增加加。正常工作状态

4、下，反向电压不允许达到截止电压。正常工作状态下，反向电压不允许达到截止电压。Y关关断断状状态态下下的的漏漏电电流流和和通通态态压压降降都都很很小小，功功率率二二极极管管的的伏安特性可被理想化。伏安特性可被理想化。AK+UD -iD反向反向截止区截止区iDUD(I)URMUF第5页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 trrIRMtiDQrr0功功率率二二极极管管处处于于导导通通状状态态时时，因因其其导导通通速速度度很很快快，故故可可当当作作理想开关。理想开关。功率二极管处于关断状功率二极管处于关断状态时，

5、它将在下降到零之前，有一个电流反向恢复态时，它将在下降到零之前，有一个电流反向恢复时间时间trr，在此时间内的电流是反方向流动的。，在此时间内的电流是反方向流动的。第6页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 2.2.2 2.2.2 功率二极管的主要参数功率二极管的主要参数功率二极管的主要参数功率二极管的主要参数功率二极管长期运行时，在指定的管壳功率二极管长期运行时，在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。工频正弦半波电流的平均值。l正向平正

6、向平均电流均电流设正弦半波电流的峰值为设正弦半波电流的峰值为Im，则额定电流为，则额定电流为:正向平均电流正向平均电流IF（AV）1第7页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 额定电流有效值为：额定电流有效值为：某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流的波形某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流的波形系数系数:根据上式求出正弦半波的波形系数为根据上式求出正弦半波的波形系数为:额定电流额定电流IF(AV)=100A的电流功率二极管，其额定电流有的电流功率二极管，其额定电流有效值效值IF=Kf IF(AV)

7、=157A。第8页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 正向压降越低，通态损耗越小。正向压降越低，通态损耗越小。功率二极管在指定温度下，流过某一功率二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压指定的稳态正向电流时对应的正向压降。降。l正向压正向压降降 正向压降正向压降UF 2第9页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM3对功率二极管所能重复施加的反向对功率二极管

8、所能重复施加的反向最高峰值电压，通常是其雪崩击穿最高峰值电压，通常是其雪崩击穿电压电压UB的的2/3。l反向重复反向重复峰值电压峰值电压使用时，往往按照电路中功率二极管可能承受的反向最高使用时，往往按照电路中功率二极管可能承受的反向最高峰值电压的两倍来选定此项参数。峰值电压的两倍来选定此项参数。第10页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 反向电流反向电流IRR 4功率二极管对应于反向重复峰值电压时的功率二极管对应于反向重复峰值电压时的反向电流。反向电流。l反向电反向电流流管芯管芯PN结的平均温度，而且是

9、在结的平均温度，而且是在PN结不至损坏的前提下所能承受的结不至损坏的前提下所能承受的最高平均温度。最高平均温度。l最高工最高工作结温作结温最高工作结温最高工作结温TJM5TJM通常在通常在125175范围之内。范围之内。第11页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 在功率二极管从导通到阻断的过程中，在功率二极管从导通到阻断的过程中，二极管会流过一定的负电流。从功率二极管会流过一定的负电流。从功率二极管电流下降到零开始，直至在此二极管电流下降到零开始，直至在此回到零所需时间。回到零所需时间。l反向恢反向恢复

10、时间复时间反向恢复时间反向恢复时间trr6第12页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 功率二极管所能承受的最大的连续一个功率二极管所能承受的最大的连续一个或几个工频周期的过电流。或几个工频周期的过电流。l浪涌电浪涌电流流浪涌电流浪涌电流IFSM 7该项参数反应了二极管抵抗短路冲击电流的能力。显该项参数反应了二极管抵抗短路冲击电流的能力。显然，设计器件的保护电路时，保护电路的动作电流应然，设计器件的保护电路时，保护电路的动作电流应小于该参数。小于该参数。第13页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第

11、二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 2.2.3 2.2.3 几种常用的功率二极管几种常用的功率二极管几种常用的功率二极管几种常用的功率二极管 l肖特基二极管肖特基二极管 用于正向压降较低用于正向压降较低(一般是一般是0.3V)的低压输出电路。的低压输出电路。l快恢复二极管快恢复二极管 用于带有可控开关且反向恢复用于带有可控开关且反向恢复时间较短的高频电路中。时间较短的高频电路中。l工频二极管工频二极管 用于工频交流电路之中，其通态电压用于工频交流电路之中，其通态电压被限定得尽可能低，将产生一个较大的可适用于工频交流电被限定得尽可能低，将产生一个较

12、大的可适用于工频交流电路的反向恢复时间路的反向恢复时间trr。第14页，此课件共81页哦下 页上 页返 回2.3 晶闸管晶闸管第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 2.3.1 2.3.1 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性 AK+UAK -iGiAG反向击穿区反向击穿区反向反向截止区截止区反向截反向截止电压止电压正向截止电压正向截止电压截止状态截止状态导通状态导通状态UAKiA0主电流由阳极流向阴极。晶闸管处于断态时可阻断正主电流由阳极流向阴极。晶闸管处于断态时可阻断正向偏置电压而不导通。向偏置电压而不导通。第

13、15页，此课件共81页哦晶闸管的结构和等效电路如图所示，晶闸管的管芯是P1N1P2N2四层半导体，形成3个PN结J1、J2和J3。第16页，此课件共81页哦2.晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理IGIb2IC2(Ib1)IC1第17页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 反向击穿区反向击穿区反向反向截止区截止区反向截反向截止电压止电压正向截止电压正向截止电压截止状态截止状态导通状态导通状态UAKiA0晶闸管承受正向电压时，在晶闸管承受正向电压时，在门极注入正向脉冲电流可将门极注入正向脉冲电流可将它触发导通。

14、它触发导通。晶闸管一旦开始导通，门晶闸管一旦开始导通，门极就失去控制作用。不极就失去控制作用。不论门极触发电流是否存在，晶闸管都保持导通。论门极触发电流是否存在，晶闸管都保持导通。通过外电路使阳极电流反向，并且降到接近于零的某通过外电路使阳极电流反向，并且降到接近于零的某一数值，可使已导通的晶闸管关断。一数值，可使已导通的晶闸管关断。第18页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 当晶闸管承受正向电压时，当晶闸管承受正向电压时，门极触发电流才能在某个门极触发电流才能在某个时间再一次控制晶闸管触时间再一次控制

15、晶闸管触发导通。发导通。反向击穿区反向击穿区反向反向截止区截止区反向截反向截止电压止电压正向截止电压正向截止电压截止状态截止状态导通状态导通状态UAKiA0通常状态下，晶闸管的正、反向阻断电压的额定值相通常状态下，晶闸管的正、反向阻断电压的额定值相等。等。当反向偏压低于反向当反向偏压低于反向击穿电压时，只有极小的漏电流流过晶闸管。击穿电压时，只有极小的漏电流流过晶闸管。第19页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 iA导通状态导通状态反向截止反向截止正向截止正向截止0 0UAK从截止从截止到导通到导通分析

16、变流器拓扑结构时，同二极管相似，晶闸管分析变流器拓扑结构时，同二极管相似，晶闸管可由右图所示的理想化特性曲线表示。可由右图所示的理想化特性曲线表示。第20页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述+UAK -iA+US -F晶闸管通过电源电压的正半晶闸管通过电源电压的正半波控制其导通。当晶闸管电流波控制其导通。当晶闸管电流开始反向时，电源电压变负，开始反向时，电源电压变负，晶闸管所承受的电压也同时反晶闸管所承受的电压也同时反向。理想晶闸管将会使其电流向。理想晶闸管将会使其电流在在t=T/2后立即变为后立即变为

17、0。F波形如图所示。波形如图所示。tT0T/2USUAKiA第21页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 trrtqt00t关断时关断时间间z在在tq内，必须给晶闸管加内，必须给晶闸管加一个反向电压。在一个反向电压。在tq之后，之后，器件恢复对正向电压的阻器件恢复对正向电压的阻断能力。断能力。l换向恢复时换向恢复时间间l关断时关断时间间第22页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 z如果在如果在tq时间段内再次对时间

18、段内再次对晶闸管施加正向电压，因晶闸管施加正向电压，因器件还没有恢复到原来的器件还没有恢复到原来的阻断状态，可能使它再次阻断状态，可能使它再次导通。这样不仅会损坏器导通。这样不仅会损坏器件本身，而且还会导致件本身，而且还会导致所在电路不能正常工作，甚至破坏整个电路。所在电路不能正常工作，甚至破坏整个电路。trrtqt00t第23页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 2.3.2 2.3.2 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数2.3.2.1 晶闸管的电压参数晶闸管的电压参数 U

19、DSM是一个不能重复，且每次持续时间不大于是一个不能重复，且每次持续时间不大于10ms的断态的断态最大脉冲电压。最大脉冲电压。UDSM值应小于正向转折电压值应小于正向转折电压Ub0，所留裕，所留裕量的大小由生产厂家自行规定。量的大小由生产厂家自行规定。晶闸管在门极开路时，施加于晶闸管晶闸管在门极开路时，施加于晶闸管的正向阳极电压上升到正向伏安特性的正向阳极电压上升到正向伏安特性曲线急剧转折处对应的电压值。曲线急剧转折处对应的电压值。断态不重断态不重复峰值电复峰值电压压UDSM1第24页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述

20、电力电子器件概述 断态重复断态重复峰值电压峰值电压UDRM2晶闸管在门极开路且结温为额定值时，晶闸管在门极开路且结温为额定值时，允许每秒允许每秒50次、每次持续时间不大于次、每次持续时间不大于10ms，重复加于晶闸管上的正向断，重复加于晶闸管上的正向断态最大脉冲电压。态最大脉冲电压。规定规定UDRM为为UDSM的的90%。第25页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 反向不重反向不重复峰值电复峰值电压压URSM3晶闸管门极开路，晶闸管承受反向电压晶闸管门极开路，晶闸管承受反向电压时，对应于反向伏安特性曲线

21、急剧转折时，对应于反向伏安特性曲线急剧转折处的反向峰值电压。处的反向峰值电压。URSM是一个不能重复施加，且持续时间不大于是一个不能重复施加，且持续时间不大于10ms的反向的反向脉冲电压。反向不重复峰值电压脉冲电压。反向不重复峰值电压URSM应小于反向击穿电应小于反向击穿电压，所留裕量大小由生产厂家自行规定。压，所留裕量大小由生产厂家自行规定。第26页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 反向重复反向重复峰值电压峰值电压URRM4晶闸管在门极开路且结温为额定值时，晶闸管在门极开路且结温为额定值时，允许每秒

22、允许每秒50次，每次持续时间不大于次，每次持续时间不大于10ms，重复加于晶闸管上的反向最大，重复加于晶闸管上的反向最大脉冲电压。脉冲电压。规定规定URRM为为URSM的的90%。第27页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 额定额定电压电压UR5断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值和反向重复峰值电压电压URRM两者中，较小的一个电压值。两者中，较小的一个电压值。选用晶闸管时，应使其额定电压为正常工作电压峰值选用晶闸管时，应使其额定电压为正常工作电压峰值UM的的23倍，以作为安全裕量。倍

23、，以作为安全裕量。UR=(23)UM额定电压在额定电压在1000V以下时，每以下时，每100V以下是一个电压等级；以下是一个电压等级；在在10003000V时，则每时，则每200V为一个电压等级。为一个电压等级。第28页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 通态峰通态峰值电压值电压UTM6额定电流时管子导通的管压降峰值，一额定电流时管子导通的管压降峰值，一般为般为1.52.5V，且随阳极电流的增加，且随阳极电流的增加而略微增加。而略微增加。额定电流时的通态平均电压降一般为额定电流时的通态平均电压降一般为1

24、V左右。左右。第29页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 2.3.2.2 晶闸管的电流参数晶闸管的电流参数 在环境温度为在环境温度为+40 C和规定的散热冷和规定的散热冷却条件下，晶闸管在导通角不小于却条件下，晶闸管在导通角不小于170 电阻性负载的单相、工频半波导电阻性负载的单相、工频半波导电，结温稳定在额定值电，结温稳定在额定值125 C时，所时，所允许通过的电流平均值，将该电流按晶闸管标准电允许通过的电流平均值，将该电流按晶闸管标准电流系列取整数值。流系列取整数值。1通态通态平均平均电流电流IT(

25、AV)晶闸管的额定晶闸管的额定电流电流第30页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 根据所使用具体电流波形来计算出允许使用的电流平均根据所使用具体电流波形来计算出允许使用的电流平均值选用晶闸管时，设三相工频半波电流峰值为值选用晶闸管时，设三相工频半波电流峰值为Im时的波时的波形，通态平均电流为：形，通态平均电流为：第31页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 正弦半波电流有效值为：正弦半波电流有效值为：第32页，此课

26、件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 晶闸管有效值与通态平均电流的比值为：晶闸管有效值与通态平均电流的比值为：有效值与平均值的比为：有效值与平均值的比为：波形系波形系数数 由上式可知，额定电流为由上式可知，额定电流为100A的晶闸管，其允许通过的晶闸管，其允许通过的电流有效值为的电流有效值为157A。第33页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 实际电路中，由于晶闸管的热容量小，过载能力低，实际电路中，由于晶闸管的热容量小

27、，过载能力低，因此在实际选择时，一般取因此在实际选择时，一般取1.52倍的安全系数，故在给倍的安全系数，故在给定晶闸管的额定电流后，可计算出该晶闸管的任意波形时定晶闸管的额定电流后，可计算出该晶闸管的任意波形时允许的电流平均值为：允许的电流平均值为：第34页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 2维持维持电流电流IH 晶闸管维持导通所必需的最小电流，一晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安。般为几十到几百毫安。维持电流与结温有关，结温越高，维持电流越小，晶闸管维持电流与结温有关，结温越高，维

28、持电流越小，晶闸管越难关断。越难关断。3擎住电擎住电流流IL闸管刚从阻断状态转化为导通状态并闸管刚从阻断状态转化为导通状态并除掉门极触发信号时，能维持器件导除掉门极触发信号时，能维持器件导通所需要的最小电流。通所需要的最小电流。擎住电流比维持电流大擎住电流比维持电流大24倍。倍。第35页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 4浪涌电浪涌电流流ITSM 指在规定条件下，工频正弦半周期指在规定条件下，工频正弦半周期内所允许的最大过载峰值电流。内所允许的最大过载峰值电流。晶闸管所承受的浪涌过载能力是有限的，在设

29、计晶闸管电晶闸管所承受的浪涌过载能力是有限的，在设计晶闸管电路时，必须考虑到电路中电流产生的波动。路时，必须考虑到电路中电流产生的波动。第36页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 2.3.2.3 晶闸管的动态参数晶闸管的动态参数 1断态电断态电压临界压临界上升率上升率du/dt在结温为额定值和门极开路的情在结温为额定值和门极开路的情况下，不会导致晶闸管从断态转况下，不会导致晶闸管从断态转换到通态所允许的最大正向电压换到通态所允许的最大正向电压上升速度。上升速度。实际应用中，实际电压上升率必须小于此临界值

30、。实际应用中，实际电压上升率必须小于此临界值。第37页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 2通态电通态电流临界流临界上升率上升率di/dt在规定条件下，晶闸管从阻断状在规定条件下，晶闸管从阻断状态转换到导通状态时，晶闸管所态转换到导通状态时，晶闸管所能承受的通态电流上升率最大值。能承受的通态电流上升率最大值。晶闸管刚导通时，电流主要分布在门极附近的小区域内，晶闸管刚导通时，电流主要分布在门极附近的小区域内，电流上升过快，有可能造成局部过热而损坏器件。电流上升过快，有可能造成局部过热而损坏器件。第38页，

31、此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 3开通时开通时间间ton普通晶闸管的开通时间普通晶闸管的开通时间ton约为约为6 s。开通时间与触发脉冲的陡。开通时间与触发脉冲的陡度、电压大小、结温以及主回度、电压大小、结温以及主回路中的电感量有关。路中的电感量有关。4关断时关断时间间toff普通晶闸管的关断时间普通晶闸管的关断时间toff约为几十约为几十到几百微秒。关断时间与原件结到几百微秒。关断时间与原件结温、关断前阳极电流的大小以及温、关断前阳极电流的大小以及所加反压的大小有关。所加反压的大小有关。第39页，此

32、课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 2.3.2.4 门极额定参数门极额定参数 1门极触发电流门极触发电流IGTIGT是在室温下，阳极电压为直流是在室温下，阳极电压为直流6V时使晶闸管从断态时使晶闸管从断态转入通态所需的最小门极电流。转入通态所需的最小门极电流。2门极触发电压门极触发电压UGTUGT是产生门极触发电流所需的最小门极电压。是产生门极触发电流所需的最小门极电压。第40页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 2

33、.3.2.5 温度特性温度特性 1结温结温TJM晶闸管正常工作时所能允许的最晶闸管正常工作时所能允许的最高结温。高结温。晶闸管的额定结温通常为晶闸管的额定结温通常为125 C或或150 C。2结壳热阻结壳热阻RJC晶闸管每瓦功率损耗导致的晶闸管每瓦功率损耗导致的内部内部PN结与晶闸管外壳之结与晶闸管外壳之间的温差间的温差。该参数可用于晶闸管的散热系统设计。该参数可用于晶闸管的散热系统设计。第41页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 2.3.3 2.3.3 几种常用的晶闸管几种常用的晶闸管几种常用的晶闸管

34、几种常用的晶闸管 1 相控晶闸管相控晶闸管 l换流晶换流晶闸管闸管 l相控晶闸相控晶闸管管a主要用于线频电压和电流整流方面，以及高压直流输电。主要用于线频电压和电流整流方面，以及高压直流输电。a可承受较高的电压和电流，通态压降较小。可承受较高的电压和电流，通态压降较小。第42页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 2 逆变晶闸管逆变晶闸管 a逆变晶闸管的通态电压较低并且关断时间逆变晶闸管的通态电压较低并且关断时间tq也较短。也较短。第43页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力

35、电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 3 光控晶闸管光控晶闸管 a通过一定的波长的光照信号触发晶闸管。通过一定的波长的光照信号触发晶闸管。a主要用于高压线路中。主要用于高压线路中。第44页，此课件共81页哦下 页上 页返 回2.4 可控开关的理想特性可控开关的理想特性第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 BJTMOSFETGTOIGBT可控可控开关开关 通过控制端的控制信号通过控制端的控制信号来控制其导通和关断来控制其导通和关断 +UT-iT开关打开时，没有电流流过开关打开时，没有电流流过开关闭合时，电流能按箭头所开

36、关闭合时，电流能按箭头所指方向流过指方向流过 第45页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 理想可控开关的理想可控开关的特性特性 关断时，不论正、反向阻断电压有多高，都没有电流流过关断时，不论正、反向阻断电压有多高，都没有电流流过该器件。该器件。导通时，压降为零，此时可传导任意大的电流。导通时，压降为零，此时可传导任意大的电流。该器件一旦被触发，立即从导通状态到关断状态，反该器件一旦被触发，立即从导通状态到关断状态，反之亦然。之亦然。该器件只需很小的电流就能触发。该器件只需很小的电流就能触发。第46页，此

37、课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 理想二理想二极管极管iT+UT -+-UdI0电流流过一个开关就必须流电流流过一个开关就必须流过一些串联的电感。过一些串联的电感。当开关闭合，电流全部流过当开关闭合，电流全部流过开关，二极管反向偏置。开关，二极管反向偏置。当开关断开时，当开关断开时，I0流过二极流过二极管，有一个等同于输入电压管，有一个等同于输入电压Ud的电压加在开关上。的电压加在开关上。理想二极管被认为是零压降理想二极管被认为是零压降。第47页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章

38、 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 0开关控制信号开关控制信号toffton导通导通关断关断Ts=1/fstUdtI0Uontd(on)td(off)tfitc(off)trvtfvtritc(on)iT00UdI0Pr(T)Wc(on)=UdI0tc(on)/2Wc(off)=UdI0tc(off)/2Wont二极管工作在一个循环二极管工作在一个循环周期内，开关频率为周期内，开关频率为:fs=1/TsTs：开关时间周期：开关时间周期当开关处于断态时，正向当开关处于断态时，正向控制信号将使其导通，导通控制信号将使其导通，导通过程中，电流上升包括一个过程中，电流上

39、升包括一个较短的延迟时间较短的延迟时间td(on)和电流和电流上升时间上升时间tri。第48页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 0开关控制信号开关控制信号toffton导通导通关断关断Ts=1/fstUdtI0Uontd(on)td(off)tfitc(off)trvtfvtritc(on)iT00UdI0Pr(T)Wc(on)=UdI0tc(on)/2Wc(off)=UdI0tc(off)/2Wont电流电流I0全部通过开关后，全部通过开关后，二极管反向偏置，开关电二极管反向偏置，开关电压在电压下降

40、时间压在电压下降时间tfv内下降内下降到通态电压到通态电压Uon。导通交叉时间段导通交叉时间段tc(on)内开内开关电压和电流值较大。关电压和电流值较大。tc(on)=tri+tfv 导导通通过过程程中中器器件件的的能能量量损损耗耗:Wc(on)=1/2UdI0tc(on)第49页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 0开关控制信号开关控制信号toffton导通导通关断关断Ts=1/fstUdtI0Uontd(on)td(off)tfitc(off)trvtfvtritc(on)iT00UdI0Pr(T)

41、Wc(on)=UdI0tc(on)/2Wc(off)=UdI0tc(off)/2Wont开关完全导通，通态电开关完全导通，通态电压压Uon使电流使电流I0导通，并将导通，并将在开通时间在开通时间ton内持续导通。内持续导通。开关通态能量消耗开关通态能量消耗Won可近可近似为似为:Won=UonI0ton 式中式中 ton大于大于tc(on)和和tc(off)第50页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 0开关控制信号开关控制信号toffton导通导通关断关断Ts=1/fstUdtI0Uontd(on)td

42、(off)tfitc(off)trvtfvtritc(on)iT00UdI0Pr(T)Wc(on)=UdI0tc(on)/2Wc(off)=UdI0tc(off)/2Wont用用反反向向控控制制信信号号控控制制开开关关关关断断。在在开开关关关关断断期期间间，电电压压上上升升过过程程包包括括关关断断延延迟迟时时间间td(off)和和电电压压上上升升时间时间trv。电电压压达达到到Ud时时，二二极极管管正向偏置并传导电流。正向偏置并传导电流。第51页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 0开关控制信号开关控制

43、信号toffton导通导通关断关断Ts=1/fstUdtI0Uontd(on)td(off)tfitc(off)trvtfvtritc(on)iT00UdI0Pr(T)Wc(on)=UdI0tc(on)/2Wc(off)=UdI0tc(off)/2Wont开开关关电电流流在在电电流流下下降降时时间间tfi内内下下降降到到0，电电流流I0反反向向，并并从从二二极极管管VD中中流流过。过。在在转转换换时时段段tc(off)内内，开开关关电电压压和和开开关关电电流流同同时时具有较大值。具有较大值。tc(off)=trv+tfi 第52页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电

44、力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 0开关控制信号开关控制信号toffton导通导通关断关断Ts=1/fstUdtI0Uontd(on)td(off)tfitc(off)trvtfvtritc(on)iT00UdI0Pr(T)Wc(on)=UdI0tc(on)/2Wc(off)=UdI0tc(off)/2Wont关关断断过过程程中中的的开开关关能能量损耗为：量损耗为：Wc(off)=1/2UdI0tc(off)瞬时能量损耗为：瞬时能量损耗为：PT(t)=uTiT导通和关断期间的瞬时导通和关断期间的瞬时开关能量损耗。开关能量损耗。l瞬时能量损耗瞬时能量损耗第53页，此

45、课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 开关开通、关断的转换所导致的能量损耗可由式开关开通、关断的转换所导致的能量损耗可由式Wc(on)=1/2UdI0tc(on)和式和式Wc(off)=1/2UdI0tc(off)表示为表示为:半导体能量损耗随着开关频率和开关时间增加半导体能量损耗随着开关频率和开关时间增加呈线性增加。呈线性增加。第54页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 导通时的平均能量损耗导通时的平均能量损耗Pon

46、也会导致开关能量损耗，它按比例也会导致开关能量损耗，它按比例随着通态电压而变化。其开通损耗为：随着通态电压而变化。其开通损耗为：开关的通态压降应该尽可能小。开关的通态压降应该尽可能小。可控开关断态时的漏电流比较小，可忽略不计，实际可控开关断态时的漏电流比较小，可忽略不计，实际应用中的断态能量损耗也可忽略。开关的平均能量损应用中的断态能量损耗也可忽略。开关的平均能量损耗耗为：为：PT=Ps+Pon第55页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 可控开关的特可控开关的特性性 器件处于断态时，漏电流很小。器件处于

47、断态时，漏电流很小。较低的通态压降较低的通态压降Uon可减少通态能量损耗。可减少通态能量损耗。导通和关断转换时间较短，能够使器件在较高的开导通和关断转换时间较短，能够使器件在较高的开关频率下工作。关频率下工作。较好的正、反向电压阻断能力使得器件不需要级联许多较好的正、反向电压阻断能力使得器件不需要级联许多器件。器件。电流较大的电路中，可控开关通态电流额定值较高，电流较大的电路中，可控开关通态电流额定值较高，无需并联器件，避免了电流分配的问题。无需并联器件，避免了电流分配的问题。第56页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述

48、电力电子器件概述 通态阻抗正的温度系数能够确保并联元件平均分配总电通态阻抗正的温度系数能够确保并联元件平均分配总电流。流。只需要较小的电流来触发可控开关，这将简化控制电路只需要较小的电流来触发可控开关，这将简化控制电路的设计。的设计。开关时，器件可同时承受额定电压和额定电流那么大的开关时，器件可同时承受额定电压和额定电流那么大的电压和电流。不需要外部电路保护装置。电压和电流。不需要外部电路保护装置。可控开关可承受较大的电压电流变化率，因此可简可控开关可承受较大的电压电流变化率，因此可简化外部电路的保护装置。化外部电路的保护装置。第57页，此课件共81页哦下 页上 页返 回2.5 双极结型晶体管

49、和达林顿管双极结型晶体管和达林顿管第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 2.5.1 2.5.1 双极结型晶体管和达林顿管的基本特性双极结型晶体管和达林顿管的基本特性双极结型晶体管和达林顿管的基本特性双极结型晶体管和达林顿管的基本特性UCEUBE-ECBiBiC+-+iB1iB2iB3iB4iB5iB=0uceIiD0Uce(sat)伏安特性伏安特性第58页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 iB1iB2iB3iB4iB5iB=0uceIiD0 Uce

50、(sat)伏安特性伏安特性基极电流只有足够大才可使基极电流只有足够大才可使得器件完全导通。控制电路必得器件完全导通。控制电路必须提供足够大的基极电流。两须提供足够大的基极电流。两者电流的关系为：者电流的关系为：IBIC/hFE式中，式中，hFE是元件的直流电流增是元件的直流电流增益。益。uCE截止状态截止状态导通状态导通状态iC0FBJT理想化伏安特性曲线理想化伏安特性曲线第59页，此课件共81页哦下 页上 页返 回第二章第二章第二章第二章 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述 通态时，基极电流必须保持不变。大功率晶体管的直通态时，基极电流必须保持不变。大功率晶体管