电力电子技术课件

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1.2.1
PN结的工作原理
电力二极管在本质 上是一个PN节，只 是加上电极引线、 管壳封装。PN节的 工作原理已经在模 拟电子技术课程中 涉及，不再展开讨 论。
A
K
A I
P N J b)
K
K
A a)
c)
图1-2 电力二极管的外形、结构和电气 图形符号 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
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功率模块
由若干功率开关器件与快速二极管组合而成
单片集成式模块
功率器件、驱动、保护等电路集成于一个硅片
智能功率模块
将具有驱动、自保护、自诊断功能的集成芯片 再度与电力电子器件集成
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表1-1 电力电子器件 类 型
名称
中文名称 电力二极管 晶闸管(可控硅) 电力晶体管(双极型晶体管) 英文名称 Power Diode Thyristor (SCR) GTR (BJT)
门极可关断晶闸管
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不能用控制信号控制
其通断，不需要驱动电路
不控型器件
电 压
主 电 路
电 流
｛电力二极管
只有两个端子
通 断
2. 按照驱动电路加在电力电子器件上驱动信号的性质 电流驱动型 电压驱动型
通 断
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3.按照器件内部电子和空穴两种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的器件
双极型器件
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1.2
电力二极管
电力二极管 （半导体整流管）
现在仍大量应用于许多电气设备
20世纪50年代 初获得应用
结构和原理简单 工作可靠 快恢复二极管 肖特基二极管
应用
斩波、逆变 高频低压仪表、 开关电源
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1.2
电力二极管

1.2.1 PN结的工作原理 1.2.2 电力二极管的结构与基本特性 1.2.3 电力二极管的主要参数 1.2.4 电力二极管的主要类型
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征
1.概念
在电气设备或电 力系统中，直接承担电能的变化或控制任务的 电路。
主电路（Power Circuit）
电力电子器件（Power Electronic Device) 直 接用于处理电能的主电路中，以开关方式实现电 能的变换或控制的电子器件。
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2 .特征
第1章

电力电子器件
电力电子器件概述 电力二极管 晶闸管及其派生器件 门极可关断晶闸管 电力晶体管 功率场效应晶体管 绝缘栅双极性晶体管 其他新型电力电子器件 本章小结
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1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
1.1
电力电子器件概述
1.1.1 电力电子器件的概念和特征 1.1.2 电力电子器件的基本类型 1.1.3 电力电子器件的模块化与集成化 1.1.4 电力电子器件的应用领域
正向电压升高至UTO，正向电 (c) (b) 流明显增加。门槛、阈值电压
正向电压大于UTO，正向电流 线性增长。
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0
tfr
1.2.2 电力二极管的结构与基本特性
1.静态特性
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PN结的单向导电性：承受正向 电压导通，承受反向电压截止
PN结的正向导通状态 PN结在正向电流很大 时压降仍然很低，维持在1V左右，所以正向偏置的PN 结表现为低阻状态。 PN结的反向截止状态 微弱的反向电流。
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破坏PN结的反向截止状态
施加PN结反 向电压过大
PN结反向击穿
反向电流 急剧增大
电力电子器件是功率半导体器件。 1）电力电子器件所能处理电功率的大小，是其最重要的 参数。其处理电功率的能力一般远大于处理信息的电 子器件。 2）电力电子器件因处理电功率较大，为了减小本身的损 耗、提高效率，一般都工作在开关状态。 3）电力电子器件在实际应用中往往由信息电子电路来控 制。信息电子电路是电力电子器件的驱动电路。 4）电力电子器件尽管工作在开关状态，但是自身的功率 损耗通常仍远大于信息电子器件，为了保证不至于因 损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器 件封装上考虑散热设计，而且在其工作时一般都还需 要设计安装散热器。
电力电子器件 应用广泛
SCR（高压直流输电、静 止无功补偿等高压领域）
GTO（机车、地 铁、SVG等）
IGBT（电机调速、逆变器、 变频器等中等功率范围）
GTR（UPS、空 调、冰箱等）
MOSFET（开关电源、 日用电器、汽车电子等）
10
100
1k
10k
100k
1M
10M
f /Hz
电力电子器件允许的开关频率与允许功率范围及主要应用领域
由电子和空穴两种载流子参与导电的器件
复合型器件
单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件
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1.1.3 电力电子器件的模块化与集成化
电力电子器件 最初是单管结构、分立器件
电力电子设备 电力电子器件及其散热器、驱动、保护等电路
结构松散、体积大、可靠性差、成本高
电力电子器件的模块化与集成化 结构紧凑、体积小、可靠 性高、成本低
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1.1.2 电力电子器件的基本类型
1.按照电力电子器件的可控程度
通过控制信号可控制 其导通而不能控制其关断
半控型器件
电 压 主 电 路 电 流
｛及其派生器件
绝缘栅双极晶体管 电力场效应晶体管 门极可关断晶闸管
晶闸管
关 断
通过控制信号即可控制 其导通又能控制其关断
全控型器件
｛
自关断器件
处理兆瓦级 大功率电能
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1.2.2 电力二极管的结构与基本特性
1.静态特性
I
IF IF
di F /dt
电力二极管 静态特性
r r
伏安特性
U
F
t 正向电压为零，电流为零。 i
t f
FP
U
F
0
U
TO
U
正向电压较小，正向电流很 t t di / dt U U 2V 小，几乎为零。 I
0 1
R
R
t 2
t
F
RP
U
RP
(a)
图1-4 电力二极管的伏安特性
不可控器件 半控型器件 分 立 器 件
全 控 型 器 件
Baidu Nhomakorabea
电流控制器件
门极可关断晶闸管
电力场效应晶体管 绝缘栅双极型晶体管
GTO
Power MOSFET IGBT MCT SIT
电压控制器件
场控晶闸管 静电感应晶体管
静电感应晶闸管
功率模块
SITH
Power Module
System on a Chip
集成模块
单片集成模块 智能功率模块
IPM
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1.1
电力电子器件概述
1.1.1 电力电子器件的概念和特征 1.1.2 电力电子器件的基本类型 1.1.3 电力电子器件的模块化与集成化 1.1.4 电力电子器件的应用领域
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1.1.4 电力电子器件的应用领域
P /VA
100M 10M 1M 100k 10k 1k 100