大学课件(可做考研参考)：电力电子技术基础3—器件
电力电子技术概述PPT课件
电力电子技术概述PPT课件•电力电子技术基本概念•电力电子器件•电力电子变换技术•电力电子系统分析与设计•典型应用案例剖析•发展趋势与挑战01电力电子技术基本概念它涉及到电力、电子、控制等多个领域，是现代电力工业的重要组成部分。
电力电子技术的核心是对电能进行高效、可靠、可控的转换，以满足各种用电设备的需求。
电力电子技术是一门研究利用半导体器件对电能进行转换和控制的学科。
电力电子技术定义从早期的整流器、逆变器到现在的高频开关电源、智能电网等，电力电子技术经历了多个发展阶段。
发展历程目前，电力电子技术已经广泛应用于工业、交通、通信、家电等各个领域，成为现代社会不可或缺的一部分。
现状随着新能源、智能电网等技术的不断发展，电力电子技术的应用前景将更加广阔。
未来趋势发展历程及现状工业领域电机驱动、电力系统自动化、工业加热等。
电动汽车、高速铁路、航空航天等。
通信电源、数据中心、云计算等。
变频空调、LED照明、智能家居等。
随着新能源技术的不断发展，电力电子技术在太阳能、风能等领域的应用将更加广泛；同时，智能电网的建设也将为电力电子技术的发展提供新的机遇。
交通领域家电领域前景展望通信领域应用领域与前景02电力电子器件电力二极管（Power Diode）结构简单，工作可靠导通和关断不可控主要用于整流电路晶闸管（Thyristor）四层半导体结构，三个电极导通可控，关断不可控主要用于相控整流电路可关断晶闸管（GTO）通过门极负脉冲可使其关断关断时间较长，需要较大的关断电流主要用于大容量场合电力晶体管（GTR）电流驱动的双极型晶体管导通和关断可控，但驱动电路复杂主要用于中等容量场合电力场效应晶体管（Power MOSFET ）电压驱动的单极型晶体管导通电阻小，开关速度快01主要用于中小容量场合02绝缘栅双极型晶体管（IGBT）03结合了MOSFET和GTR的优点01电压驱动，大电流容量，快速开关02目前应用最广泛的电力电子器件之一03电力电子变换技术整流电路的作用整流电路的分类整流电路的工作原理整流电路的应用将交流电转换为直流电。
(2024年)电力电子技术完整版全套PPT电子课件
实验报告撰写与答辩
讲解实验报告的撰写要求和答辩技巧 ，提高学生的综合素质和能力。
36
08
电力电子技术应用案例
2024/3/26
37
新能源发电系统中电力电子技术应用
光伏发电系统
最大功率点跟踪（MPPT ）技术、逆变器并网技术 、孤岛检测与保护技术等 。
2024/3/26
风力发电系统
变桨距控制技术、变速恒 频技术、直驱式永磁风力 发电技术等。
2024/3/26
13
可控整流电路分析与应用
可控整流电路原理
可控整流电路通过控制触发角α的大小，实现对输出电压的调 节。
2024/3/26
可控整流电路应用
可控整流电路广泛应用于直流调速、电力拖动、电解、电镀 等领域。
14
滤波电路原理与设计方法
滤波电路原理
滤波电路是利用电容、电感等元件对交流电的频率特性进行滤波，从而得到平 滑的直流电的电路。
高性能器件选择
选用高性能的功率器件和驱动电路，提高电路的工作频率和可靠性。例如，选用低导通电阻和低栅极电荷的 MOSFET可以降低电路的导通损耗和开关损耗；选用高耐压和高电流的IGBT可以提高电路的带负载能力等 。
系统优化与热设计
对系统进行全面的优化和热设计，确保电路在高负载、高温等恶劣环境下仍能稳定可靠地工作。例如，采用 合理的散热结构和风扇控制策略可以降低电路的工作温度；采用模块化设计可以提高电路的维修性和可扩展 性等。
2024/3/26
功率场效应晶体管（Power MOSFE…
阐述Power MOSFET和IGBT的结构、特点以及在电力电子电路中的 广泛应用。
11
03
整流与滤波技术
2024/3/26
电力电子技术(3)PPT课件
0.707Id
O
晶闸管承受的最大正反向电压均为 2 U 2 。
t
Id Id
b)
Id Id
t Id
t t t t
t
2021
为了扩大移相范围，且去掉输出电压的负值，提高的Ud 值，也可以在负载两端并联续流二极管，如图3-11所示。接 了续流二极管后， 的移相范围可以扩大到0-180°。下面通 过一个例题来说明全控桥电路接了续流二极管后的数量关系 。
分析可以看到以下几点。
(1) 任一时刻，均有两个二极管同时导通，其中电位最高相的
共阴极组的二极管和电位最低相的共阳极组的二极管导通，每个
二极管导通120。
(2) 6个二极管的导通顺序为VDl-VD2-VD3-VD4-VD5-VD6。共阴 极组换流顺序为VDl-VD3-VD5-VDl，自然换流点为图3-5中的d、e 、f等点；共阳极组换流顺序为VD2、VD4、VD6，自然换流点为 图3-5中的g、h、i等点。
2021
u2
O
t
ud
O id
i VT
O
1,4
i VT
O
2,3
O i2
O u VT 1,4
O
Id Id
Id Id
t Id
t
t t t
t
b)
图3-10 单相桥式相控整流电路 带电感性负载原理图及工作波形
数量关系
直流输出电压平均值
a a U d 1 a a2 U 2 sitd n (t) 22 U 2 co 0 s .9 U 2 cos
2021
2) 主要数量关系
直流输出电压平均值
a 1
1 c o s
U d 2a2 U 2 s intd (t) 0 .4 5 U 2 2
《电力电子技术》PPT 第3章
2
2
2
U
(sin
t
1 3
sin
3t
1 5
sin
5t
22
2
U
1
sin(2m 1)t
m12m 1
（3-11）
基波有效值
U1
2
2U
（3-12）
全高次波有效值
UH
U2 ds
U
2 1
U
2 0
U
2 n
n2
（3-13）
则图3-2(b)的波形为矩形波时，其直流成份和有效值可计算出 =0，U 0 =UU（ds 据本章习题1的数据），则总的有效值为
（3-1）
图3-1 正弦电压波形
交流电压的有效值（RMS）、平均值，波形系数和波 高系数定如下：
有效值=
最大值
2
2U U 2
平均值=
2最大值
2
2U π
0.9U
波形系数=
有效值 平均值
U 0.9U
1.11
波高系数=
最大值 有效值
2U 1.41 U
（3-2） （3-3） （3-4） （3-5）
（3-8）
在（3-8）式中， 2，f f 1设T ，t 则
a0
V0
1 T
0Tu (t )dt
1
2
02
u( )d
an
2 T
0Tu(t) cos ntdt
1
02
u( ) cos nd
bn
2 T
0Tu (t )
sin
ntdt
1
02
u(
)
sin
nd
Un
a2 n
电力电子器件基础知识ppt课件
举例：
一晶闸管用于相电压一晶闸管用于相 电压为220V 的单相电路中时，器件的 电压等级选择如下：
U （ 2 ~ 3 ） 2 U 620 . 7 V ~ 933.2V T 2 n
考虑到既能满足耐压要求，又较经济取系列值：
U 700 V Tn
20
2. 额定电流（通态平均电流）IT(AV)
3
电力电子器件使用特点
1.导通压降 2.运行频率 3.器件容量 4.耐冲击能力 5.可靠性
4
电力电子器件的分类
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。
1）根据控制信号可 以控制的程度
全控型器件（IGBT,MOSFET)
——通过控制信号既可控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。
5
电力电子器件的分类
电流驱动型 2）根据驱动信 号的类型
——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 信号就可实现导通或者关断的控制。
降低I，则SCR同样会关断。该小电流称为SCR的维持电流。
综上所述：
SCR导通条件： UAK>0 同时 UGK>0 由导通→关断的条件：使流过SCR的电流降低至维持电流以下。 (一般通过减小EA,,直至EA<0来实现。）
13
三、晶闸管的工作原理分析
在分析SCR的工作原理时，常将其等 效为两个晶体管V1和V2串级而成。
21
闸管的通态平均电流IT(AV)和正弦电流最大值Im之间的 关系表示为： 1 1 I sin td ( t ) I I m T (A V ) m 0 2 正弦半波电流的有效值为：
2024版《电力电子技术》PPT课件
电力电子技术的定义与发展01020304定义晶闸管时代可控硅时代现代电力电子时代用于高压直流输电、无功补偿、有源滤波等，提高电力系统的稳定性和效率。
用于电动汽车、电动自行车、电梯等电机驱动系统，实现高效、节能的电机控制。
用于太阳能、风能等新能源发电系统，实现能源的高效利用和转换。
用于自动化生产线、机器人等工业设备，实现设备的精确控制和高效运行。
电力系统电机驱动新能源工业自动化数字化与智能化随着计算机技术和人工智能的发展，电力电子技术将实现数字化和智能化，提高系统的自适应能力和智能化水平。
高频化与高效化随着半导体材料和器件的发展，电力电子技术将实现更高频率和更高效率的电能转换。
绿色化与环保化随着环保意识的提高，电力电子技术将更加注重绿色、环保的设计理念，降低能耗和减少对环境的影响。
工作原理特点应用整流电路、续流电路等工作原理通过门极触发导通，无法自行关断特点耐压高、电流大、开关速度快应用直流电机调速、交流调压等工作原理特点应用工作原理特点应用逆变器、斩波器、电机驱动等工作原理特点应用工作原理开关速度快、耐压高、电流大、热稳定性好应用逆变器、斩波器、电机驱动等高端应用领域特点VS整流电路的作用整流电路的分类整流电路的工作原理整流电路的应用整流电路逆变电路逆变电路的作用逆变电路的分类逆变电路的工作原理逆变电路的应用直流-直流变流电路直流-直流变流电路的作用直流-直流变流电路的分类直流-直流变流电路的工作原理直流-直流变流电路的应用交流-交流变流电路交流-交流变流电路的作用交流-交流变流电路的工作原理A B C D交流-交流变流电路的分类交流-交流变流电路的应用电机驱动照明控制加热与焊接030201一般工业应用交通运输应用电动汽车驱动轨道交通牵引航空电源电力系统应用高压直流输电柔性交流输电通过电力电子技术可实现高压直流输电，减少输电损耗和占地面积。
智能电网风能发电通过电力电子技术可实现风能发电系统的变速恒频控制和并网运行。
电力电子技术第四版电力电子器件概述优秀课件
➢ 平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
电力电子技术(第四版)电力电子器件概述
优秀课件
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1.3.1 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
电力电子技术(第四版)电力电子器件概述
优秀课件
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1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
✓ 按晶体管的工作原理 ，得：
➢ 肖特基二极管的弱点
• 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
• 反向恢复时间很短（10~40ns）。 • 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。 • 效率高，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。
I IF
O UTO UF
U
图1-4 电力二极管的伏安特性
电力电子技术(第四版)电力电子器件概述
优秀课件
15
1.2.2 电力二极管的基本特性2) 动态特性FFra bibliotekdiF
dt
trr
——二极管的电压-电流特性随时间变 UF
td
tf
化的 ——结电容的存在
tF t0
t1 t2
UR
t
diR
dt
延迟时间：td= t1- t0, 电流下降时间：tf= t2- t1
优秀课件
6
1.1.3 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：
半控型器件（Thyristor）(半导体闸流管)
——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)
电力电子技术完整版课件全套ppt教程 (2)全文编辑修改
1．断态电压临界上升率du／dt du／dt是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 态转换的最大阳极电压上升率。在实际使用时的电压上升率必须低于此
规定值。
表1-3 断态电压临界上升率（du / dt）的等级
du /
dt
V
25
/μs
级 别
A
50 100 200 500 800 1000
8
800
20
9
900
22
10 1000 24
12 1200 26
14 1400 28
16 1600 30
18 1800
2000 2200 2400 2600 2800 3000
表1-2 晶闸管正向通态平均电压的组别
正向 通态 平均 电压 V
组别 代号
正向 通态 平均 电压 V
组别 代号
UT（AV） ≤0.4
晶闸管承受断态重复峰值电压UDRM 和反向重复峰值电压URRM 时的 峰值电流。
5. 浪涌电流ITSM ITSM是一种由于电路异常情况引起的使结温超过额定结温的不重 复性最大正向过载电流，用峰值表示。它是用来设计保护电路的。
按标准，普通晶闸管型号的命名含义如下：
（三）门极触发电流IGT和门极触发电压UGT IGT是在室温下，给晶闸管施加6V正向阳极电压时，使元件由断态转 入通态所必需的最小门极电流。
4．通态（峰值）电压UTM UTM 是晶闸管通以π倍或规定倍数额定通态平均电流值
时的瞬态峰值电压。从减小损耗和器件发热的观点出发，应
该选择UTM较小的晶闸管。 5．通态平均电压(管压降)UT(AV) 当元件流过正弦半波的额定电流平均值和稳定的额定结
《电力电子技术 》课件
电机控制
电机控制是指通过电力电子技术实现对电机速度 、方向和位置的精确控制。
电机控制广泛应用于工业自动化、交通运输、家 用电器等领域，如变频空调、电动汽车等。
电机控制有助于提高能源利用效率，降低能耗， 实现更智能化的生产和制造。
新能源发电系统
新能源发电系统是指利用可再生能源进行发电 的系统，如太阳能、风能等。
、更高可靠性和更小体积的方向发展。
系统集成和智能化的发展
系统集成
随着电力电子系统规模的不断扩大，系统集成成为了一个重要的研究方向，通过将多个电力电子模块集成在一个系统 中，可以实现更高的功率密度和更小的体积。
智能化
智能化是电力电子技术的另一个重要发展方向，通过引入人工智能和机器学习等技术，可以实现电力电子系统的自适 应控制和智能管理，提高系统的稳定性和可靠性。
针对高效能转换的挑战，需要不断研 究和开发新的电力电子器件、电路拓 扑和控制策略，以实现更高的转换效 率和更低的能耗。
技术瓶颈
目前电力电子技术面临的主要挑战是 如何进一步提高转换效率，降低能耗 ，以满足不断增长的高效能转换需求 。
新材料和新技术的发展
01
新材料的应用
随着新材料技术的不断发展，新型半导体材料如碳化硅（SiC）和氮化
电力电子技术的应用实例
不间断电源（UPS）
不间断电源（UPS）是一种能够提供持续电力供应的电源设备，主要用于保护重要 设备和数据免受电力中断的影响。
UPS通过使用电力电子转换技术，将电池或其他形式的储能装置与电网连接，确保 在电网故障或停电时，能够继续为设备提供稳定的电力。
UPS在医疗、金融、通信等领域有广泛应用，对于保证关键设备和服务的正常运行 至关重要。
详细描述
电力电子技术全套课件
整流电路具有将交流电转换为直流电的功能，是电力电子设备中不可或缺的组成部分。同时，整流电 路的性能直接影响到电力电子设备的整体性能。因此，在设计整流电路时，需要根据实际需求选择合 适的电路类型和器件，并进行合理的布局和走线，以确保整流电路的稳定性和可靠性。
04
逆变电路
逆变电路的工作原理与分类
技术特点与优势
分析高压直流输电的技术特点和优势，如远距离输电损耗 小、系统稳定性高等。
工程应用与发展趋 势
介绍高压直流输电在国内外的典型工程应用，并探讨其未 来发展趋势和技术挑战。
THANKS
感谢观看
制。
逆变电路的应用与特点
应用
逆变电路广泛应用于电力电子变换器、不间断电源、变频调 速系统、新能源发电系统等领域。
特点
逆变电路具有高效率、高功率因数、低谐波污染等优点，能 够实现能量的双向流动和电网的并网运行。同时，随着电力 电子技术的发展，逆变电路的性能和可靠性也在不断提高。
05
直流-直流变流电路
升压型直流-直流变流电路
工作原理
升压型直流-直流变流电路通过开关管的导通和关断，控制电感的 充放电过程，从而实现输入电压到输出电压的升压转换。
电路组成
升压型直流-直流变流电路主要由开关管、电感、电容、二极管等 元件组成，与降压型电路类似，但元件的连接方式和参数有所不同 。
应用场景
升压型直流-直流变流电路广泛应用于各种需要升压的电子设备中， 如电动汽车、太阳能发电系统等。
02
电力电子器件
不可控器件
电力二极管（Power Diode） 工作原理及特性
主要参数与选型
不可控器件
01
晶闸管（Thyristor）
2024版电力电子技术完整版全套PPT电子课件
contents•电力电子技术概述•电力电子器件目录•电力电子电路•电力电子技术的控制策略•电力电子技术的实验与仿真电力电子技术的定义与发展定义发展历程如太阳能、风能等可再生能源的转换与利用。
如电动汽车、电动自行车等电机驱动系统的控制。
如智能电网、分布式发电等电力系统的优化与控制。
如变频器、伺服系统等工业自动化设备的控制。
能源转换电机驱动电力系统工业自动化高效率、高功率密度智能化、数字化绿色化、环保化多学科交叉融合晶闸管（Thyristor 可控的单向导电性，用于可控整流电路Power Diode ）具有单向导电性，可用于整流电路010402050306电力晶体管（Giant Transistor，GTR）具有耐压高、电流大、开关特性好等优点通过在门极施加负脉冲使其关断电流控制型器件，通过控制基极电流来控制集电极电流可关断晶闸管（Gate Turn-OffThyristor，GTO）具有可控的开关特性，适用于高电压、大电流场合01电力场效应晶体管（Power MOSFET ）02电压控制型器件，通过控制栅源电压来控制漏极电流03具有开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好等优点04绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor ，IGBT ）05结合了MOSFET 和GTR 的优点，具有电压控制、大电流、低饱和压降等特性06广泛应用于电机控制、电源转换等领域整流电路整流电路的工作原理介绍整流电路的基本工作原理，包括半波整流、全波整流和桥式整流等。
整流电路的类型详细阐述不同类型的整流电路，如单相半波整流电路、单相全波整流电路、三相半波整流电路和三相全波整流电路等。
整流电路的应用列举整流电路在电力电子领域的应用，如电源供应器、电池充电器和电机驱动器等。
逆变电路逆变电路的工作原理01逆变电路的类型02逆变电路的应用031 2 3直流-直流变流电路的工作原理直流-直流变流电路的类型直流-直流变流电路的应用交流-交流变流电路的工作原理01交流-交流变流电路的类型02交流-交流变流电路的应用03电动机控制电热控制照明控制030201一般工业应用交通运输应用电动汽车驱动轨道交通牵引飞机电源系统电力系统应用高压直流输电柔性交流输电分布式发电与微电网新能源应用风能发电太阳能发电风力发电机组中采用电力电子技术实现变速恒频控制，提高风能发电的稳定性和可靠性。
电力电子技术之电力电子器件概述PPT模版(92页)
按照载流子参与导电的情况分类： ◆单极型器件 由一种载流子参与导电。 ◆双极型器件 由电子和空穴两种载流子参与导电。 ◆复合型器件 由单极型器件和双极型器件集成混合而成，
也称混合型器件。
5. 不可控器件 —— 电力二极管
1.电力电子器件的概念
电力电子器件（Power Electronic Device） 是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能 的变换或控制的电子器件。
主电路：在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。
广义上电力电子器件可分为真空器件和半导 体器件两类，目前往往专指电力半导体器件。
动态特性
◆因为结电容的存在，电压—电流特性 是随时间变化的，这就是电力二极管的动态 特性，并且往往专指反映通态和断态之间转 换过程的开关特性。
◆由正向偏置转换为反向偏置
电力二极管并不能立即关断，而是须经 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。
在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。
导调制效应起作用所需的大量
实际应用中，小容量二极管
采用两端引出线的引线型， 中等容量电力二极管多为螺 栓型，大容量则采用平板型。 A
A K
K
A PN K
I
J
b)
A
K
a)
c)
电力二极管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 基本结构 c) 电气图形符号
（1）二极管的基本原理——PN结的单向导电性
◆当PN结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路 上则形成自P区流入而从N区流出的电流，称为正向电流
电力电子技术(第3版)PPT 第一章 电力电子器件
Date:
2021-6-26
Page: 25
§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
2） 非线性电阻保护
硒堆由成组串联的硒整流片构成，如图所示为硒堆保护几种接 法。(a)图为单相时的接法。单相时用两组对接后再与电源并联； (b)、(c)为三相的接法，三相时用三组对接成Y形或用六组结成D形。
硒堆保护几种接法 a）单相连接 b）三相Y型连接 c）三相△连接
（1）电阻均流 如图b)所示，在并联的各晶闸管中串入一小电阻R是最简便的均流方
法。均流电阻R由下式决定： R (0.5 ~ 2)UT () I Ta
串入均流电阻R后，电流分配不均匀度可大大地改善，但因电阻上有损耗， 并且对动态均流不起作用，只适用于小功率场合。对于大电流器件的并联，均 流可领先各并联支路的快熔电阻、电抗器电阻和连接导线电阻的总和来达到。
Date:
2021-6-26
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§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
（1）静态均压（正反向阻断状态下的均压）
Date:
2021-6-26
Page: 32
§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
（2）动态均压（开通过程与关断过程的均压）
Date:
2021-6-26
Page: 33
§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
IF
UROM URSM
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1996年出现
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件 ———集成门极换流晶闸管
IGCT损耗低、开关快速等这些优点保证了它 能可靠、高效率地用于300 kVA～10MVA变 流器，而不需要串联或并联。
IGCT将成为高功率高电压变频器的首选功率器件。
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件 ———功率模块与功率集成电路
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件
———静电感晶体管SIT的优点
1、传输时间短，工作频率高，频带宽，开关速 度快。
2、电流容量大，增益高。 3、易得到高的耐压。 4、电流通道上没有PN结，不会出现二次击穿，
抗烧性好。 5、 属电压控制型器件，阻抗属电容性，容易驱
动。 6、输入阻抗高、输出阻抗低、输出功率大、负
• 由于MCT与IGBT在相同的工作频率下，其关断的控制 难度要高，制作工艺更复杂，所以其商业化速度没有 IGBT那么快。
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件
———MOS控制晶闸管MCT
• 优点
• MCT工作于超掣住状态，是 一个真正的PNPN器件，这正 是其通态电阻远低于其它场效 应器件的最主要原因。MCT 既具备功率MOSFET输入阻抗 高、驱动功率小、开关速度快 的特性，又兼有晶闸管高电压、 大电流、低压降的优点。其芯 片连续电流密度在各种器件中 最高，通态压降不过是IGBT 或GTR的1/3，而开关速度则 超过GTR。此外，由于MCT 中的MOSFET元能控制MCT 芯片的全面积通断，故MCT 具有很强的导通di/dt和阻断 dV/dt能力，其值高达2000A/ s 和2000V/ s。其工作结温亦高 达150～200℃。
South China University of Technology
Fundamentals of Power Electronics Technology
电力电子技术基础
第二部分 电力电子器件
6
1.6 绝缘栅双极型晶体管
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件 ——IGBT的产生思路
➢ GTR和GTO的特点——双极型，电流驱动，有
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件
———静电感晶体管SIT的应用
4、SIT的特点是频率覆盖范围宽、功率覆 盖范围大，广泛应用于高保真度的音响 设备、电源、电机控制、通信机、电视 差转机以及雷达、导航和各种电子仪器 中。
5、我国SIT类器件已有一定基础，已研究 开发二十余种SIT类器件，但功率较大的 SIT仍在开发中。
电导调制效应，通流能力很强；开关速度较低， 所需驱 动功率大，驱动电路复杂。 ➢ MOSFET的优点——单极型，电压驱动，开关 速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功 率小而且驱动电路简单；容量小。 ➢ 两类器件取长补短结合而成的复合器件—绝缘 栅双极晶体管
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件 ——IGBT的概况
载能力强。 7、 抗辐照能力强。噪声低、线性度好。
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件 ———静电感晶体管SIT的应用
1、开关速度和工作频率可以很高，所以适 合用于做高频SIT和微波SIT。
2、采用多个沟道并联，沟道内是高阻材料， 适用于大电流、高电压下作功率电子器 件。
3、负载时有电压放大倍数基本不变的特点， 可以使功率放大失真度小，适用于需要 线性功率放大的地方。
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件 ———静电感晶体管SIT
D G
S
D G
S
D G
S
N—SIT
D G
S
P—SIT
• SIT是利用漏极电压和门极 电压的静电感应来调制沟道 内部的电位分布和势垒高度， 从而控制由源区注入的多子 浓度，进而控制漏极电流ID 的大小。这是“静电感应” 一词的含意。SIT是电压控 制器件，而且是门极为零时， 它处于导通状态，因此SIT 是常开型器件。在门源极加 负电压，可关断它。
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件 ——IGBT的特性和参数特点
➢ IGBT中双极 型PNP晶体管的 存在，虽然带来 了电导调制效应 的好处，但也引 入了少子储存现 象，因而IGBT 的开关速度低于 电力MOSFET
➢IGBT的击穿电 压、通态压降和 关断时间也是需 要折衷的参数
(1) 开关速度高，开关损耗小。在电压 1000V以上 时，开关损耗只有GTR的 1/10，与电力 MOSFET相当
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件 ——IGBT的结构
G E
N+ N+
P
NN+
P+
N+ N+
P
C
E
G
GS
D
E N+
P P
N
P+ G
C
G
IGBT — Insulated Gate Bipolar Transistor
C
RN
RP
E C
RN
E C
E
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件 ——IGBT的结构
➢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
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件 ——IGBT的动态特性
uGE
0.9UGEM UST
0.1UGEM
iC
0.9ICM
0.1ICM
uCE
tON
UGEM
t2
ICM
t1
MOSON GTRON
tOFF t
t3 t4
MOSOFF GTROFF
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件 ———静电感晶体管SIT
• 新型电力电子器件可分为结型场控器件和绝缘栅型 场控器件两大类。
• 结型场控器件主要是指静电感应晶闸管SITH、静电 感应晶体管SIT和双级模式静电感应晶体管BSIT。
• 源漏电流受栅极上的外加垂直电场控制的垂直沟道 场效应晶体管,简称静电感应晶体管SIT（Static Induction Transistor）。
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件
———MOS控制晶闸管MCT
• MCT是一种新型MOS/双极复合器件。它是在普通晶闸 管中用集成电路工艺制作大量的MOS开关，通过MOS 开关的通断来控制晶闸管的开启和关断。所以，MCT既 有晶闸管良好的阻断和通态特性，又具有MOS场效应管 输入阻抗高，驱动功率低和开关速度快的优点，同时克 服了晶闸管速度慢，不能自关断和高压MOS场效应管导 通压降大的缺点。
Toshiba
Fuji
Semikron
• Standard modules • Low labor content • Improved reliability • Reduced cost
Powerex
Eupec/Infineon
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件 ———功率模块与功率集成电路
➢ 绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor— —IGBT或IGT）
➢ GTR和MOSFET复合，结合二者的优点， 具有好的特性
➢ 1986年投入市场后，取代了GTR和一部分MOSFET 的市场,中小功率电力电子设备的主导器件
➢ 继续提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件 ———集成门极换流晶闸管
集成门极换流晶闸管（IGCT） 是将门极驱动电路与门极换流 晶闸管GCT集成于一个整体形 成的器件。门极换流晶闸管 GCT是基于GTO结构的一个新 型电力半导体器件，它不仅与 GTO有相同的高阻断能力和低 通态压降，而且有与IGBT相同 的开关性能，兼有GTO和 IGBT之所长，是一种较理想的 兆瓦级、中压开关器件。
Powerex CM300DY-24H
4x IGBT
4x Diode
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件 ————IGBT的静态特性
饱和区
iC
iC
uGE
UST 2～6V
UGE
2～3V
iC
25℃
正
125℃
u 负 CES
uCE
★ 转移特性
★ 输出特性
★ 饱和电压特性Байду номын сангаас
➢在1/2或1/3额定电流以下的区段，通态压降具负温度系数
t
拖尾电流
MOS已经 关断，
IGBT存储 电荷释放
缓慢
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件 ——IGBT的擎住（Latch）效应
C
RN
G
RP
E
★ 静态擎住
R P区体电阻 P引发擎住
★ 动态擎住
关断过急→位移电流
CJ
duCE dt
iE
CJ—PN结电容
RG 不能过小，限制关断时间。
★ 过热擎住
RP 及PNP、NPN 电流放大倍数
(2) 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
(3) 通态压降比VDMOSFET低，特别是 在电流较大的区域
(4) 输入阻抗高，输入特性与MOSFET 类似
(5) 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
1.7 其他新型电力电子器件
6、产品的发展趋势是模块化、大功率化。
END!
因温度升高而增大。 （150℃时ICM降至1/2）
电力电子技术基础 第二部分 电力电子器件 ——IGBT的主要参数
➢由1内) 最部大PN集P晶射体极管间的电击压穿UC电ES压 确定 ➢2) 最大集电极电流 包括额 定电直流流ICP电流IC和1ms脉宽最大 ➢工3作)最温大度集下电允极许功的耗最P大CM功正耗常