新能源转换与控制技术(1).ppt
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◆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
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
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：
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。
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。
(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。
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）。
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
18
（2）主要参数
• 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
雪崩击穿电压URBO的2/3。
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
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。
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
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。
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
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）
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
5
1974年美国学者W.Newell用于表征电力电子技术的倒三角
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
6
2.1.2电力电子器件的分类
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
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）。
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
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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。
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
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
机械工业出版社
第1章 新能源转换与Biblioteka Baidu制技术导论
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。
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
3
2.1 电力电子器件及应用
◆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
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
4
新能源转换与控制技术
江南大学 惠 晶主编
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
1
第2章 电源变换和控制技术基础知识
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
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
• 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。
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。
图2-2 晶闸管电路符号及伏安（V－A）特性
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
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
K
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
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
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。
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
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
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。
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
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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：
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。
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。
(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。
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）。
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第1章 新能源转换与控制技术导论
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（2）主要参数
• 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
雪崩击穿电压URBO的2/3。
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第1章 新能源转换与控制技术导论
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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。
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
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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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第1章 新能源转换与控制技术导论
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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第1章 新能源转换与控制技术导论
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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
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第1章 新能源转换与控制技术导论
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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。
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第1章 新能源转换与控制技术导论
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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
机械工业出版社
第1章 新能源转换与Biblioteka Baidu制技术导论
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。
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
3
2.1 电力电子器件及应用
◆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
机械工业出版社
第1章 新能源转换与控制技术导论
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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
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第1章 新能源转换与控制技术导论
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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
• 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。
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。
图2-2 晶闸管电路符号及伏安（V－A）特性
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第1章 新能源转换与控制技术导论
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（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
K
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
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第1章 新能源转换与控制技术导论
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（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。
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第1章 新能源转换与控制技术导论
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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
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。