新能源转换与控制技术全套课件
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(2) 电压驱动型：通过对控制极和另一主电极之间施加控制电压信号，实现其开通或关断的电力 电子器件称为电压驱动型器件，如P－MOSFET，IGBT等。
12
几种典型的电力电子器件
• 不可控器件――电力二极管 • 半控型器件――晶闸管 • 电力场效应晶体管――电力MOSFET • 绝缘栅双极型晶体管――IGBT
5
1974年美国学者W.Newell用于表征电力电子技术的倒三角
6
2.1.2电力电子器件的分类
◆电力电子及其特性 ◆电力电子器件的分类 ◆几种典型的电力电子器件
7
电力电子及其特性
• 电力电子器件被广泛用于处理电能的主电路中，是实现电能的传输、变换或控制的电子器
件。
• 电力电子器件所具有的主要特征为：
◆电力电子器件的概念和特征 ◆电力电子器件的分类 ◆ 不可控器件——电力二极管 ◆半控型器件——晶闸管 ◆电力场效应晶体管——电力MOSFET ◆绝缘栅双极型晶体管——IGBT
4
2.1.1电力电子器件的概念和特征
◆电力技术（电力设备、电力网络） ◆ 电子技术（电子器件、电子电路） ◆ 控制技术（连续、离散）
10
（3）全控型器件：既可以通过器件的控制极（门极）控制其导通，又可控制其关断的器件。主要 有：功率晶体管（GTR）、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、门极可关断晶闸管（GTO）和电力场效 应晶体管(P-MOS)等。
11
2、按驱动信号类型分类
(1) 电流驱动型：通过对控制极注入或抽出电流，实现其开通或关断的电力电子器件称为电流驱 动型器件，如Thyrister，GTR，GTO等。
A
电路符号
URBO
I IF
0
UTO
UF U
图2-1 电力二极管电路符号及伏安（V－A）特性 14
（2）电力二极管的主要参数
• 正向平均电流IF(AV) ：电力二极管在连续运行条件时，器件在额定结温和规定的散热条
件下，允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
• 反向重复峰值电压URRM ：指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压，通常是
13
1、不可控器件――电力二极管
（1）电力二极管的基本特性：电力二极管（Power Diode）承受的反向电压耐力与阳极通流能力均比普通二极管大得多， 但它的工作原理和伏安（V－A）特性与普通二极管基本相同，都具有正向导电性和反向阻断性。电力二极管的电路 符号和静态特性（即伏安特性）如下图所示。
K
雪崩击穿电压URBO的2/3。
15
• 正向通态压降UF ：在额定结温下，电力二极管在导通状态流过某一稳态正向电流（IF）
所对应的正向压降。正向压降越低，表明其导通损耗越小。
• 反向恢复电流IRP及反向恢复时间trr ：反向恢复时间trr通常定义为从电流下降为零至反向
电流衰减至反向恢复电流峰值25％的时间。反向恢复电流IRP及恢复时间trr与正向导通 时的正向电流IF及电流下降率diF/dt密切相关。
①电力电子器件处理的电功率的大小是其主要的特征参数。 ②电力电子器件往往工作在开关状态； ③在实际应用中因此需要驱动电路对控制信号进行放大。
8
电力电子器件的分类
1、按可控性分类 （1）不控型器件：不能用控制信号控制其导通和关断的电力电子器件 。如：功率二极管
（Power Diode）。
9
（2）半控型器件：可以通过控制极（门极）控制器件导通，但不能控制其关断的电力电子 器件。晶闸管(Thyristor)及其大部分派生器件(除GTO及MCT—MOSFET控制晶闸管等 复合器件外)，器件的关断一般依靠其在电路中承受反向电压或减小通态电流使其恢复 阻断。
新能源转换与控制技术
1
第2章 电源变换和控制技术基础知识
2
本章主要内容
2.1 电力电子器件及应用 2.2 AC-DC变换电路 2.3 DC-DC变换电路 2.4 DC-AC变换电路 2.5 AC-AC变换电路 2.6 多级复合形式的变换电路 2.7 半导体功率器件的驱动与保护电路
3
2.1 电力电子器件及应用
反向恢复过程：受二极管PN结中空间电荷区存储电荷的影响，向正向导通的二极管施加反向电压时，二极管不能立即 转为截止状态，只有存储电荷完全复合后，二极管才呈现高阻状态。
16
2、半控型器件――晶闸管
KG
IA
电路符号
A
U U RSM RRM
IH
IG1 IG2 IG=0
0
U U DRM
wk.baidu.com
bo
UDSM
UA
优点：晶闸管可以承受的 电压、电流在功率半导体 中均为最高，具有价格便 宜、工作可靠的优点，尽 管其开关频率较低，但在 大功率、低频电力电子装 置中仍占主导地位。
图2-2 晶闸管电路符号及伏安（V－A）特性 17
（1）基本特性：
• 电流触发特性：当晶闸管A－K极间承受正向电压时，如果G－K极间流过正向触发电流，
就会使晶闸管导通。
• 单向导电特性：当承受反向电压时，此时无论门极有无触发电流，晶闸管都不会导通。 • 半控型特性：晶闸管一旦导通，门极就失去作用；此时，不论门极电流是否存在、触
•
通 允许态流平过均的电最流I大T(A工V)：频在正环弦境半温波度电为流4的0平℃均和值规。定这的也散是热额条定件电下流、的稳参定数结。温不超过额定结温时，晶闸管
•
维持电流IH：维持晶闸管导通所必需的最小电流，一般为几十到几百mA。
19
3、电力场效应晶体管――电力MOSFET （1）基本特性
S G
发电流极性如何，晶闸管都维持导通。要使导通的晶闸管恢复关断，可对其A－K极间 施加反向电压或使其流过的电流小于维持电流（IH）。
18
（2）主要参数
•
额 和U定R电RM压中U较T：小晶的闸一管个在电额压定值结称温为、晶门闸极管开的路额时定，电允压许UT重。复施加的正、反向断态重复峰值电压UDRM
•
正 在 正器向、件断反上态向的不断正重态、复重反峰复向峰值峰值电值电压电压应压U小D。于RM一转、般折UR分电RM别压：取（晶正U闸b、o）管反。门向极断开态路不(I重g=复0)、峰器值件电在压额（定UD结SM温、时UR，SM允）许的重9复0%加。
N+ P N+
N+ P N+
沟道
N-
N+
D
a)
D
D
G
G
S N沟道
b)
S P沟道
图2-3 电力MOSFET结构图和电路图形符号
20
a)转移特性
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几种典型的电力电子器件
• 不可控器件――电力二极管 • 半控型器件――晶闸管 • 电力场效应晶体管――电力MOSFET • 绝缘栅双极型晶体管――IGBT
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1974年美国学者W.Newell用于表征电力电子技术的倒三角
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2.1.2电力电子器件的分类
◆电力电子及其特性 ◆电力电子器件的分类 ◆几种典型的电力电子器件
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电力电子及其特性
• 电力电子器件被广泛用于处理电能的主电路中，是实现电能的传输、变换或控制的电子器
件。
• 电力电子器件所具有的主要特征为：
◆电力电子器件的概念和特征 ◆电力电子器件的分类 ◆ 不可控器件——电力二极管 ◆半控型器件——晶闸管 ◆电力场效应晶体管——电力MOSFET ◆绝缘栅双极型晶体管——IGBT
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2.1.1电力电子器件的概念和特征
◆电力技术（电力设备、电力网络） ◆ 电子技术（电子器件、电子电路） ◆ 控制技术（连续、离散）
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（3）全控型器件：既可以通过器件的控制极（门极）控制其导通，又可控制其关断的器件。主要 有：功率晶体管（GTR）、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、门极可关断晶闸管（GTO）和电力场效 应晶体管(P-MOS)等。
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2、按驱动信号类型分类
(1) 电流驱动型：通过对控制极注入或抽出电流，实现其开通或关断的电力电子器件称为电流驱 动型器件，如Thyrister，GTR，GTO等。
A
电路符号
URBO
I IF
0
UTO
UF U
图2-1 电力二极管电路符号及伏安（V－A）特性 14
（2）电力二极管的主要参数
• 正向平均电流IF(AV) ：电力二极管在连续运行条件时，器件在额定结温和规定的散热条
件下，允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
• 反向重复峰值电压URRM ：指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压，通常是
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1、不可控器件――电力二极管
（1）电力二极管的基本特性：电力二极管（Power Diode）承受的反向电压耐力与阳极通流能力均比普通二极管大得多， 但它的工作原理和伏安（V－A）特性与普通二极管基本相同，都具有正向导电性和反向阻断性。电力二极管的电路 符号和静态特性（即伏安特性）如下图所示。
K
雪崩击穿电压URBO的2/3。
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• 正向通态压降UF ：在额定结温下，电力二极管在导通状态流过某一稳态正向电流（IF）
所对应的正向压降。正向压降越低，表明其导通损耗越小。
• 反向恢复电流IRP及反向恢复时间trr ：反向恢复时间trr通常定义为从电流下降为零至反向
电流衰减至反向恢复电流峰值25％的时间。反向恢复电流IRP及恢复时间trr与正向导通 时的正向电流IF及电流下降率diF/dt密切相关。
①电力电子器件处理的电功率的大小是其主要的特征参数。 ②电力电子器件往往工作在开关状态； ③在实际应用中因此需要驱动电路对控制信号进行放大。
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电力电子器件的分类
1、按可控性分类 （1）不控型器件：不能用控制信号控制其导通和关断的电力电子器件 。如：功率二极管
（Power Diode）。
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（2）半控型器件：可以通过控制极（门极）控制器件导通，但不能控制其关断的电力电子 器件。晶闸管(Thyristor)及其大部分派生器件(除GTO及MCT—MOSFET控制晶闸管等 复合器件外)，器件的关断一般依靠其在电路中承受反向电压或减小通态电流使其恢复 阻断。
新能源转换与控制技术
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第2章 电源变换和控制技术基础知识
2
本章主要内容
2.1 电力电子器件及应用 2.2 AC-DC变换电路 2.3 DC-DC变换电路 2.4 DC-AC变换电路 2.5 AC-AC变换电路 2.6 多级复合形式的变换电路 2.7 半导体功率器件的驱动与保护电路
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2.1 电力电子器件及应用
反向恢复过程：受二极管PN结中空间电荷区存储电荷的影响，向正向导通的二极管施加反向电压时，二极管不能立即 转为截止状态，只有存储电荷完全复合后，二极管才呈现高阻状态。
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2、半控型器件――晶闸管
KG
IA
电路符号
A
U U RSM RRM
IH
IG1 IG2 IG=0
0
U U DRM
wk.baidu.com
bo
UDSM
UA
优点：晶闸管可以承受的 电压、电流在功率半导体 中均为最高，具有价格便 宜、工作可靠的优点，尽 管其开关频率较低，但在 大功率、低频电力电子装 置中仍占主导地位。
图2-2 晶闸管电路符号及伏安（V－A）特性 17
（1）基本特性：
• 电流触发特性：当晶闸管A－K极间承受正向电压时，如果G－K极间流过正向触发电流，
就会使晶闸管导通。
• 单向导电特性：当承受反向电压时，此时无论门极有无触发电流，晶闸管都不会导通。 • 半控型特性：晶闸管一旦导通，门极就失去作用；此时，不论门极电流是否存在、触
•
通 允许态流平过均的电最流I大T(A工V)：频在正环弦境半温波度电为流4的0平℃均和值规。定这的也散是热额条定件电下流、的稳参定数结。温不超过额定结温时，晶闸管
•
维持电流IH：维持晶闸管导通所必需的最小电流，一般为几十到几百mA。
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3、电力场效应晶体管――电力MOSFET （1）基本特性
S G
发电流极性如何，晶闸管都维持导通。要使导通的晶闸管恢复关断，可对其A－K极间 施加反向电压或使其流过的电流小于维持电流（IH）。
18
（2）主要参数
•
额 和U定R电RM压中U较T：小晶的闸一管个在电额压定值结称温为、晶门闸极管开的路额时定，电允压许UT重。复施加的正、反向断态重复峰值电压UDRM
•
正 在 正器向、件断反上态向的不断正重态、复重反峰复向峰值峰值电值电压电压应压U小D。于RM一转、般折UR分电RM别压：取（晶正U闸b、o）管反。门向极断开态路不(I重g=复0)、峰器值件电在压额（定UD结SM温、时UR，SM允）许的重9复0%加。
N+ P N+
N+ P N+
沟道
N-
N+
D
a)
D
D
G
G
S N沟道
b)
S P沟道
图2-3 电力MOSFET结构图和电路图形符号
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a)转移特性