电力电子技术之二器件二极管
电力电子技术第2章器件2_SCR
无法控制关断,半
a) 双晶体管模型 b) 工作原理
控型器件。
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电力电子技术第2章器件2_SCR
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
定量分析:
•(1-1)
•(1-2)
•(1-3)
•(1-4)
式中1和2分别是晶体管V1和
V2的共基极电流增益;ICBO1和 ICBO2分别是V1和V2的共基极 漏电流。由以上式可得 :
• 例:某晶闸管实际承担电流波形有效值为400A,则可 选额定电流为400/1.57=255A,考虑裕量,实际选额 定电流为500A的晶闸管。
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电力电子技术第2章器件2_SCR
晶闸管的主要参数
•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。
• 关断: ➢ 电流低于维持电
流。 ➢ 阳极电压反极性。
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电力电子技术第2章器件2_SCR
2.3.3 晶闸管的主要参数
•1)电压定额
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。
图2-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
•(1-5)
a) 双晶体管模型 b) 工作原理
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电力电子技术第2章器件2_SCR
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
阻断状态:IG=0,1+2很小。流过晶闸管的漏电流稍
第1章 电力电子器件概述(第一部分)(2)
1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
1.1.3 电力电子器件的分类 1.1.4 本章内容和学习要点
华东理工大学
1-3
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件
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)
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
V1 L R
V2
主电路
电气隔离 图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
华东理工大学
1-7
注重对器件的保护:通常采用吸收(缓冲) 保护电路( Snubber )来限制器件的 du/dt 和di/dt,减小由于大电流跃变在引线(寄 生)电感上形成的反电势尖峰,以防器件 过压击穿。 需要驱动与隔离:强、弱电系统之间电气 隔离,不共地,消除相互影响,减小干扰, 提高可靠性。
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。
华东理工大学
1-6
1.1.2 应用电力电子器件系统组成
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。 在主电路
控 制 控制电路 电 路 检测 电路 保护 电路 驱动 电路
额定电流 —— 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 按有效值相等的原则来选取电流定额,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)
电力电子学知识点总结
电力电子学知识点总结电力电子学是研究电力系统中的电力变换、控制和调节的学科,主要包括功率半导体器件、电力电子器件、电力电子电路、电力电子系统以及其工作原理和应用等方面的内容。
下面将对电力电子学的基本知识点进行总结,以便更好地理解和应用电力电子技术。
一、功率半导体器件功率半导体器件是电力电子电路中的核心部件,其主要作用是实现电能的变换和控制。
常见的功率半导体器件有二极管、晶闸管、可控硅、大功率晶体管和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)等。
这些器件的工作原理、特性和应用有所不同,选择适合的器件对电力电子系统的性能具有重要影响。
1.二极管:二极管是一种具有两个电极的器件,主要用于整流电源电路中。
其工作原理是当正向电压施加在二极管上时,电流可以流过,而反向电压施加时,二极管具有很高的阻抗。
2.晶闸管:晶闸管是一种具有三个电极的器件,主要用于控制高功率交流电流。
其工作原理是通过一个控制电极的信号来控制另外两个电极之间的导通和截止状态。
3.可控硅:可控硅也是一种具有三个电极的器件,其特点是只有在一个特定的触发脉冲下才能开启,一旦开启就可以持续导通。
可控硅主要用于交流电压控制以及电能的调节。
4.大功率晶体管:大功率晶体管是一种可以承受大电流和大功率的晶体管。
它具有高增益和低饱和压降的特点,适用于高频率和高功率的应用。
5.MOSFET:MOSFET是一种依靠电场效应来控制导通的器件。
它具有低导通电阻、高开关速度和优异的抗击穿能力,适用于高频率和高效率的应用。
二、电力电子电路电力电子电路是将功率半导体器件组合成特定功能的电路,用于实现电能的变换、控制和调节。
常见的电力电子电路有整流电路、逆变电路、升压和降压变换器等。
1.整流电路:整流电路是将交流电转换为直流电的电路。
常见的整流电路有单相和三相整流桥电路,可以采用二极管或可控硅进行整流。
2.逆变电路:逆变电路是将直流电转换为交流电的电路。
逆变电路有单相和三相逆变电路,可以采用晶闸管或可控硅进行逆变。
电力电子技术第2章器件2_SCR
•
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s
t3 t Q2
• 门极正偏,Q2、Q1导通,再生正 反馈。电流超挚住电流后,门极 脉冲可去。(一维开通)。在低
发射极电流下 是很小的,而当 0 发射极电流建立起来之后, 迅
速增大。
Q1 Von
t
1-15
晶闸管的关断问题
• 导通后因门极面
积远小于阴极,
加负门极电流不 能影响阴极主体, J3
不能关断。
普通晶闸管的关断时间约 几百微秒。
trr URRM tgr
图1-9 晶闸管的开通和关断过程波形
1-14
晶闸管的开通特性 I A
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
(2-5)
•
注发t心s:入,射门触靠极极发门位电电极于部流流阴先极使增导晶晶大通片体,以中管
的 致
iA
•
17、儿童是中心,教育的措施便围绕 他们而 组织起 来。上 午8时25 分7秒 上午8时 25分08 :25:072 1.6.14
•
1、Genius only means hard-working all one's life. (Mendeleyer, Russian Chemist)
《电力电子技术》第2章 电力电子器件
2/89
上节课内容回顾
• 二、电力电子器件
1、概念: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。
2、特性:大功率、开关特性、驱动电路、损耗大,加散热
3、组成:主电路、控制电路、检测电路。。。。
4、分类:
1)控制程度:不控器件、半控器件、全控器件
12/89
2.1.3 电力电子器件的分类
■按照载流子参与导电的情况 ◆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。
13/89
2.1.4 本章内容和学习要点
■本章内容 ◆按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其 它新型器件的顺序,分别介绍各种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的 一些问题。
检测
控
电路
制
保护
电
电路
路
驱动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电路
V1 LR
V2
主电路
电气隔离
图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
10/89
2.1.3 电力电子器件的分类
■按照能够被控制电路信号所控制的程度 ◆半控型器件 ☞主要是指晶闸管(Thyristor)及其大部分派生器件。 ☞器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电 流决定的。 ◆全控型器件 ☞目前最常用的是 IGBT和Power MOSFET。 ☞通过控制信号既可以控制其导通,又可以控制其关 断。 ◆不可控器件 ☞电力二极管(Power Diode) ☞不能用控制信号来控制其通断。
■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。 ◆了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。 ◆了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。
第2章2电力电子器件Diode
电 力 电 子 器 件
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20~30ns。 产品样本: DSEI 60 IXYS IR
MZK30.2.4
3. 肖特基二极管
电力二极管的主要类型
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 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。 — SBD)。
电 力 电 子 器 件
其反向恢复时间较长 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高 产品样本:DD171N VUO36 Eupec IXYS
自动化 谭健敏
电 力 电 子 技 术
2.2.4
电力二极管的主要类型
2) 快恢复二极管(Fast Recovery Diode — FRD) 简称快速二极管 快恢复外延二极管 (Fast Recovery Epitaxial Diodes——FRED),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。
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。
电 力 电 子 器 件
整流二极管及模块
自动化 谭健敏
电 力 电 子 技 术
2.2
不可控器件 — 电力二极管·引言
电 力 电 子 器 件
二极管及符号
自动化 谭健敏
电 力 电 子 技 术
2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
《电力电子技术(第2版)》 王立夫、金海明版 第二章 习题答案
4
sin
t)2 d(t)
Im 2
3 1 4 2
0.4767Im
Kf1
I1 Id1
0.4767Im 0.2717Im
1.7545
b)
Id 2
1
4
Im
sin
td (t )
Im
(
2 2
1)
0.5434 I m
I2
1
(Im
sin
t)2 d(t)
4
2Im 2
3 1 4 2
0.6741Im
解: 对ⅠGBT、GTR、GTO 和电力 MOSFET 的优缺点的比较如下表:
器件
优点
缺点
IGBT
开关速度高,开关损耗小,具有 开关速度低于电力 MOSFET,
耐脉冲电流冲击的能力,通态 电压,电流容量不及 GTO
压降较低,输入阻抗高,为电压
驱动,驱动功率小
GTR
耐压高,电流大,开关特性好, 开关速度低,为电流驱动,所需
而普通晶闸管不能?
答:GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构,由 P1N1P2 和 N1P2N2 构成两 个晶体管 V1、V2,分别具有共基极电流增益1 和2 ,由普通晶闸管的 分析可得,1 +2 =1 是器件临界导通的条件。1 +2 >1,两个等效晶 体管过饱和而导通;1 +2 <1,不能维持饱和导通而关断。
电力系统中的电力电子器件及其应用
电力系统中的电力电子器件及其应用在当今高度依赖电力的社会中,电力系统的稳定运行和高效发展至关重要。
电力电子器件作为电力系统中的关键组成部分,正发挥着日益重要的作用。
它们的出现和应用,为电力系统的优化、控制和能源转换带来了革命性的变化。
电力电子器件是一种能够对电能进行高效控制和转换的半导体器件。
常见的电力电子器件包括二极管、晶闸管、晶体管(如 MOSFET 和IGBT)等。
这些器件具有不同的特性和性能,适用于各种不同的电力系统应用场景。
二极管是最简单的电力电子器件之一,它只允许电流单向通过。
在电力系统中,二极管常用于整流电路,将交流电转换为直流电。
例如,在电源适配器中,二极管将交流市电整流为直流电,为电子设备提供稳定的电源。
晶闸管则是一种具有可控导通特性的器件。
通过施加合适的触发信号,可以控制晶闸管的导通和关断。
晶闸管在电力系统中的应用非常广泛,如用于高压直流输电系统中的换流器、无功补偿装置等。
通过控制晶闸管的导通角,可以实现对交流电压和电流的调节,从而达到控制无功功率和提高电能质量的目的。
MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)和 IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是现代电力电子系统中常用的晶体管器件。
它们具有开关速度快、导通电阻小、驱动功率低等优点。
MOSFET 适用于高频、小功率的应用场景,如开关电源、电动汽车充电器等。
IGBT 则在中大功率的电力变换领域表现出色,如变频器、新能源发电系统中的逆变器等。
在电力系统中,电力电子器件的应用范围十分广泛。
首先,在发电环节,可再生能源的开发和利用离不开电力电子技术。
例如,太阳能光伏发电系统中,通过电力电子逆变器将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电并并入电网。
风力发电系统中,电力电子变流器用于控制风机转速,实现最大功率跟踪,同时将风机发出的交流电转换为符合电网要求的电能。
在输电环节,高压直流输电技术凭借其输电距离远、输电容量大、损耗低等优势,成为了远距离大容量输电的重要手段。
电力电子技术-电力电子器件的原理与特性
IR
Vo
VS +
-
IZ
DZ
RL
(a)整流
(b)续流
(c)限幅
(d)钳位
图2.6 二极管的整流、续流、限幅、钳位和稳压应用
(e)稳压
本章内容
2.3 晶闸管(SCR)
2. 3 晶闸管
一、名称 ➢晶闸管 (Thyristor) ➢可控硅
(SCR)
二、外形与符号 ➢螺栓式结构 (<200A) ➢平板式结构 (>200A)
• N型半导体: 掺入微量5价元素(磷、锑、鉮等)
自由电子为多数载流子,空穴为少数载流子。 • P型半导体:
掺入微量3价元素(硼、镓、铟等) 空穴为多数载流子,自由电子为少数载流子。
半导体基础知识
器件原理
• PN结(异型半导体接触现象) • (1)扩散运动(多数载流子)
自由电子由 N区 向 P区 空 穴由 P区 向 N区 (2)漂移运动(少数载流子) 与扩散运动相反
三、SCR的工作原理(续)
(2)按晶体管原理可得:
IA
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
其中: α1、α2分别是晶 体管T1、T2的共基极电 流增益; ICBO1、ICBO2分 别是晶体管T1、T2的共 基极漏电流。
❖双极型器件:有两种载流子参与导电,如二 极管、 晶闸管、GTO、GTR、IGCT、SITH等。
❖复合型器件:由MOSFET与晶体管、晶闸管复 合而成,如IGBT、IPM、MCT等。
➢ 按门极驱动信号的种类(电流、电压)分类: ❖电流控制型器件 如晶闸管、GTO、GTR、 IGCT、SITH等
❖电压控制型器件 如MOSFET、IGBT、IPM、 SIT、MCT等
修改稿 第1章 电力电子器件
三 、晶闸管
晶闸管及其工作原理 2 晶闸管的特性与主要参数 3 晶闸管的派生器件
1
晶闸管
晶闸管(Thirsted)包括:普通晶闸管(SCR)、快速晶 闸管(FST)、双向晶闸管(TRIAC)、逆导晶闸管(RCT) 、 可关断晶闸管(GTO) 和光控晶闸管等。 由于普通晶闸管面世早,应用极为广泛, 因此在无特别 说明的情况下,本书所说的晶闸管都为普通晶闸管。 普通晶闸管:也称可控硅整流管(Silicon Controlled Rectifier), 简称SCR。 由于它电流容量大,电压耐量高以及开通的可控性 (目前生产水平:4500A/8000V)已被广泛应用于相控整 流、逆变、交流调压、直流变换等领域, 成为特大功率 低频(200Hz以下)装置中的主要器件。
图1.2.2
电力二极管的伏安特性曲线
PN结的电容效应:
PN结的电荷量随外加电压而变化,呈现电容效应,称为结电容CJ, 又称为微分电容。
二、 电力二极管
1 2
电力二极管及其工作原理 电力二极管的特性与参数
2
电力二极管的特性与参数
(1)电力二极管的伏安特性 (2)电力二极管的开关特性 (3)电力二极管的主要参数
电力二极管的主要类型:
(1)普通二极管:普通二极管又称整流管(Rectifier Diode),多用于开关频率在1KHZ以下的整流电路中, 其反向恢复时间在5us以上,额定电流达数千安,额定 电压达数千伏以上。 (2)快恢复二极管:反向恢复时间在5us以下的称为快恢复 二极管(Fast Recovery Diode简称FDR)。快恢复二极 管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者 反向恢复时间为数百纳秒以上,后者则在100ns以下,其 容量可达1200V/200A的水平, 多用于高频整流和逆变电 路中。 (3)肖特基二极管:肖特基二极管是一种金属同半导体相接 触形成整流特性的单极型器件,其导通压降的典型值为 0.4~0.6V,而且它的反向恢复时间短,为几十纳秒。但 反向耐压在200V以下。它常被用于高频低压开关电路或 高频低压整流电路中。
电力电子技术_洪乃刚_第二章电力电子器件
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2、晶闸管的电流参数 通态平均电流和额定电流 通态平均电流IAV国际规 定是在环境温度为40°C和在规定冷却条件下,稳定结 温不超过额定结温时,晶闸管允许流过的最大正弦半 波电流的平均值。晶闸管以通态平均电流标定为额定 电流。 当通过晶闸管的电流不是正弦半波时,选择额定 电流就需要将实际通过晶闸管电流的有效值IT折算为 正弦半波电流的平均值,其折算过程如下: 通过晶闸管正弦半波电流的平均值 :
晶闸管开通和关断过程
晶闸管在受反向电压关断时,反向阻断恢复时间 trr,正向电压阻断能力恢复的这段时间称为正向阻断 恢复时间tgr,晶闸管的关断时间toff=trr+tgr,约为 数百微秒。 (2)dv/dt和di/dt限制 晶闸管在断态时,如果加在阳极上的正向电压上 升率dv/dt很大会使晶闸管误导通,因此,对晶闸管正 向电压的dv/dt需要作一定的限制。 晶闸管在导通过程中,如果电流上升率di/dt很 大 会引起局部结面过热使晶闸管烧坏,因此,在晶闸 管导通过程中对di/dt也要有一定的限制。
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二、电力二极管的伏安特性
当施加在二极管上的正向电压大于UTO 时, 二极管导通。当二极管受反向电压时,二极管仅 有很小的反向漏电流(也称反向饱和电流)。
二极管的伏安特性
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三、电力二极管的主要参数
A、额定电压 B、额定电流 C、结温
电力二极管实物图
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A、电力二极管的额定电压 反向重复峰值电压和额定电压: 额定电压即是能够反复施加在二极管上,二极 管不会被击穿的最高反向重复峰值电压URRM,该电压 一般是击穿电压UB的2/3。在使用中额定电压一般取 二极管在电路中可能承受的最高反向电压(在交流 电路中是交流电压峰值),并增加一定的安全裕量。
(完整版)电力电子技术第五版课后答案
电力电子技术第五版课后习题答案第二章 电力电子器件2-1 与信息电子电路中的二极管相比,电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力?答:1.电力二极管大都采用垂直导电结构,使得硅片中通过电流的有效面积增大,显著提高了二极管的通流能力。
2.电力二极管在P 区和N 区之间多了一层低掺杂N 区,也称漂移区。
低掺杂N 区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体,由于掺杂浓度低,低掺杂N 区就可以承受很高的电压而不被击穿。
2-2. 使晶闸管导通的条件是什么?答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电 压,并在门极施加触发电流(脉冲)。
或:uAK>0且uGK>0。
2-3. 维持晶闸管导通的条件是什么?怎样才能使晶闸管由导通变为关断?答:维持晶闸 管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流,即维持电流。
要使晶闸管由导通变为关断, 可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降 到接近于零的某一数值以下,即降到维持电流以下,便可使导通的晶闸管关断。
2-4 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形,各波形的电流 最大值均为Im π4π4π25π4a)b)c)图1-43图2-27 晶闸管导电波形解:a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m=π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22m I π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m=41I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I m 2-5 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少?这时,相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解:额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管,允许的电流有效值I =157A ,由上题计算结果知a) I m1≈4767.0I≈329.35, I d1≈0.2717 I m1≈89.48b) I m2≈6741.0I≈232.90, I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314,I d3=41 I m3=78.52-6 GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构,为什么GTO 能够自关断,而普通晶闸管不 能? 答:GTO 和普通晶阐管同为PNPN 结构,由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管 V1、V2,分别具有共基极电流增益a1和a2,由普通晶阐管的分析可得,a1+a2=1是器件临界导通的条件。
电力电子技术第二章整流电路答案
1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电,L =20mH ,U 2=100V ,求当α=0︒和60︒时的负载电流I d ,并画出u d 与i d 波形。
解:α=0︒时,在电源电压u 2的正半周期晶闸管导通时,负载电感L 储能,在晶闸管开始导通时刻,负载电流为零。
在电源电压u 2的负半周期,负载电感L 释放能量,晶闸管继续导通。
因此,在电源电压u 2的一个周期里,以下方程均成立:t U ti Lωsin 2d d 2d= 考虑到初始条件:当ωt =0时i d =0可解方程得:)cos 1(22d t L U i ωω-= ⎰-=πωωωπ202d )(d )cos 1(221t t L U I =LU ω22=22.51(A)u d 与i d 的波形如下图:当α=60°时,在u 2正半周期60︒~180︒期间晶闸管导通使电感L 储能,电感L 储藏的能量在u 2负半周期180︒~300︒期间释放,因此在u 2一个周期中60︒~300︒期间以下微分方程成立:t U ti Lωsin 2d d 2d= 考虑初始条件:当ωt =60︒时i d =0可解方程得:)cos 21(22d t L U i ωω-=其平均值为)(d )cos 21(2213532d t t L U I ωωωπππ-=⎰=L U ω222=11.25(A)此时u d 与i d 的波形如下图:2.图2-9为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,问该变压器还有直流磁化2U;②当负载是电阻或电感时,其问题吗?试说明:①晶闸管承受的最大反向电压为22输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。
答:具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路,该变压器没有直流磁化的问题。
因为单相全波可控整流电路变压器二次测绕组中,正负半周内上下绕组内电流的方向相反,波形对称,其一个周期内的平均电流为零,故不会有直流磁化的问题。
以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。
电路中的电力电子器件与应用
电路中的电力电子器件与应用电力电子器件是构成电力电子系统的核心组成部分,在电力转换和控制中发挥着至关重要的作用。
本文将介绍一些常见的电力电子器件,并探讨它们在电路中的应用。
一、二极管(Diode)二极管是最简单的电力电子器件之一,它具有单向导电特性。
在电路中,二极管常用于整流电路,将交流电转换为直流电。
此外,二极管还可以用作过电压保护装置,以保护其他电子元件不受过电压的损害。
二、晶闸管(Thyristor)晶闸管是一种控制型二极管,具有可控的导通和截止特性。
在电力电子系统中,晶闸管广泛应用于交流电控制领域。
通过控制晶闸管的触发方式和触发角,可以实现对交流电的精确控制,用于变频调速、电流调节等方面。
三、可控硅(SCR)可控硅是一种具有双向导电特性的晶闸管。
与晶闸管相比,可控硅增加了反向导通能力,可以实现交流电的双向控制。
可控硅在电动机控制、电源开关等领域有广泛应用。
四、功率场效应晶体管(Power MOSFET)功率MOSFET是一种常用的电力电子开关器件。
它具有低导通电阻和高开关速度的特点,可实现高效率的功率传递。
功率MOSFET在电力电子转换系统中常用于开关电源、直流电机驱动等应用。
五、电力管(Power Transistor)电力管是具有较大功率承载能力的晶体管。
在高功率放大和开关电路中,电力管具有重要作用。
它可以放大或开关大电流,广泛应用于音频放大器、电力调制器等电路中。
六、电容(Capacitor)电容是一种储存电能的器件,具有储电和隔直流的特性。
在电力转换和滤波电路中,电容被广泛应用。
它可以储存电能,平滑电压波动,并降低电路中的噪声。
七、电感(Inductor)电感是一种储存磁能的器件,具有感应电压和滤波的作用。
在电力电子系统中,电感常被用于电源滤波、变压器和电感驱动等应用,用以改变电流和电压的大小。
综上所述,电力电子器件在电路中扮演着不可或缺的角色。
通过合理选择和应用这些器件,我们可以实现电能的高效转换、精确控制和稳定输出。
2.电力电子器件 (2) - 半控型器件解析
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电流。由以上式可得 :
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(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
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在低发射极电流下 是很小的,
而当发射极电流建立起来之后,
迅速增大。
求。它具有体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维护
简单、操作方便和寿命长等特点,获得了广泛的应用。 晶闸管也有许多派生器件,如快速晶闸管(FST)、双 向晶闸管(TRIAC)、逆导晶闸管(RCT)和光控晶闸 管(LCT)等。
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2.3 半控型器件——晶闸管 晶闸管 (Thyristor) :晶体闸流管,可控硅整流器( Silicon Controlled Rectifier——SCR) 1956年美国贝尔实验室(Bell Lab)发明了晶闸管 1957 年美国通用电气公司( GE )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,开始被性能更好的全控型器件取代 能承受的电压和电流容量最高,工作可靠,在大容量的场 合具有重要地位 晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型——普通晶闸管
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。
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电力电子技术2 全控型电力电子器件
2.1 门极可关断晶闸管(GTO)
一、GTO的工作原理 GTO的内部结构与普通晶闸管相
同,是PNPN四层三端结构,但在 制作时采用特殊工艺使管子导通 后处于临界饱和,这样可以用门 极负脉冲电流破坏临界饱和使其 关断。 GTO主要用于直流变换和逆变等 需要元件强迫关断的地方。其开 关时间在几µs-25µs之间,工作 电压高达6000V,电流大6000A, 适用于开关频率为数百Hz至 10kHz的大功率场合。
2、VDMOS的主要参数
(区进1)入通饱态和电区阻时R漏on:极在至确源定极的间栅的源直电流压电U阻GS下称,为V通DM态OS电由阻可。调电阻
(压称2)为阈阈值值电电压压U。T:沟道体区表面发生强反型所需的最低栅源电
(3)跨导gm:gm=ΔID/ΔUGS,它表示UGS对ID的控制能力的大小。
有 一外般接不电会阻引限起制GT电R的流特IC性的变增坏大。,
如 大 时 (负继, ,阻续U当CE效增I突C上应大然升)U下C到E,降,A这,又点个而不(现限I临C象继制界称续I值C为的增)二大增
次击穿。
2.2 电力晶体管
(2)安全工作区(SOA):指在输 出特性曲线图上GTR能够安全运 行的电流电压的极限范围。
C图中,导通与关断用两个独立 电源,开关元件少,电路简单。
电力电子技术第2章答案
第2章 可控整流器与有源逆变器习题解答2-1 具有续流二极管的单相半波可控整流电路,电感性负载,电阻为5Ω,电感为,电源电压2U 为220V ,直流平均电流为10A ,试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值,并指出其电压定额。
解:由直流输出电压平均值d U 的关系式:2cos 145.02α+=U U d 已知直流平均电流d I 为10A ,故得:A R I U d d 50510=⨯==可以求得控制角α为:0122045.0502145.02cos 2≈-⨯⨯=-=U U d α 则α=90°。
所以,晶闸管的电流有效值求得, ()A I I I t d I I d d d d VT 521222212==-=-==⎰ππππαπωππα 续流二极管的电流有效值为:A I I d VD R 66.82=+=παπ 晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值22U U M =,考虑2~3倍安全裕量,晶闸管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22U U M =,考虑2~3倍安全裕量,续流二极管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==2-2 具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示,问该变压器是否存在直流磁化问题。
试说明晶闸管承受的最大反向电压是多少当负载是电阻或者电感时,其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。
解:因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中,正负半周内上下绕组内电流的方向相反,波形对称,其一个周期内的平均电流为零,故不会有直流磁化的问题。
分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况:(1) 以晶闸管 2VT 为例。
当1VT 导通时,晶闸管2VT 通过1VT 与2个变压器二次绕组并联,所以2VT 承受的最大电压为222U 。
电力电子器件电力二极管
开关
利用电力二极管的单向导 电性,实现电路的通断控 制。
限幅
利用电力二极管的反向击 穿特性,限制电路中的最 大电压或电流。
电力二极管的电气特性
伏安特性
反向击穿特性
正向压降
开关速度
描述电力二极管在不同 电压下的电流表现。
描述电力二极管在反向 电压下的电流表现。
描述电力二极管在正向 导通时的电压降。
描述电力二极管在开关 状态下的响应速度。
或温度过高。
02
开路故障
当电力二极管开路时,应检查其焊接是否良好、引线是否松动或开路。
03
漏电流过大
当电力二极管漏电流过大时,可能是由于工作温度过高、反向电压过高
或使用时间过长。此时应检查其工作温度、反向电压和使用时间是否在
规定范围内。
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电力二极管的改进
随着材料和工艺的进步,电力二极管的性能得到 不断提升和优化。
硅整流器的出现
20世纪50年代,硅整流器出现,成为电力电子领 域的重要器件。
新型电力电子器件的发展
近年来,随着电力电子技术的不断发展,出现了许 多新型电力电子器件,如绝缘栅双极晶体管 (IGBT)、功率MOSFET等,广泛应用于电动汽车、 风电、光伏等领域。
电力电子器件电力二 极管
contents
目录
• 电力二极管简介 • 电力二极管的工作原理 • 电力二极管的主要类型 • 电力二极管的性能参数 • 电力二极管的选用与使用注意事项
01
电力二极管简介
定义与特性
定义
电力二极管是一种电子器件,具 有单向导电性,主要用于整流、 开关和保护电路。
特性
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一、概述 4、电力电子器件的应用
• 交通运输 • 铁道电气化、电力机车控制、磁悬浮列车
的使用都离不开电力电子器件,高级汽车 中许多电机的控制是靠变频或斩波实现的 。电动汽车的电动机控制和蓄电池充电也 是靠电力电子装置实现,飞机、船舶、电 梯等都离不开电力电子装置。
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一、概述 4、电力电子器件的应用
• 电源 • 不间断电源、电解电源、电镀电源、开关
电源、微机及仪器仪表电源、航空电源、 通信电源、交流电子稳压电源、脉冲功率 电源、动力牵引及传动控制用电源都是靠 变流技术实现的。
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一、概述 4、电力电子器件的应用
• 家用电器 • 用于家庭照明的LED节能灯, 体积小、发
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一、概述 3、按控制信号的性质分类
• (2) 电压驱动型器件。 • 通过施加在控制端和公共端之间的电压信
号来实现器件的导通或者关断的控制。 • 功率MOSFET、IGBT及PIC为电压驱动型
器件
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一、概述
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一、概述
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一、概述 4、电力电子器件的应用 • 电力系统 • 为了控制和改善供电质量, 发电厂发出的 交流电必须经过电力电子装置的处理后送 到用户端, 没有电力电子器件的应用, 就 没有电力系统的现代化。
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一、概述 5、发展趋势
• 快恢复二极管主要指与IGBT相匹配的 FRED器件,与快速晶闸管、高频晶闸管以 及GTO、IGCT等晶闸管派生器件匹配的 FRD器件。600V、1200V,100A的FRD已 进入批量生产阶段。国产快恢复二极管器 件在国内市场占有一定的份额。
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一、概述 5、发展趋势
• 碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN )以及氮化镓铝(AlGaN)等宽禁带半导体材料 受到了愈来愈多的关注,成为新材料、新器件研 究的热点。目前,美、日、俄、欧、韩等国家和 地区正在加紧研发宽禁带半导体器件,已经有商 业化产品出现。SiC肖特基二极管已经可以达到 4500V的击穿电压和225℃的工作结温,SiCPIN 二极管的工作电压已经达到20kV。SiC功率MOS 晶体管目前工作电压已经达到10kV。
• 门极和阴极间的控制电压仅控制其开通而不能控制其 关断, 器件的关断是由其在主电路中承受的电压和电
流决定的。
• 这类半控型器件是指晶闸管(Thyristor)及其大部分派生
器件。
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一、概述 2、电力电子器件的分类
• (3) 全控型器件 • 带有控制端的三端器件, 其控制端不仅可
以控制其开通, 还能控制其关断。 • 门极关断晶闸管(GTO能装置、微型燃气发电机(Micro Cas
Turbo) 等新需求; • 再生能源、环保发电技术等分散发电将需
要交直流变流装置
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一、概述 4、电力电子器件的应用
• 新能源利用与环境保护 • 电力电子器件装置还用于太阳能发电、风
力发电装置与电力系统的联网, 以及太阳 能发电与风力发电电能的改善。 • 现代社会对环境造成了严重的污染, 温室 气体的排放引起了国际社会的关注。我国 改革开放以来能源消费量急剧上升, 二氧 化碳排放量也有较大增加。
整流管和肖特基整流管的优点于一体的具
有MPS、SPEED和SSD等结构的新型高压
快恢复整流管。
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二、电力二极管 1、Power Diode
• 二极管是一种由PN结构成的两端器件。 • 功率二极管是一种PN结面积比较大的二极管(一般 指电流容量在1A以上的二极管), 多用硅材料做成。 • 分为低频功率二极管和高频功率二极管。 • 低频功率二极管主要用于50Hz电源整流, 高频功
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一、概述
目前国际上5、功率发半导展体趋器件势的主流产品、市
场需求量较大的高频场控器件IGBT已发展到了第 六代,商业化已经发展到了第五代。IGBT及其模 块(包括IPM)已经涵盖了600V~6.5kV的电压 和1A~3500A的电流,应用IGBT模块的100MW 级的逆变器也已有产品问世。
目前我国有多家企业从事中小功率IGBT的封
装,只有少数厂家形成产业规模,在IGBT芯片的
产业化以及高压大功率IGBT的封装方面,几乎是
一片空白。国内封装IGBT模块所用芯片分别由英
飞凌、ABB和IR公司提供,只有极少量的芯片由
国内生产。
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一、概述
5、发展趋势
• 高频场控电力电子器件中另一主流功率器件是功率MOS 器件,是目前功率半导体开关器件中市场容量最大、需求 增长最快的产品,是低功率范围内最好的功率开关器件。 国际上,增加元胞密度一直是制造高性能功率MOS器件 的发展方向。在降低器件导通损耗的基础上,提高器件性 能和可靠性,进一步降低以Superjunction结构为代表的新 结构器件制造成本、提升以SiCMOSFET为代表的宽禁带 半导体器件成品率成为功率MOS器件研发生产的努力方 向。国内也只是近年才有所涉及,功率MOS以平面工艺 的VDMOS为主,缺乏高元胞密度的低功耗功率MOS器件 产品,国际上热门的以Superjunction为基础的低功耗 MOS器件在国内尚处于研发阶段。
• 可关断晶闸管(GTO)、
• 功率场效应
• 晶体管(MOSFET)、
• 绝缘栅双极晶体管(IGBT) 以及
• 功率集成电路PIC等。。
3
一、概述 2、电力电子器件的分类
• 二极管属于不控型器件, • 晶闸管属于半控型器件, • 其他均属于全控型器件。 • SCR、GTO及GTR属电流驱动型器件, • 功率MOSFET、IGBT及PIC为电压驱动型
光效率高、节省能量多, 这是通过电力电 子器件把交流电转换成电力电子照明电源 来实现的。此外, 变频空调、电视机、音 响、洗衣机、电冰箱、微波炉、计算机等 都离不开电力电子器件的应用。
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一、概述 4、电力电子器件的应用
• 结论 电力电子器件的应用与国民经济和日常
生活、工作息息相关。未来90%的电能均 需通过电力电子处理后再加以利用, 以便 提高能源利用效率、提高工业生产效率、 实现再生能源的最大利用。电力电子技术 将在21世纪为建设一个节能、环保、和谐 的社会发挥重要作用。
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一、概述 4、电力电子器件的应用
• 电力系统 • 从技术层面来讲, 电力市场的引入将产生 对电力品质的改善装置。 • 不间断电源(UPS)、 • 静止无功补偿装置(SVC)、静止无功发生器
(SVG) • 动态电压恢复器(DVR)、电力有源滤波器
(APF)、限流器、
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一、概述 4、电力电子器件的应用
率二极管主要用于高频整流电路、传递无功功率的 续流电路和功率开关的缓冲电路。 • 目前比较成熟的产品有PN型、PIN型快速恢复二极 管和功率肖特基二极管。
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二、电力二极管 1 、快速功率二极管工作原理
• 1.1 结构与工作原理 • 二极管的核心是PN结, PN结最基本的特
性是单向导电性。因此二极管最适于做成 将交流电变为直流电的整流二极管。二极 管的图形符号如图所示, PN结的P端引线 称为阳极A, PN结的N端引线称为阴极K。
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二、电力二极管 1、Power Diode
• 整流管产生于本世纪40年代,是电力电子器件 中结构最简单、使用最广泛的一种器件。目前已形 成普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管等三 种主要类型。其中普通整流管的特点是:漏电流小 、通态压降较高(10~1 8V)、反向恢复时间较长(几 十微秒)、可获得很高的电压和电流定额。多用于 牵引、充电、电镀等对转换速度要求不高的装置中 。
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一、概述 4、电力电子器件的应用
• 新能源利用与环境保护 • 我国十分重视再生能源的开发, 2006年我
国实施了《再生能源法》。光伏、风力、 燃料电池等新能源发电技术推动电力电子 技术的应用,并形成电力电子技术的巨大 市场。
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一、概述 4、电力电子器件的应用
• 混合动力汽车 • 由于电力电子器件应用技术的迅速发展,
器件
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一、概述 2、电力电子器件的分类
• (1)不可控器件。 • 这类器件一般为两端器件, 一端是阳极, 另一端
是阴极。与电子电路中的二极管一样, 具有单向 导电性。
• 开关操作仅取决于其在主电路中施加在阳、阴极 间的电压和流过它的电流, 正向电压使其导通, 负向电压使其关断, 流过它的电流是单方向的。
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二、电力二极管 1 、快速功率二极管工作原理
• 当二极管(即PN结) 接上正向电压(简称正偏 ) 时, 即阳极A (P) 接电源正端, 阴极K (N) 接电源负端, 二极管导电, 电流从A (P)流至K (N); 当二极管即PN结接上反向 电压(简称反偏) 时, A (P) 接电源负端, K (N) 接电源正端, 二极管不导电(简称截止 或阻断)。
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二、电力二极管
1、Power Diode
电力整流管对改善各种电力电子电路的
性能、降低电路损耗和提高电源使用效率
等方面都具有非常重要的作用。随着各种
高性能电力电子器件的出现,开发具有良
好高频性能的电力整流管显得非常必要。
目前,人们已通过新颖结构的设计和大规
模集成电路制作工艺的运用,研制出集PIN
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一、概述 5、发展趋势
• 在我国,现有北京大学、西安电子科技、 浙江大学、中国电子科技集团公司第55研 究所、山东天岳先进材料科技有限公司、 北京天科合达蓝光半导体有限公司、能讯 微电子有限公司、南车时代电气股份有限 公司、国网智能电网研究所等单位已经或 开始宽禁带半导体材料和器件的研究,虽 然取得了一系列研究成果,但与国际上的 研发和产业化水平差距巨大。