電力電子技術(shù)講稿(最新整理(存儲版)
【正文】 一些電路，以保證電力電子器件和整個系統(tǒng)正常可靠運行 電氣隔離 控制電路 電力電子技術(shù)講稿 10 不可控器件 — 電力二極管 ? Power Diode 結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠，自 20 世紀(jì) 50 年代初期就獲得應(yīng)用。 電容影響 PN結(jié)的工作頻率，尤其是高速的開關(guān)狀態(tài)。 正向恢復(fù)時間 tfr。 TJM是指在 PN結(jié)不致?lián)p壞的前提 下所能承受的最高平均溫度。 肖特基二極管的 弱點 反向耐壓提高時正向壓降會提高，多用于 200V以下。 1958 年商業(yè)化。 常用晶閘管的結(jié)構(gòu) 電力電子技術(shù)講稿 16 按 晶體管的工作原理 ，得： 111 C B OAc III ?? ? （ 11） 222 C B OKc III ?? ? （ 12） GAK III ?? （ 13） 21 ccA III ?? （ 14） 式中 ?1和 ?2分別是晶體管 V1 和 V2 的共基極電流增益； ICBO1 和 ICBO2分別是 V1 和 V2的共基極漏電流。 承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。 反向阻斷狀態(tài)時，只有極小的反相漏電流流過。標(biāo)稱其額定電流的參數(shù)。 通態(tài)電流臨界上升率 di/dt —— 指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率。 有兩個主電極 T1和 T2，一個門極 G。 a) b) I O U I G = 0 G T 1 T 2 a) K G A b) U O I I G = 0 電力電子技術(shù)講稿 21 圖 112 光控晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性 a) 電氣圖形符號 b) 伏安特性 典型全控型器件 門極可關(guān)斷晶閘管 ——在晶閘管問世后不久出現(xiàn)。 ?1+?2=1 是器件臨界導(dǎo)通的條件。 c)圖1 1 3AG K G GKN1P1N2N2 P2b)a)AGKRNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a) b)電力電子技術(shù)講稿 23 下降時間 tf 尾部時間 tt —殘存載流子復(fù)合。 不少 GTO 都制造成逆導(dǎo)型，類似于逆導(dǎo)晶閘管，需承受反壓時，應(yīng)和電力二極管串聯(lián) 。 1） GTR 的結(jié)構(gòu)和工作原理 圖 115 GTR 的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動 a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 電氣圖形符號 c) 內(nèi)部載流子的流動 與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的。 在電力電子 電路中 GTR 工作在開關(guān)狀態(tài)。 GTR 的開關(guān)時間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和 GTO 都短很多 。 當(dāng)考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流 Iceo時， ic和 ib的關(guān)系為 ic=? ib +Iceo （ 110） 單管 GTR 的 ? 值比小功率的晶體管小得多，通常為 10左右，采用達(dá)林頓接法可有效增大電流增益。 O t 0 t i G i A I A 90% I A 10% I A t t t f t s t d t r t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 電力電子技術(shù)講稿 24 耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（ Bipolar Junction Transistor—— BJT），英文有時候也稱為 Power BJT。 （ 2） 關(guān)斷時間 toff —— 一般指儲存時間和下降時間之和，不包括尾部時間。 多元集成結(jié)構(gòu)還使 GTO 比普通晶閘管開通過程快，承受 di/dt 能力強 。 和普通晶閘管的 不同點 ： GTO 是一種多元的功率集成器件 圖 113 GTO 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 a) 各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b) 并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖 c) 電氣圖形符號 工作原理： 與普通晶閘管一樣，可以用圖 17 所示的雙晶體管模型來分析。 光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響。 由于工作頻率較高，不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。 3）動態(tài)參數(shù) 除開通時間 tgt 和關(guān)斷時間 tq外，還有： 斷態(tài)電壓臨界上升率 du/dt —— 指在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通 態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率。 選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓 2~3 倍。 晶閘管本身的壓降很小，在 1V左右。 其他幾種可能導(dǎo)通的情況 ： 陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng) 陽極電壓上升率 du/dt過高 結(jié)溫較高 光觸發(fā) 光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路之間的良好絕緣而應(yīng)用于高壓電力設(shè)備中，稱為 光控晶閘管 （ Light Triggered Thyristor——LTT）。 螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便。 電力電子技術(shù)講稿 15 AAGGKKb) c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3 半控器件 — 晶閘管 晶閘管 （ Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器（ Silicon Controlled Rectifier——SCR） 1956 年美國貝爾實驗室發(fā)明了晶閘管。前者 trr 為數(shù)百納秒或更長，后者則在 100ns 以下，甚至達(dá)到 20~30ns。 使用時，應(yīng)當(dāng)留有兩倍的裕量。 關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過沖。 PN結(jié)的反向擊穿（兩種形式 ) 雪崩擊穿 齊納擊穿 均可能導(dǎo)致熱擊穿 PN結(jié)的電容效應(yīng)： PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn) 電容效應(yīng) ，稱為 結(jié)電容 CJ， 又稱為微分電容 。 掌握電力電子器件的型號 命名法 ，以及其 參數(shù)和特性曲線的使用方法。 主要損耗 通態(tài)損耗 斷態(tài)損耗 開關(guān)損耗 開通損耗 關(guān)斷損耗 電力電子技術(shù)講稿 9
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