《电力电子技术基础》课程复习(打印版)

1《电力电子技术基础》课程复习课程复习2河南科技大学河南科技大学《《电力电子技术电力电子技术》》课件课件《《电力电子技术基础电力电子技术基础》》课程复习课程复习1.1什么是电力电子技术•电力电子技术:使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。即应用于电力领域的电子技术。用于信息处理;器件一般工作于放大状态，也可开关状态。信息电子技术主要用于电力(电能)变换;器件处于开关状态。电力电子技术两大分支：电力电子器件制造技术、变流技术。一、电力电子技术的定义变流技术（电力电子器件应用技术）：用电力电子器件构成的各种电力变换电路，和对这些电路进行控制的技术；以及由这些电路构成的电力电子装置和系统的技术。第1章绪论3河南科技大学河南科技大学《《电力电子技术电力电子技术》》课件课件《《电力电子技术基础电力电子技术基础》》课程复习课程复习„„电力电子器件的特征电力电子器件的特征①所能处理电功率的大小是其最重要的参数。②电力电子器件一般都工作在“开关”状态。减小损耗。③由信息电子电路来控制，而且需要驱动电路。④器件封装讲究散热设计，且工作时一般要装散热器。2.1电力电子器件概述第2章电力电子器件4河南科技大学河南科技大学《《电力电子技术电力电子技术》》课件课件《《电力电子技术基础电力电子技术基础》》课程复习课程复习1、按器件能够被控制电路信号所控制的程度1)半控型器件•电力场效应晶体管（MOSFET）.•绝缘栅双极晶体管（IGBT）.•其他：GTO,GTR等.3)不可控器件•电力二极管。•器件的“通”和“断”，都是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。•晶闸管,及其大部分派生器件（GTO除外）.•咋关断？由其在主电路中承受的电压和电流决定.2)全控型器件通过控制信号只可控制其开通，而不能控制其关断通过控制信号既可控制其开通又可控制其关断。又称自关断器件。不能用控制信号来控制其通断,不需要驱动电路2.1.3电力电子器件的分类5河南科技大学河南科技大学《《电力电子技术电力电子技术》》课件课件《《电力电子技术基础电力电子技术基础》》课程复习课程复习2、按(加在器件控制端和公共端之间)驱动信号的性质3、按器件内部参与导电的载流子情况1)电流驱动型2)电压驱动型1)单极型器件2)双极型器件3)复合型器件通过从控制端注入或抽出电流，来实现开通、关断控制。GTR、GTO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，IGBT，MOSFET。由一种载流子参与导电的器件，如MOSFET由电子和空穴两种载流子参与导电，如：GTR由单极型器件和双极型器件集成混合成，IGBT6河南科技大学河南科技大学《《电力电子技术电力电子技术》》课件课件《《电力电子技术基础电力电子技术基础》》课程复习课程复习2.2.22.2.2电力二极管的基本特性电力二极管的基本特性™™正偏正偏--反偏时反偏时关断过程关断过程•关断前有较大反向电流出现（原因：少子需吸收）；•并伴有反压过冲（原因：外电感作用，组织电流下降）。2.动态特性™™零偏零偏--正偏的正偏的开通过程开通过程1)正向压降先出现一个过冲UFP;过一段时间才趋于某个稳态值(如2V)。这一动态过程时间被称为正向恢复时间tfr。•电导调制效应起作用需一定时间储存大量少子,达到稳态导通前,管压降较大。•正向电流的上升会因器件自身电感而产生较大压降。2)2)产生正向过电压的原因产生正向过电压的原因1.静态特性（伏安特性）¾正向特性：正向导通。•门槛电压UTO。•与IF对应，UF为正向电压降。¾反向特性：反向关断。27河南科技大学河南科技大学《《电力电子技术电力电子技术》》课件课件《《电力电子技术基础电力电子技术基础》》课程复习课程复习2.2.3电力二极管的主要参数1.正向平均电流IF(AV)—电流定额在指定管壳温度和散热条件下,允许流过的“最大工频正弦半波”电流的平均值。¾使用时：1）按“有效值相等”的原则来选取电流定额。即：1.57IF(AV)=I（实际波形电流的有效值）2）使用中还要留一定的裕量倍数。2.反向重复峰值电压URRM—电压定额指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。¾使用时：常按电路中电力二极管可能承受的最高反向峰值电压的两倍选定。8河南科技大学河南科技大学《《电力电子技术电力电子技术》》课件课件《《电力电子技术基础电力电子技术基础》》课程复习课程复习2.32.3半控型器件半控型器件————晶闸管晶闸管2.3.12.3.1晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理™门极G无驱动信号时：阻断阻断，仅流过很小漏电流。™门极G加驱动信号时:工作原理用双晶体管模型解释。™™（总结）晶闸管的（总结）晶闸管的““开通开通””和和““关断关断””条件条件zz开通条件：开通条件：①在晶闸管“阳极-阴极”间加正向电压。②在晶闸管“门极-阴极”间加上正向(触发)电压或电流。zz维持导通的条件：维持导通的条件：是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。zz关断条件：使通过晶闸管的阳极电流降到维持电流以下。关断条件：使通过晶闸管的阳极电流降到维持电流以下。办法：办法：可通过使阳极电压减到0，或阳极电压反向。9河南科技大学河南科技大学《《电力电子技术电力电子技术》》课件课件《《电力电子技术基础电力电子技术基础》》课程复习课程复习2.3.2晶闸管的基本特性™™正向特性正向特性••导通后导通后的特性类似二极管特性。•增大IG门极电流，Ubo降低。导通期间，如果门极电流为零，且阳极电流降至IH以下，再回到正向阻断状态。IIHH称为维持电流称为维持电流。1.1.静态特性（静态特性（伏安特性伏安特性））正向转折电压Ubo正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM+图2-9晶闸管的伏安特性IG2IG1IG™反向特性•反向伏安特性类似二极管反向特性。反向阻断，极小反相漏电流流过。•当反向电压超过反向击穿电压后，反向击穿。10河南科技大学河南科技大学《《电力电子技术电力电子技术》》课件课件《《电力电子技术基础电力电子技术基础》》课程复习课程复习1)1)开通过程开通过程①延迟时间td:门极电流阶跃时刻开始,到阳极电流上升到稳态值10%。（延迟原因？）。②上升时间tr:阳极电流从10%上升到稳态值的90%.z开通时间tgt:tgt=td+tr2.2.动态特性动态特性2.3.2晶闸管的基本特性内部正反馈形成需要时间;外电路电感限制。图2-10晶闸管的开通和关断过程波形100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiAIG内部正反馈形成过,(α1+α2)Æ1阳极电流快速上升(正反馈已形成，α1+α21)尖峰电压反向恢复电流峰值2)2)关断过程关断过程①反向阻断恢复时间trr。因J1,J3附近积累有大量载流子,要抽出。正向电流降为零到反向恢复电流减至近于零。②正向阻断恢复时间tgr。因J2两侧载流子靠自然复合！•在tgr内,如重加正电压,重新导通。•实用中:应对晶闸管施加足够长时间的反压，充分恢复正向阻断能力。¾关断时间tq:ttqq==ttrrrr++ttgrgr约几百微秒。11河南科技大学河南科技大学《《电力电子技术电力电子技术》》课件课件《《电力电子技术基础电力电子技术基础》》课程复习课程复习1.1.电压定额电压定额2.3.32.3.3晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数™™额定电压额定电压::通常取UDRM和URRM中较小的值作为该器件的额定电压。选用时，留裕量（取为晶闸管实际承受峰压的2~3倍）。1)断态重复峰值电压UDRM2)反向重复峰值电压URRM2.2.电流定额电流定额•在环境温度为40°C和规定冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时，晶闸管所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。•使用时:按有效值相等原则选晶闸管。留1.5~2倍裕量。通态平均电流IT(AV)————额定电流额定电流1.57I1.57IF(AV)F(AV)=I=I（应等于流过管子的实际波形电流的有效值）.12河南科技大学河南科技大学《《电力电子技术电力电子技术》》课件课件《《电力电子技术基础电力电子技术基础》》课程复习课程复习1.GTO1.GTO的的结构与工作原理结构与工作原理¾¾结构：结构：①与普通晶闸管类似。②与普通晶闸管的不同点：多元功率集成器件。2.4.12.4.1门极可关断晶闸管（门极可关断晶闸管（GTOGTO））2.42.4典型全控型器件典型全控型器件zz工作原理：仍用双晶体管模型分析。工作原理：仍用双晶体管模型分析。„„可用门极关断可用门极关断GTOGTO的原因？的原因？在于以下几个特点在于以下几个特点::①设计的α2较大。使晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断。②导通时α1+α2更接近1(≈1.05)，接近临界饱和,有利于门极关断。③多元集成结构。使“GTO元”阴极面积很小；门、阴极间距大为缩短，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。313河南科技大学河南科技大学《《电力电子技术电力电子技术》》课件课件《《电力电子技术基础电力电子技术基础》》课程复习课程复习¾¾关断过程关断过程（与晶闸管不同）①储存时间ts:抽取饱和导通时储存的大量载流子，退出饱和。②下降时间tf:双晶体管已退至放大区，阳极电流逐渐减小。③尾部时间tt:残存载流子复合。2.GTO2.GTO的动态特性的动态特性¾¾开通过程开通过程（与普晶闸管类似）。要经过：1）延迟时间td;2）电流上升时间tr。图2-15GTO的开通和关断过程电流波形尾部尾部时间时间阳极电阳极电流下降流下降时间时间Ot0tiGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6储存储存时间时间3、GTO的主要参数1)开通时间tonondrttt=+2)关断时间toffoffsfttt=+3)最大可关断阳极电流IATO14河南科技大学河南科技大学《《电力电子技术电力电子技术》》课件课件《《电力电子技术基础电力电子技术基础》》课程复习课程复习„„电力电力MOSFETMOSFET的特点的特点::用栅极电压来控制漏极电流优点优点：：①驱动电路简单，驱动功率小。②开关速度快，工作频率高。③热稳定性优于GTR。缺点：缺点：电流容量小，耐压低。10kW以下。1.4.3电力场效应晶体管（PowerMosFET）„„电力电力MOSFETMOSFET的种类的种类z按导电沟道的类型,分为:P沟道,N沟道。z按沟道的形成过程,分为:耗尽型、增强型。主要主要NN增强型。增强型。一.静态特性：2.2.电力电力MOSFETMOSFET的基本特性的基本特性1)1)转移特性转移特性—漏极电流ID和栅源电压UGS的关系。2)2)输出特性输出特性—漏极电流与漏源电压之间的关系。截止区截止区、饱和、饱和区、区、非饱和区非饱和区。。yy无反压阻断能力无反压阻断能力;;通态电阻正温度系数通态电阻正温度系数。。15河南科技大学河南科技大学《《电力电子技术电力电子技术》》课件课件《《电力电子技术基础电力电子技术基础》》课程复习课程复习„„开通过程开通过程①开通延迟时间td(on):((输入电容输入电容CCinin))从up前沿时刻到uGS=UT,并出现iD。②电流上升时间tr:uGS=uT时起,到iD达到稳态值ID。UUGSPGSP==IIDD/G/Gfsfs++UUTT③电压下降时间tfv：UGS到UGSP后保持一段时间,直到uDS下降到零（密勒平台期）（密勒平台期）..‡‡开通时间：开通时间：ttonon==ttd(on)d(on)++ttriri++ttfvfv二、动态特性二、动态特性2.4.3电力场效应晶体管„„关断过程关断过程①关断延迟时间td(off)——up下降到零起,到uGS下降到UGSP时,uDS才开始上升。②电压上升时间trv:（密勒平台期）—栅漏电容充电，uDS上升，uGS=uGSP。③电流下降时间tfi——uGS从UGSP继续下降起，iD减小，到uGSUT时沟道消失，iD下降到零为止