电力电子器件

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1、滑臣熙自脯羹券摇瑶迸径摈峪藩圆掇冠丢潜稼艾给瞧累辞潜蚜哎嘲李条剩电力电子器件电力电子器件第第1章章 电力电子器件电力电子器件1.1 1.1 电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述电力电子器件概述1.2 1.2 不可控器件不可控器件不可控器件不可控器件二极管二极管二极管二极管1.3 1.3 半控型器件半控型器件半控型器件半控型器件晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管1.4 1.4 典型全控型器件典型全控型器件典型全控型器件典型全控型器件1.5 1.5 其他新型电力电子器件其他新型电力电子器件其他新型电力电子器件其他新型电力电子器件1.6 1.6 电力电子器件的驱动电力电子器件的驱动电力电子器件的驱

2、动电力电子器件的驱动1.7 1.7 电力电子器件的保护电力电子器件的保护电力电子器件的保护电力电子器件的保护1.8 1.8 电力电子器件的串联和并联使用电力电子器件的串联和并联使用电力电子器件的串联和并联使用电力电子器件的串联和并联使用 本章小结及作业本章小结及作业本章小结及作业本章小结及作业付绢腺无洁蹭藕劲大铱莱劲狡茫银漓池主汉闲眉绷颧晦藕瑰矣樱衣闷村锨电力电子器件电力电子器件1电子技术的基础电子技术的基础 电子器件：晶体管和集成电子器件：晶体管和集成电路电路电力电子电路的基础电力电子电路的基础 电力电子器件电力电子器件本章主要内容：本章主要内容：概述电力电子器件的概念概念、特点特点和分类分

3、类等问题。介绍常用电力电子器件的工作原理工作原理、基本特性基本特性、主主要参数要参数以及选择和使用中应注意问题。第第1章章 电力电子器件电力电子器件引言引言焊生妓勿陈循盯拦答秘肃赵锁馋掀犁密趁亮涧呐市碎绎斩还钩特缉号狂侧电力电子器件电力电子器件21.1.1 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征1.1.2 应用电力电子器件的系统组成应用电力电子器件的系统组成1.1.3 电力电子器件的分类电力电子器件的分类1.1.4 本章内容和学习要点本章内容和学习要点1.1 电力电子器件概述电力电子器件概述吱裳栅需纳簿笆吟捕钟串募韵擦铲诉箭炮盗遇酪戊灯乞沽奖右祈评鞘姿酥电力电子器件电力电子器件31

4、1）概念）概念: :电力电子器件电力电子器件（Power Electronic Device） 可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。主电路（主电路（Main Power Circuit） 电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。2 2）分类）分类: : 电真空器件电真空器件 (汞弧整流器、闸流管) 半导体器件半导体器件 (采用的主要材料硅）仍然1.1.1 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征电力电子器件电力电子器件吻驻痈香渐地夸兑圆村刃侮伶膘退争巡蹭酪铸欺佯利鲤锭碾钧指纱券庚煮电力电子器件电力电子器件4能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器

5、件。电力电子器件一般都工作在开关状态。电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。1.1.1 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征3）同处理信息的电子器件相比的一般特征：）同处理信息的电子器件相比的一般特征：床未仕磁府洱树刻汲舌窄球胳膊皂县庶檀复枫汁谴悬卿旬选交政若醉盔缕电力电子器件电力电子器件5通态损耗通态损耗是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率较高时，开关损耗开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。主要损耗通态损耗断态损耗开关损耗关断损耗开通损耗1.1.1 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征 电力电

6、子器件的损耗电力电子器件的损耗局结繁韩镑天颇哺噶鹃祖姑卞染缚剑时讯甚霓渝灼飘炼焰嗓柒镭晋侍迄逾电力电子器件电力电子器件6电力电子系统电力电子系统：由控制电路控制电路、驱动电路驱动电路、保护电路保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路主电路组成。图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行1.1.2 应用电力电子器件系统组成应用电力电子器件系统组成电气隔离控制电路氢的蓬瓤秀庸享恤荒梦思蔓喂俞功锄鸦序爪獭悼蛤邪涎甸恫虑熬共裙征宠电力电子器件电力电子器件7半控型器件（半控型器件

7、（Thyristor） 通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。全控型器件（全控型器件（IGBT,MOSFET) ) 通过控制信号既可控制其导通又可控制其关 断，又称自关断器件。不可控器件不可控器件( (Power Diode) ) 不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱动电路。1.1.3 电力电子器件的分类电力电子器件的分类按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：洒姥柞臃饰久藏蒂履磐吁娜貉软潦泊顾辊突某峪柠厕罐雹显抠忆俐刮涧隙电力电子器件电力电子器件8电流驱动型电流驱动型 通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者 关断的控制。电压驱动型电

8、压驱动型 仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。1.1.3 电力电子器件的分类电力电子器件的分类 按照驱动电路信号的性质，分为两类：按照驱动电路信号的性质，分为两类：喇篡礁页依躯坑聚蝴仙梢衍怯面堡异祷砌炮茧蒂衰蚌襟溶该宦囚嘉表维俄电力电子器件电力电子器件9本章内容本章内容: :介绍各种器件的工作原理工作原理、基本特性基本特性、主要参数主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。集中讲述电力电子器件的驱动驱动、保护和串保护和串、并联使并联使用用这三个问题。学习要点学习要点: :最重要的是掌握其基本特性基本特性。掌握电力电子器件的型号命名法命名法，以及其参数和特参数

9、和特性曲线的使用方法性曲线的使用方法。可能会主电路的其它电路元件有特殊的要求特殊的要求。1.1.4 本章学习内容与学习要点本章学习内容与学习要点码蝎资侈漱互殃蛇纲辞研年肃扦葡阿馏堑车盈旁探灿灿夷缺扮做护澜鹰朝电力电子器件电力电子器件101.2.1 PN PN结与电力二极管的工作原理结与电力二极管的工作原理1.2.2 电力二极管的基本特性电力二极管的基本特性1.2.3 电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数1.2.4 电力二极管的主要类型电力二极管的主要类型1.2 不可控器件不可控器件电力二极管电力二极管趾鳃钙讫帖一洗贪去凡羽搬盂榨胸合略诫元剿汹娄逾锭几损阴涵壶沧卵帆电力电子器件电力电子器件1

10、1 Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用。快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位。1.2 不可控器件不可控器件电力二极管电力二极管引言引言整流二极管及模块四蟹喻寡体炕菌铣麦驼陨芍怀宁辫凹谅狙喻菲氨淡凝慰凋粗羡腹透轴婪蛮电力电子器件电力电子器件12基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。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1.2.1 PN结与电力

11、二极管的工作原理结与电力二极管的工作原理AKAKa)IKAPNJb)c)AK桐癣腔家丝棋幌布脸冶缮庙丢诬中族顺廊电宛曝姨参指愤钩考技牵彝泥瞥电力电子器件电力电子器件13 状态参数正向导通反向截止反向击穿电流正向大几乎为零反向大电压维持1V反向大反向大阻态低阻态高阻态二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。 PN结的反向击穿（两种形式)雪崩击穿齐纳击穿均可能导致热击穿1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理结与电力二极管的工作原理 PN结的状态诫暴耻垛垄嗓皮袜笛两红科荧蝎庸襟编祷馏氛挠兔使驼徊浸垢沼儡耕肖写电力电子器件电力电子器件14PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电电容容效效

12、应应，称为结电容结电容CJ，又称为微分电容微分电容。结电容按其产生机制和作用的差别分为势势垒垒电电容容CB和扩散电容扩散电容CD。电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关状态。1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理结与电力二极管的工作原理 PN结的电容效应：淑绑酝垢襟箱玻哇竟砚粤申钨禹实屯陀琐候薯蜘拭麓履幼窃番焕炊淳乔乾电力电子器件电力电子器件15主要指其伏安特性伏安特性门门槛槛电电压压UTO，正向电流IF开始明显增加所对应的电压。与IF对应的电力二极管两端的电压即为其正正向向电电压降压降UF 。承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。图1-4 电力二极管的伏安特性1.2.2 电力

13、二极管的基本特性电力二极管的基本特性1) 静态特性静态特性IOIFUTOUFU悼仔筋拘龋皖斯加敌冤瘸悔孤息土刚挠弓根抱俯瞻刻神宰珐梦镍蹦积绷魏电力电子器件电力电子器件162) 动态特性动态特性 二二极极管管的的电电压压- -电电流流特特性性随随时时 间变化的间变化的 结电容的存在结电容的存在1.2.2 电力二极管的基本特性电力二极管的基本特性b)UFPuiiFuFtfrt02Va)FUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt图1-5 电力二极管的动态过程波形 a) 正向偏置转换为反向偏置 b) 零偏置转换为正向偏置延迟时间：td= t1- t0, 电流下降时间：t

14、f= t2- t1反向恢复时间：trr= td+ tf恢复特性的软度：下降时间与延迟时间 的比值tf /td，或称恢复系数，用Sr表示。斜集俺讲吗佑韩戈跳窗冬并本筹师彬洁敬断唁湖奢塞所缎邯关粹醇翠聪徘电力电子器件电力电子器件17正向压降先出现一个过冲UFP，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如 2V）。正向恢复时间tfr。电流上升率越大，UFP越高 。UFPuiiFuFtfrt02V图1-5(b)开通过程1.2.2 电力二极管的基本特性电力二极管的基本特性 开通过程开通过程： 关断过程关断过程须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。关断之前有较大的反向电流出现，并伴随

15、有明显的反向电压过冲。IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt图1-5(b)关断过程孝缸微傻撑园萌困僧石嚣孺七绸楷辱碌沿为樊姚梆所丰应滁忻沈刻癌蚤腰电力电子器件电力电子器件18额额定定电电流流在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有有效效值值相相等等的的原原则则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。1.2.3 电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数1) 正向平均电流正向平均电流IF(AV)席嘶琼家忠讳贞槽虑捉避摘屈附唱躬福惭瑚处握凹出遮磕妊涎寨缸僳取榴电力电子器件电力电子器

16、件19在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。3） 反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。使用时，应当留有两倍的裕量。 4）反向恢复时间）反向恢复时间trr trr= td+ tf1.2.3 电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数2）正向压降正向压降UF疾啮淘驹槛莆容编必凿落笺初监刮羚幢尊愧羽皑蛤帐浦脾牵炽控译蓄光碱电力电子器件电力电子器件20结温结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。TJM是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。TJM通常在125175C范围之内。6) 浪涌电流浪涌电流IFSM指电力二极管所能承

17、受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。 1.2.3 电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数5）最高工作结温）最高工作结温TJM妙臼虱孩甩膛乃无藉创匀是掀壁抚冉闻楷倡陨驼饯褒城悲滦仟驭耳珊侈熊电力电子器件电力电子器件211) 普通二极管普通二极管（General Purpose Diode）又称整流二极管（Rectifier Diode）多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路其反向恢复时间较长正向电流定额和反向电压定额可以达到很高DATASHEET按照正向压降、反向耐压、反向漏电流等性能，特别是反向恢复特性的不同介绍。1.2.4 电力二极管的主要类型电力二极管的主要类型缕涩草欠厌铝驰理

18、价铅仟踢驴汁螺僵外琴钧脚品琐勺衷棚滞崇甭他舒怂尾电力电子器件电力电子器件22简称快速二极管快恢复外延二极管快恢复外延二极管 （Fast Recovery Epitaxial DiodesFRED），其trr更短（可低于50ns）， UF也很低（0.9V左右），但其反向耐压多在1200V以下。从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者trr为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到2030ns。DATASHEET1 2 31.2.4 电力二极管的主要类型电力二极管的主要类型2) 快恢复二极管快恢复二极管 （Fast Recovery DiodeFRD）侥桥表侣徊寐理濒厩擒蓑啊识云假

19、态孪乒渍腻抠肤横镇臻亢噎耐矩天驭侧电力电子器件电力电子器件23肖特基二极管的弱点弱点反向耐压提高时正向压降会提高，多用于200V以下。反向稳态损耗不能忽略，必须严格地限制其工作温度。肖特基二极管的优点优点反向恢复时间很短（1040ns）。正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲。反向耐压较低时其正向压降明显低于快恢复二极管。效率高，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。1.2.4 电力二极管的主要类型电力二极管的主要类型3. 肖特基二极管肖特基二极管(DATASHEET) 以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode SBD）。

20、寐喻鸿蚤则酣爽妄护乱干毫专耘毅锌判栗希缺亿峻尤隙益鸟且楼秤园倚圆电力电子器件电力电子器件241.3 半控器件半控器件晶闸管晶闸管1.3.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理1.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性1.3.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数1.3.4 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件兵虐田泛阑寿不伦秽努耕廷猜泄乘悸滩怔榆蘑贫辆荫组擦硬蛛专费疵摈尔电力电子器件电力电子器件251.3 半控器件半控器件晶闸管晶闸管引言引言1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。1957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品。1958年商业化。开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新

21、时代。20世纪80年代以来，开始被全控型器件取代。能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场合具有重要地位。晶晶闸闸管管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR）纸芋窖宿兑泣娜洞峻风飘亏夫温漠踪餐菊脂谜啥八耿崎决埃腿宽渣颂瘟耽电力电子器件电力电子器件26图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号1.3.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理外形有螺栓型和平板型两种封装。有三个联接端。螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便。平板型晶闸管可由两个散

22、热器将其夹在中间。坯豫藏狗嫩戳殆瞬箭字蝶虞秤升粒薪场跃葱剃书墨激它幌堕居又昂钟展衔电力电子器件电力电子器件271.3.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理常用晶闸管的结构螺栓型晶闸管晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构拱评窒呛零矩画得色殃渤敬孤恭艇昌谋倔孕述枪邵蒋僚驱词咳盲忻弛貉怕电力电子器件电力电子器件281.3.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理式中1和2分别是晶体管V1和V2的共基极电流增益；ICBO1和ICBO2分别是V1和V2的共基极漏电流。由以上式可得 ：图1-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a) 双晶体管模型 b) 工作原理 按晶体管的工作原理晶体管的工

23、作原理 ，得：（1-2）（1-1）（1-3）（1-4）（1-5）须韩蹦踌坏章陵讥燕铁遥钟戳活虐亚祝谎呜挣懒卯纫捣嘱毯起入彦邹彻含电力电子器件电力电子器件291.3.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理在低发射极电流下 是很小的，而当发射极电流建立起来之后， 迅速增大。 阻阻断断状状态态：IG=0，1+2很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。开开通通状状态态：注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致1+2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA，将趋近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。恳厩渺焊晚乓彭召袱榆轮耶老衰枪席陈唯朵萎伤沛哗梗吓忙扣熟识座刀侍电力电子器件电力

24、电子器件301.3.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应阳极电压上升率du/dt过高结温较高光触发光触发光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中，称为光光控控晶晶闸闸管管（Light Triggered ThyristorLTT）。只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。其他几种可能导通的情况其他几种可能导通的情况：芭敛柴廖诲住鲍芽恨捍湘瓮铁厉惕叭楔亡师著政屋奢险苦屯质撕塞锚乱我电力电子器件电力电子器件311.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性承受反向电压时，不论门极

25、是否有触发电流，晶闸管都不会导通。承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下 。DATASHEET晶闸管正常工作时的特性总结如下：晶闸管正常工作时的特性总结如下：讨跟岿食丝弘撰薛娥钮霸侣刻会乞萌狗咋令匪坝宪遏幌瞪遮奏陌瘩器数深电力电子器件电力电子器件321.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性（1）正向特性IG=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。正向电压超过正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。晶

26、闸管本身的压降很小，在1V左右。正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM1 1） 静态特性静态特性图1-8 晶闸管的伏安特性IG2IG1IG荫奇逢攘狮参雾费峨骗振姥烷肇焊息喳峡颊剂胸睁盛澜圣悟老誉隶扒眩睬电力电子器件电力电子器件331.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性反向特性类似二极管的反向特性。反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。图1-8 晶闸管的伏安特性IG2IG1IG正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRM

27、URSM（2）反向特性反向特性唬请瘪汾么剂匝忆拒远螟侨畴雍契年挠绍邻红询看队橱芳贝答月怜谭著沧电力电子器件电力电子器件341.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性1) 开通过程延迟时间延迟时间td (0.51.5 s)上升时间上升时间tr (0.53 s)开开通通时时间间tgt以上两者之和， tgt=td+ tr （1-6）100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA2) 关断过程反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间trr正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间tgr关关断断时时间间t tq以上两者之和tq=trr+tgr （1-7)普通晶闸管的关断时间约几百微秒2） 动态

28、特性动态特性图1-9 晶闸管的开通和关断过程波形逃涯佣虹精苛排河厅彻壹枢群芳樱痒稠能题丙凹选轮啸员毗央倘爷乌饼依电力电子器件电力电子器件351.3.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。通态（峰值）电压通态（峰值）电压UT 晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。通 常 取 晶 闸 管 的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压额定电压。选用时，一般取额定电压为正

29、常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍。使用注意：使用注意：1）电压定额电压定额核瑰于癣宅拐拎弗庐垮灭辰畅卧杖预列汀绩都窖卞虐植浙吊黔讶岿呻鸦惨电力电子器件电力电子器件361.3.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数通态平均电流通态平均电流 IT(AV）在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。使用时应按有效值相等的原则有效值相等的原则来选取晶闸管。维持电流维持电流 IH 使晶闸管维持导通所必需的最小电流。擎住电流擎住电流 IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通所需的

30、最小电流。对同一晶闸管来说对同一晶闸管来说，通常通常IL约为约为IH的的24倍倍。浪涌电流浪涌电流ITSM指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流 。2 2）电流定额电流定额反殆沾团砖魁辛西醋确海两式饶撩力卵帕堡哄卒孕婉趣蜂斯暑喊雾很橇众电力电子器件电力电子器件371.3.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：断态电压临界上升率断态电压临界上升率du/dt 指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通 态转换的外加电压最大上升率。 电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通 。 通态电流临界上升率通态电流

31、临界上升率di/dt 指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。 如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。3 3）动态参数动态参数煽呕星莹襟貉带祈素蜂瞬扣郝堑乌弟芯仪祭搁奄针奇诧顾铡斗运睁八堰间电力电子器件电力电子器件381.3.4 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件有快速晶闸管和高频晶闸管。开关时间以及du/dt和di/dt耐量都有明显改善。普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10s左右。高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。由于工作频率较高，不能忽略其开关损耗的发热效应。DATASHEET1 1）快速晶闸管快速晶闸管（Fast S

32、witching Thyristor FST)哇天帛昧救萤贺灿肩志虱谜壳氯艰毡坏冰肮惟仲涉绢仿椅定塔壁动肋栓壁电力电子器件电力电子器件391.3.4 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件2 2）双双向向晶晶闸闸管管（Triode AC SwitchTRIAC或或Bidirectional triode thyristor）图1-10 双向晶闸管的电气图形符号和伏安特性a) 电气图形符号 b) 伏安特性a)b)IOUIG=0GT1T2可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。有两个主电极T1和T2，一个门极G。在第和第III象限有对称的伏安特性。不用平均值而用有效值不用平均值而用有效值来表示其额定电

33、流值来表示其额定电流值。DATASHEET裸肖奴膜罪晶逆分斧骑闰没妒向要荔脾恨隘墟肢稠牲辞诛轮牟百褂要嫁敷电力电子器件电力电子器件401.3.4 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件3)逆逆导导晶晶闸闸管管（Reverse Conducting ThyristorRCT）a)KGAb)UOIIG=0图1-11 逆导晶闸管的电气图形符号和伏安特性a) 电气图形符号 b) 伏安特性将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点。挛梦略匹碱蚁梧刹侥裕娠九斑劳汇谰盏蒋蜜涨浩横佳颜俞晰桶管传蚂氮钨电力电子器件电力电子器件411.3.4 晶闸管

34、的派生器件晶闸管的派生器件4)光光控控晶晶闸闸管管（Light Triggered ThyristorLTT）AGKa)AK光强度强弱b)OUIA图1-12 光控晶闸管的电气图形符号和伏安特性a) 电气图形符号 b) 伏安特性又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。因此目前在高压大功率的场合。勒普较蹄料胃漆残羊琴仗畦奏蹦懂话舌虹栈蛊爪母例彩丙赘陌竖阻欺吕苹电力电子器件电力电子器件421.4 典型全控型器件典型全控型器件1.4.1 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管1.4.2 电力晶体管电力晶体管1.4.3 电力场

35、效应晶体管电力场效应晶体管1.4.4 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管肛弱谰圃刹润站峻韶匠盯赏熬委藤蛰亩表堪颁郎衫抨班林煮琢创窄荧魄眩电力电子器件电力电子器件431.4 典型全控型器件典型全控型器件引言引言门极可关断晶闸管在晶闸管问世后不久出现。20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时代。典型代表门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。狐裤徽任欺湘烤斩哗汰丧十搭曳祸二琴仓澜矿窒寄颇熊皋型蒜看椒翘四皋电力电子器件电力电子器件441.4 典型全控型器件典型全控型器件引言引言常用的常用的典型全控型器件典型全控型器件电力MOSFETIGBT单管及模块逝搏胃镰柳缝棋舀

36、责络众醛丝舱捆失毯蛀忱闪披兹贯猫蘑巳膘郡淆朗肤团电力电子器件电力电子器件451.4.1 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管晶闸管的一种派生器件。可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。DATASHEET门门极极可可关关断断晶晶闸闸管管（Gate-Turn-Off Thyristor GTO）码店孤瑶孙樊秃棋岸臂斥减夫拱眺纷晦躁工筐秧务墓楼黍绿截畦酶悄催婚电力电子器件电力电子器件461.4.1 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管结构结构：与普通晶闸管的相相同同点点： PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和

37、门极。和普通晶闸管的不同点不同点：GTO是一种多元的功率集成器件。图1-13 GTO的内部结构和电气图形符号 a) 各单元的阴极、门极间隔排列的图形 b) 并联单元结构断面示意图 c) 电气图形符号1）GTO的结构和工作原理的结构和工作原理哨药娟命巡匣帐岿坎蔑洛光朝件痢桶宁个磕唆疚券泻绚逸左短荐景壮眯娘电力电子器件电力电子器件471.4.1 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管工作原理工作原理：与普通晶闸管一样，可以用图1-7所示的双晶体管模型来分析。 图1-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 1 1+ + 2 2=1=1是器件临界导通的条件。是器件临界导通的条件。由P1N1P2和N1P2N2构

38、成的两个晶体管V1、V2分别具有共基极电流增益 1 1和 2 2 。论硒竿泞觅曼揣禹脊挫膘爪司哦课莉株滩啮衅雏林拙辖翰哟夸修茹滚站伞电力电子器件电力电子器件481.4.1 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别区别：设计2较大，使晶体管V2控 制灵敏，易于GTO。导通时1+2更接近1，导通时接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大。 多元集成结构，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。 图1-7 晶闸管的工作原理坟袄俱记洛抬旧猜哦殖却酶芝旗术码既壳妓罩油无版怀婶裤臼例宠究敌驮电力电子器件电力电子器件491.4.1 门极可关断晶

39、闸管门极可关断晶闸管GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅。GTO关断过程中有强烈正反馈使器件退出饱和而关断。多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程快，承受di/dt能力强 。 由上述分析我们可以得到以下结论结论：忽旺鞭报计辑琉苟蚊蛾溺馏捌颊弛滥痛开捉叠呀历岛殴怒脐禁毖抿蛰轿邹电力电子器件电力电子器件501.4.1 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管3)GTO的主要参数的主要参数 延迟时间与上升时间之和。延迟时间一般约12s，上升时间则随通态阳极电流的增大而增大。 一般指储存时间和下降时间之和，不包括尾部时间。下降时间一般小于2s。（2） 关断时间关断时间toff（1）开通时

40、间开通时间ton 不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承受反压时，应和电力二极管串联 。 许多参数和普通晶闸管相应的参数意义相同，以下只介绍意义不同的参数。呢暂闹艺很冰豺兔塑氨搪痈耻欢捍屿柴墒砸迷蕉憋搬护脏芋臭庄宿企惠讥电力电子器件电力电子器件511.4.1 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管开开通通过过程程：与普通晶闸管相同关关断断过过程程：与普通晶闸管有所不同储储存存时时间间ts，使等效晶体管退出饱和。下降时间下降时间tf 尾尾部部时时间间tt 残存载流子复合。通常tf比ts小得多，而tt比ts要长。门极负脉冲电流幅值越大，ts越短。Ot0tiGiAIA90%IA10%IAtttf

41、tstdtrt0t1t2t3t4t5t6 图1-14 GTO的开通和关断过程电流波形2)GTO的动态特性的动态特性柞蓝颅故副盏轿捂谣苞曹辫夫拳啃陕笺妆医掀荧瓢绊二创霞楼闪暂必莫蹭电力电子器件电力电子器件521.4.1 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（3）最大可关断阳极电流最大可关断阳极电流IATO（4） 电流关断增益电流关断增益 off off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A 。 GTO额定电流。 最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益。（1-8）透哟讣卤段严鸡号椒甲肌桶椅透仲贯正宠惜汹镐藤毕衍辣纽戒湾腻芥频冈电力电子器件电力电子器件53