【正文】 變壓器二次測(cè)電流有效值 I2與輸出直流電流有效值相等： 變壓器無(wú)直流磁化問(wèn)題 晶閘管在工作中可能承受的最大正向電壓、反向電壓分別為 、電源電壓的峰值 TabRLa )u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2O? tO? tO? tudidi2b )O? tO? tuV T1 , 4O ? tO ? tIdIdIdIdIdiV T2 , 3iV T1 , 4假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)， id的平均值不變。 c. 消除失控事故 。 為避免 Ud太小 ， 在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管 a )V Tidb )c )d )e )f )g )LTRu1u2uV TudV DRiV DRuV TiV TId? t? t? t? tOOOO? ?? + ?iV DRu2udidId? t1? t? tOO當(dāng) u2過(guò)零變負(fù)時(shí) ， VDR導(dǎo)通 ，ud為零 。單相半波可控整流電路的最大移相范圍是 0~π，相應(yīng) Ud調(diào)節(jié)范圍為~0， θ=πα 。 器件理想化 進(jìn)行電路原理分析時(shí)，出于簡(jiǎn)便目的： 關(guān)斷時(shí)，電阻無(wú)窮大； 導(dǎo)通時(shí)，電阻為零； 忽略開(kāi)通、關(guān)斷時(shí)間。 ? 最大集電極功率 PCM 在正常工作溫度下允許的最大耗散功率 。 tfi1 對(duì)應(yīng) MOSFET的關(guān)斷過(guò)程 tfi2 對(duì)應(yīng) PNP晶體管的關(guān)斷過(guò)程，集電極電流 iC下降較慢。 GEC+++IDRdrICU J 1GCEUdr 特性 靜態(tài)特性 —— 輸出特性 以柵射電壓 UGE為參變量，反映集電極電流 IC與集電極、發(fā)射極電壓 UCE間關(guān)系的曲線族 0放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)ICUCEU TUGE增加U GE 1UGE 2U GE 3擊穿區(qū)當(dāng) UGEUT時(shí)， IGBT處于截止?fàn)顟B(tài)， 微弱漏電流 。 絕緣柵雙極晶體管 結(jié)構(gòu)與工作原理 特性 參數(shù) 掣住效應(yīng) 與安全工作區(qū) 絕緣柵雙極晶體管，是一種復(fù)合型電壓控制器件。 ?達(dá)林頓管 電流增益提高、但飽和壓降增加、開(kāi)關(guān)速度降低 ? 采用集成電路工藝將許多達(dá)林頓單元并聯(lián)而成 模塊 可靠性、性價(jià)比 GTR的靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性以及極限參數(shù)與普通晶體管類似，不予詳述。若陽(yáng)極電流過(guò)大， GTO處于深度飽和狀態(tài)，導(dǎo)致門極關(guān)斷失敗。 工作原理 RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2. GTO的動(dòng)態(tài)特性 開(kāi)通特性與普通晶閘管類似，開(kāi)通時(shí)間 ton由延遲時(shí)間 td和上升時(shí)間 tr組成 。為此必須附加強(qiáng)迫換流電路，使電力電子裝臵復(fù)雜化。 強(qiáng)觸發(fā) 1 0 0 %9 0 %1 0 %uA K0OtdtriAtttsACB關(guān)斷過(guò)程 反 向恢復(fù)時(shí)間 trr 正 向電流降為零到 反 向恢復(fù)電流衰減至近于零的時(shí)間。對(duì)同一晶閘管來(lái)說(shuō)，通常 IL 約為 IH 的 2~4倍。 額定電流、通 態(tài)平均電流 IT(AV) 晶閘管在環(huán)境溫度為 40?C和規(guī)定的冷卻條件下，穩(wěn)定結(jié)溫不超 過(guò)額定結(jié)溫時(shí)所允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值。 0UA KIAIHIG 2IG 1IG= 0UD BUD S MUD R MUR R MUR S MILUR B0UA KIAIHIG 2IG 1IG= 0UD BUD S MUD R MUR R MUR S MILUR B晶閘管的靜態(tài)參數(shù) UDB、 URB 正向轉(zhuǎn)折電壓和反向擊穿電壓； UDSM、 UDRM 正向斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓和重復(fù)峰值電壓 ； URSM、 URRM 反向不重復(fù)峰值電壓和重復(fù)峰值電壓 ； 不重復(fù)峰值電壓是指不造成正向轉(zhuǎn)折和反向擊穿的最大電壓，一 般不允許多次施加 。 隨著門極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低。 開(kāi)通（門極觸發(fā)）： 注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致 ?1+?2趨近于 1的話，流過(guò)晶閘管的電流IA（陽(yáng)極電流）將趨近于無(wú)窮大，實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通。 缺點(diǎn)：漏電流很大、耐壓低。 正向壓降 UF 電力二極管在正向電流導(dǎo)通時(shí)二極管上的正向壓降。 正向電流 IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓 UF為其正向電壓降。 PN節(jié)的工作原理已經(jīng)在模擬電子技術(shù)課程中涉及，不再展開(kāi)討論。 電力電子器件是功率半導(dǎo)體器件。功率因數(shù)可以達(dá)到 1，基本不消耗無(wú)功功率、不產(chǎn)生諧波。 直流 電力 交流 交流變交流 直流變直流（斬波） 直流變交流（逆變） 交流變直流（整流） 電力變換 兩大分支 電力電子技術(shù) 電力電子器件 制造技術(shù) 變流技術(shù) 變流 技術(shù) 電力電子器件構(gòu)成各種電力變換電路 { 對(duì)這些電路進(jìn)行控制的技術(shù) 變流技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)） —— 電力電子技術(shù)的核心 電力電子器件制造技術(shù) — 電力電子技術(shù)的基礎(chǔ) 相互支持、相互促進(jìn) 與其他學(xué)科的關(guān)系 電子學(xué) 電力學(xué) 控制理論 電力電子技術(shù) 圖 01描述電力電子學(xué)的倒三角形 邊緣學(xué)科 與電子學(xué)的關(guān)系 器件、電路 電力電 子器件制造技術(shù) 電子器件 制造技術(shù) 理論基礎(chǔ)、材料、制造工藝 分析方法、分析軟件 電子電路 電力電子 電路 電力電子電路 —— 電力變換 電子電路 —— 信息處理 信息電子電路器件 開(kāi)關(guān)狀態(tài) 放大狀態(tài) 電力電子電路器件 開(kāi)關(guān)狀態(tài) 功率損耗 電力電子技術(shù)廣泛用于電力工程 與電力學(xué)的關(guān)系 電力電子技術(shù) 高 壓 直 流 輸 電 靜 止 無(wú) 功 補(bǔ) 償 交 直 流 電 力 傳 動(dòng) 電 解 電 鍍 電 加 熱 電 力 機(jī) 車 牽 引 電力工程 高性能交直流電源 與控制理論的關(guān)系 控制理論 電力電子技術(shù) 弱電和強(qiáng)電接口 弱電控制強(qiáng)電 實(shí) 現(xiàn) 紐 帶 2. 電力電子技術(shù)的發(fā)展歷史 電力電子 器件的發(fā)展 電力變換 電路的發(fā)展 控制 技術(shù)的發(fā)展 20世紀(jì) 70年代 低壓小電流、高壓大電流晶閘管系列化 派生型晶閘管：雙向、逆倒、光控 半控型器件 1958 工業(yè)用晶閘管問(wèn)世、電力電子技術(shù)誕生 80年代后期 以 IGBT為代表的復(fù)合型器件異軍突起 MOSFET與 GTR復(fù)合 驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快；通態(tài)壓降小、載流能力大；主導(dǎo)器件 電力電子器件的發(fā)展 20世紀(jì) 70年代后期 全控型器件迅速發(fā)展 GTO、 GTR、 MOSFET 可通可斷、開(kāi)關(guān)速度高于晶閘管 全控型器件 全控復(fù)合型器件 功率集成模塊 把若干個(gè)電力電子器件及必要的輔助元件、電路模塊化，便于應(yīng)用。 20世紀(jì) 70年代以前，整流電路占有主導(dǎo)地位； 20世紀(jì) 80年代以后，逆變電路的應(yīng)用日益廣泛，但整流電路仍然占有重要地位。利用諧振原理，使電力電子器件在零電壓或零電流的條件下開(kāi)通、關(guān)斷，理論上可將開(kāi)關(guān)損耗降至零并抑制電磁干擾。 2）電力電子器件因處理電功率較大，為了減小本身的損 耗、提高效率，一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 PN結(jié)反向擊穿 施加 PN結(jié)反 向電壓過(guò)大 反向電流 急劇增大 破壞 PN結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài) 電力二極管 PN結(jié)的工作原理 電力二極管的結(jié)構(gòu)與基本特性 電力二極管的主要參數(shù) 電力二極管的主要類型 AKAKa )IKAP NJb )c ) 電力二極管的結(jié)構(gòu)與基本特性 UII FU FU TO0I FtrrtfI RPU RPt0 t1t2d i /d tRd i /d tFU RttiFU FP2Vt fr0U F(a) (b ) (c)圖 14 電力二極管的伏安特性 電力二極管 靜態(tài)特性 伏安特性 正向電壓為零，電流為零。 td= t1t0—— 延遲時(shí)間 tf= t2t1—— 電流下降時(shí)間 trr=td+tf—— 反向恢復(fù)時(shí)間 普通： 5～幾十微秒 快速： 幾百納秒 肖特基：幾十納秒 a) IF td trr tf IRP t1 t2 UF UR t dtdiFtF t0 dtdiRURP 在關(guān)斷之前有較大的反向電流，伴隨明顯的反向電壓過(guò)沖。2~3倍裕量。 正向承受一定電壓，兩個(gè)穩(wěn)定的工作狀態(tài)：高阻抗的阻斷工作狀態(tài)和低阻抗的導(dǎo)通工作狀態(tài)。 2) 承受正向電壓時(shí) ， 僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管開(kāi)通 。 導(dǎo)通期間，如果門極電流為零，并且陽(yáng)極電流降至接近于零的某一數(shù)值 IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài)。 取正、反向重復(fù)峰值電壓中的較小者作為晶閘管的額定電壓。以正弦半波為例。 動(dòng)態(tài)特性：晶閘管在阻斷 、 導(dǎo)通這兩種狀態(tài)變換過(guò)程中所體現(xiàn)的特性 ， 包括開(kāi)通特性和關(guān)斷特性 ?；謴?fù)對(duì)正向電壓的阻斷能力。 門極可關(guān)斷晶閘管 GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理 結(jié)構(gòu) N 1P1 P 2AKGN2N2N2AGK與晶閘管的相同點(diǎn) PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 陽(yáng)極 A、陰極 K、門極 G 不同點(diǎn) 多元功率集成器件 內(nèi)部包含數(shù)百個(gè)小 GTO元 GTO元陽(yáng)極共有 GTO元陰極、門極在器件內(nèi)部并聯(lián) 陰極呈島狀結(jié)構(gòu)，周圍被門極所包圍，以減小門極和陰極之間的距離。 Ot0tiGiAIA9 0 % IA1 0 % IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6. GTO的動(dòng)態(tài)特性 下降時(shí)間 tf 陽(yáng)極電流從 90%IA起到下降到 10%IA為止的時(shí)間間隔。 舉例 ? off ? ATO I GM ___________ I 電力晶體管 電力晶體管 耐高電壓、大電流的雙結(jié)晶體管 其基本原理是通過(guò)控制基極電流來(lái)控制集電極電流的通斷。 功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管適用于開(kāi)關(guān)電源、高頻感應(yīng)加熱等高頻場(chǎng)合，但不適用于大功率裝臵。 結(jié)構(gòu)和工作原理 EGCN+Na )PN+N+PN+N+P+發(fā) 射 極 柵 極集 電 極注 入 區(qū)緩 沖 區(qū)漂 移 區(qū)J3J2J1GEC+++IDRd rICUJ 1b )GCc )EUd rN溝道 MOSFET與雙極型晶體管復(fù)合而成 ；以 GTR為主導(dǎo)元件、 N溝道 MOSFET為驅(qū)動(dòng)元件的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)。 0放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)ICUCEU TUGE增加U GE 1UGE 2U GE 3擊穿區(qū)當(dāng) UGEUT，集電極電流 IC與 uCE成線性關(guān)系，不隨 uGE而變化， IGBT處于飽和區(qū)，導(dǎo)通壓降較