二极管整流电路(PPT课件)

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2.现代电力电子装置的控制系统由微电子器 件(硬件)、控制策略(软件)和检测、 保护、驱动等组成。
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第2章 电源变换和控制技术基础知识
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四大基本变化电路
AC-DC变换电路 DC-DC变换电路 DC-AC变换电路 AC-AC变换电路
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第2章 电源变换和控制技术基础知识
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2.2 AC—DC变换电路
b)输出特性
图2-4 电力MOSFET的转移特性和输出特性
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第2章 电源变换和控制技术基础知识
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(2)主要参数
漏极电压UDS 漏极直流电流额定值ID和漏极脉冲电流峰值IDM 漏源通态电阻RDS(on):在栅源间施加一定电压(10~15V),
漏源间的导通电阻。
栅源电压UGS:栅源之间的绝缘层很薄,当|UGS|>20V时将导 致绝缘层击穿。
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第2章 电源变换和控制技术基础知识
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3、电力场效应晶体管――电力MOSFET (1)基本特性
S G
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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第2章 电源变换和控制技术基础知识
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a)转移特性
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。
Hale Waihona Puke Baidu
名称 输出电压型
输出电流型

VT
Lf

u1
u2
VD Cf
负 载 Uo




u1

VT1
u21 u22 VT2
Lf VD C f
负 载
Uo

VT
Lf
u1
u2
VD
负 载 Uo
VT1
Lf
u1
u21
VD
u22 VT2
负 载
Uo
单相
VT1 VT3 Lf
桥式
半控
u1
u2
VD Cf
VD2 VD 4
负 载
Uo
VT1 VT3 f
第2章 电源变换和控制技术基础知识
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第2章 电源变换和控制技术基础知识
1
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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第2章 电源变换和控制技术基础知识
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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
I
A
电路符号
URBO
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2章 电源变换和控制技术基础知识
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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。
Lf
Uin
VD2


全 波
uin
Lf
VD1
Cf
负 载
VD2
Lf
VD1
U in
VD2
负 载
Uo
负U
载o
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第2章 电源变换和控制技术基础知识
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续表2-1



uin

三 相 半 波
三 相 桥 式
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Lf
VD1 VD3 Cf
VD2 VD4
VD1
VD2
Lf
负 载
Uo
VD3 Cf
负 载
图2-2 晶闸管电路符号及伏安(V-A)特性
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第2章 电源变换和控制技术基础知识
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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)。
最大集电极功耗PCM:在正常工作温度下允许的最大耗散功率。 集射极间饱和压降UCE(sat):对栅极与发射极(G-E)间施加
一定正向电压,在一定的结温及集电极电流条件下,集射极 (C-E)间的饱和通态压降。此压降在集电极电流较小时, 呈负温度系数,在电流较大时,为正温度系数,这一特性使 IGBT并联运行较为容易。
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第2章 电源变换和控制技术基础知识
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(2)主要参数
额施一加个定的电电正压压、值UT反称:向为晶断晶闸态闸管重管在复的额峰额定值定结电电温压压、UU门DT。极RM开和路UR时RM,中允较许小重的复 正路反(向、Ig=峰反0值向)、电断器压态件。重在一复额般峰定分值结别电温取压时正U,D、R允M反、许向U重断R复RM态加:不在晶重器闸复件管峰上门值的极电正开压、
u1
u2
VD
VD 2 VD4
负 载
Uo
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第2章 电源变换和控制技术基础知识
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续表2-2
单相 桥式 全控
VT1 VT 3 L f
u1
u2
VT 2 VT4
Cf
负 载
Uo
VT1 VT3 L f
u1
u2
VT2 VT4
负 载
Uo
三 相 半 波 三相 桥式 半控
三相 桥式 全控
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VT1 VT2 Lf VT3 C f
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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2章 电源变换和控制技术基础知识
◆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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第2章 电源变换和控制技术基础知识
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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。
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2章 电源变换和控制技术基础知识
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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。
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第2章 电源变换和控制技术基础知识
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现代电力电子的应用
◆电力电子变换与控制技术(以四大变换展开) ◆谐波抑制与功率因素校正技术 ◆电力电子技术的典型应用案列
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电力电子变换与控制系统
1.主要由AC/DC,DC/AC,DC/DC,AC/AC四大 基本变换及其组合构成的主电路拓扑。
C
G
E
图2-5 IGBT电路符号图形
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(2)主要参数
最大集射极间电压BUCES:该参数决定了器件的最高工作电压, 这是由内部PNP晶体管所能承受的击穿电压确定的。
最大集电极电流ICM:包括在一定壳温下的额定直流电流IC和 1ms脉宽最大电流ICP。
21
4、绝缘栅双极型晶体管――IGBT
(1)基本特性:
静态特性与P-MOSFET类似; UGE=0时IC=0,IGBT处于阻断状态(断态); UGE足够大(一般为5~15V),IGBT进入导通状态(通态), 当UCE大于一定值(一般2V左右)时IC>0。 优点:驱动功率小、开关速度高通流能力强、耐压等级高
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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负 载 Uo
VT 1 VT3 VT5 f
Cf
负 载
Uo
VD4 VD6 VD2 VT1 VT3 VT5 Lf
Cf
负 载
Uo
VT1 VT2 L f VT3
负 载 Uo
VT1 VT3 VT5 Lf
C
负 载 Uo
VT 1 VT3 VT5 Lf
负 载 Uo
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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。
极间电容:MOSFET的3个电极之间分别存在极间电容CGS、
CGD、CDS。一般生产厂商提供的是漏源极短路时的输入电容
Ciss、共源极输出电容Coss和反向转移电容Crss。
Ciss= CGS+ CGD
(2-1)
Crss=CGD
(2-2)
Coss=CDS+CGD
(2-3)
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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。
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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
交流――直流变换器(AC ―DC Converter) 的功能是将交流电变换成直流电,又称为 整流器。
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a、二极管整流电路――不控整流
表2-1 常用二极管整流器的主要形式
名称 输出电压型
输出电流型

VD1
Lf


uin

VD2 Cf
负 载
U o
VD1
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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。
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2
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
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U
o
VD1 VD3 VD5 f
Cf
负 载
Uo
Lf VD1 VD2
U in
VD3 VD4
VD1 VD2 VD3
负 载
Uo
Lf
负 载
U o
VD1 VD3 VD5 Lf
负 载
U o
VD4 VD6 VD2
VD4 VD6 VD2
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b、晶闸管整流电路――相控整流
表2-2 常用晶闸管整流器的主要形式
(于U转D折SM电、压UR(SMU)bo)的。90%。正向断态不重复峰值电压应小 通下、态稳平定均结电温流不IT(A超V)过:额在定环结境温温时度,为晶40闸℃管和允规许定流的过散的热最条大件
工频正弦半波电流的平均值。这也是额定电流的参数。
维几十持到电几流百IH:m维A。持晶闸管导通所必需的最小电流,一般为
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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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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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