第2章 电力电子器件 变频器原理及应用 教学课件_432

IF
(1.5~2) IDM 1.57
2. 选择额定电压URRM 的原则
URRM =（2～3）UDM
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2.2 晶闸管（SCR）
• 2.2.1 晶闸、G）器件，其内部结 构和等效电路如图所示。
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a)
b)
c)
图2-3 晶闸管的内部结构及等效电路
a) 芯片内部结构 b) 以三个PN结等效 c) 以互补三极管等效
晶闸管的外形及符号
a)
b)
c)
图2-4 晶闸管的外形及符号
a) 晶闸管的符号 b）螺栓式外形 b）带有散热器平板式外形
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2.2.2 晶闸管的导通和阻断控制
• 晶闸管的导通控制：
在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时在它的门极 和阴极间也加正向电压形成触发电流，即可使晶闸管导通。
第二章 电力电子器件
• 2.1 功率二极管（D）
功率二极管的内部是P-N或P-I-N结构 ，图示为功率二 极管的电路符号和外形。
a)
b)
c)
图2-1 功率二极管的符号和外形
a) 功率二极管的符号 b) 螺旋式二极管的外形 c) 平板式二极管的外形
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2.1.3 功率二极管的选用
1. 选择额定正向平均电流IF 的原则 IDn = 1.57 IF =(1.5～2) IDM
2.4 功率晶体管（GTR）
• 2.4.1 GTR的结构
a)
b)
c)
图2-14 GTR 摸块
a) GTR的结构示意图 b)GTR摸块的外形 c) GTR摸块的等效电路
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2.4.2 GTR的参数
(1) UCEO：既基极开路CE间能承受的电压。 (2) 最大电流额定值ICM ： (3) 最大功耗额定值PCM （4）开通时间ton：包括延迟时间td和上升时间tr。 （5）关断时间ｔoff：包括存储时间ｔs和下降时间ｔf 。
• 导通的晶闸管的阻断控制：
令门极电流为零，且将阳极电流降低到一个称为维持电 流的临界极限值以下。
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2.2.3 晶闸管的阳极伏安特性
• 晶闸管的阳极与阴极间的电压和阳极电流之间的关系，称为阳极伏安特 性。
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图2-5 晶闸管的阳极伏安特性
2.2.4 晶闸管的主要参数
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图2-11 门极控制电路结构示意图
2.3.4 GTO的缓冲电路
图2-13 GTO斩波器及其保护电路
的 感电LＡ感图来。中限RR制s、CdsL和i为／V负Ddst组载。成，了VD缓为冲续电流路二。极管GT，O的L阳A是极GT电O导路通串瞬联间一限定制数d值i／的d电t
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。 2. 关断增益βoff
关断增益βoff为最大可关断阳极电流ＩATO与门极负电流 最大值ＩGM之比，其表达式为
βoff ＝ＩATO/│ＩGM│ βoff比晶体管的电流放大系数β小得多，一般只有５
左右。
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2.3.3 GTO的门极控制
• GTO的门极控制电路包括开通电路、关断电路和反偏电路。
1. 正向断态重复峰值电压ＵDRM 2. 反向重复峰值电压ＵRRM 3. 通态平均电压ＵT(AV) 4. 晶闸管的额定电流ＩT(Ａv) 5. 维持电流ＩH 6. 擎住电流ＩL
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2.2.6 晶闸管触发电路
• 1.晶闸管对触发电路的要求
① 触发脉冲应具有足够的功率和一定的宽度； ② 触发脉冲与主电路电源电压必须同步； ③ 触发脉冲的移相范围应满足变流装置提出的要求。
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2. 触发电路的分类
触发电路可按不同的方式分类，依控制方式可 分为相控式、斩控式触发电路；依控制信号性质可 分为模拟式、数字式触发电路；依同步电压形成可 分为正弦波同步、锯齿波同步触发电路等。
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2.2.7 晶闸管的保护
• 1.晶闸管的过电流保护 1) 快速熔断器保护 (见下图）
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交流侧接入阻容吸收电路的几种方法
• 图2-8
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2.3 门极可关断晶闸管（GTO）
• 2.3.1 GTO的结构
GTO的结构也是四层三端器件
图2-9 GTO的结构与符号 a) GTO的结构剖面 b) 图形符号
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2.3.2 GTO的主要参数
1. 最大可关断阳极电流ＩＡTO 通常将最大可关断阳极电流ＩＡTO作为GTO的额定电流
2.5.2 P-MOSFET的工作原理
• 当漏极接电源正极，源极接电源负极，栅源之间电压为零或 为负时，Ｐ型区和Ｎ-型漂移区之间的ＰＮ结反向，漏源之 间无电流流过。 如果在栅极和源极加正向电压UGS，不会有 栅流。但栅极的正电压所形成电场的感应作用却会将其下面 Ｐ型区中的少数载流子电子吸引到栅极下面的Ｐ型区表面。 当UGS大于某一电压值UT时，栅极下面Ｐ型区表面的电子浓 度将超过空穴浓度，使Ｐ型半导体反型成Ｎ型半导体，沟通
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2.4.3 二次击穿现象
当UCE逐渐增加到某一数值时，如UCEO，IC剧增加，出现击穿现象, 称为一次击穿。这一击穿可用外接串联电阻的办法加以控制，只要进入 击穿区的时间不长，一般不会引起晶体管的特性变坏。但是，一次击穿 出现后若继续增大偏压UCE，而外接限流电阻又不变，反向电流IC 将继 续增大，此时若GTR仍在工作，GTR的工作状态将迅速出现大电流，并在 极短的时间内，使器件内出现明显的电流集中和过热点。电流急剧增长 ，此现象便称为二次击穿。
2）过电流继电器保护。过电流继电器可安装在交流侧或 直流侧。
3）限流与脉冲移相保护。
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2. 晶闸管过电压保护
• 晶闸管过电压产生的原因主要有：关断过电压、操作过电 压和浪涌过电压等。对过电压的保护方式主要是接入阻容 吸收电路、硒堆或压敏电阻等。图2-8为交流侧接入阻容 吸收电路的几种方法。硒堆或压敏电阻的联结方法与此相 同。
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2.4.4 GTR的驱动电路
• 抗饱和恒流驱动电路
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图2-16 抗饱和恒流驱动电路
.5 功率场效应晶体管（P-MOSFET）
2.5.1 功率场效应管的结构
a)
b)
图2-18 P-MOSFET的结构与符号
a) P-MOSFET的结构 b) P-MOSFET符号
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