【正文】 System on a Chip 智能功率模塊 IPM 以上各種類型器件的特點(diǎn)為： 電力電子器件的應(yīng)用領(lǐng)域 電力電子器件 應(yīng)用廣泛 電力電子器件允許的開關(guān)頻率與允許功率范圍及主要應(yīng)用領(lǐng)域 1 0 1 0 0 1 k 1 0 k 1 0 0 k 1 M1 0 01 k1 0 k1 0 0 k1 M1 0 M1 0 0 Mf / H zP / V A1 0 MGTO（機(jī)車、地鐵、SVG等）SCR（高壓直流輸電、靜止無功補(bǔ)償?shù)雀邏侯I(lǐng)域）GTR（UPS、空調(diào)、冰箱等）I G B T （ 電 機(jī) 調(diào) 速 、 逆 變 器 、變 頻 器 等 中 等 功 率 范 圍 ）M O S F E T （ 開 關(guān) 電 源 、日 用 電 器 、 汽 車 電 子 等 ） 電力二極管 結(jié)構(gòu)和原理簡單工作可靠 現(xiàn)在仍大量應(yīng)用于許多電氣設(shè)備 電力二極管 （半導(dǎo)體整流管） 20世紀(jì) 50年代初獲得應(yīng)用 應(yīng)用 快恢復(fù)二極管 肖特基二極管 斬波、逆變 高頻低壓儀表、 開關(guān)電源 PN結(jié)的工作原理 電力二極管在本質(zhì)上是一個(gè) PN節(jié)，只是加上電極引線、管殼封裝。 電力電子器件（ Power Electronic Device) 直接用于處理電能的主電路中，以開關(guān)方式實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。有源電力濾波器 電力變換電路的發(fā)展 高功率因數(shù)整流電路，采用自關(guān)斷器件、 PWM控制。包括電壓、電流、頻率、波形等方面的變換、控制。 原因？ 整流電路、逆變電路應(yīng)用最為廣泛。 電力變換電路的發(fā)展 新型電力變換電路：諧振型逆變電路 性能更佳 晶閘管電路 相位控制方式；全控型器件 PWM控制方式；就異步電動(dòng)機(jī)而言，矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制；就控制理論而言，自適應(yīng)控制、模糊控制。 3）電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中往往由信息電子電路來控 制。 正向電壓較小，正向電流很小，幾乎為零。 注意：電流、電壓反向問題 過沖 正偏壓時(shí)，正向偏壓降約為 1V左右；導(dǎo)通時(shí)，二極管看成是理想開關(guān)元件，因?yàn)樗拈_通時(shí)間很短； 但在關(guān)斷時(shí)，它需要一個(gè)反向恢復(fù)時(shí)間（ reverserrecovery time） 。 電力二極管的主要類型 普通二極管 (整流二極管） 多用于開關(guān)頻率 不高（ 1kHz以下） 的整流電路中 反向恢復(fù)時(shí)間長 一般在 5181。 RN P NP N PAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a) b)圖 17 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 a) 雙晶體管模型 b工作原理 ) 產(chǎn)生注入門極的觸發(fā)電流 IG的電路 觸發(fā) 門極觸發(fā)電路 對晶閘管的驅(qū)動(dòng) 反向截止 正向阻斷 晶閘管工作原理如以下方程所示 Ic1 = a1IA + ICBO1 (11) Ic2 = a2IK + ICBO2 (12) IK = IA + IG (13) IA = IC1 + IC2 (14) a1和 a2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。 3) 晶閘管一旦導(dǎo)通 ， 門極就失去控制作用 。 IH稱為 維持 電流。 晶閘管的靜態(tài)參數(shù) 取晶閘管的 UDRM和 URRM中較小者作為額定電壓。 考慮到實(shí)際散熱條件、過載現(xiàn)象，留有 ~2倍的裕度。 開通特性：晶閘管在正向偏臵并受到理想電流觸發(fā)時(shí)的導(dǎo)通情況 。 關(guān)斷時(shí)間 tq tq=trr+tgr 普通晶閘管的時(shí)間約為幾百微秒 uA Ktt00tr rtg riAt1t2t3t4to f f斷態(tài)電壓臨界上升率 du/dt 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。陰極寬度越窄、門極與陰極距離越短（橫向電阻小），越利于關(guān)斷。在這段時(shí)間里，繼續(xù)從門極抽出電流，陽極電流逐漸減小，當(dāng) α 1+α 2≤1 后，內(nèi)部正反饋停止而使 GTO退出飽和。相對于 GTO， GTR具有控制方便、開關(guān)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于交流電機(jī)調(diào)速、不間斷電源（ UPS）以及家用電器等中小容量的變流裝臵中。 結(jié)構(gòu)和工作原理 增強(qiáng)型 UGS=0時(shí)，無導(dǎo)電溝道， ID=0 耗盡型 UGS=0時(shí)，存在導(dǎo)電溝道 結(jié)型 —— 靜電感應(yīng)晶體管 種類 功率場效應(yīng)晶體管 P溝道 空穴 N溝道 電子 絕緣柵型 功率 MOSFET垂直導(dǎo)電 利用 V型槽實(shí)現(xiàn)垂直導(dǎo)電 VVMOSFET 具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散 MOS結(jié)構(gòu) VDMOSFET 小功率 MOS橫向?qū)щ? 電壓電流能力 D G S N溝道 D S G P溝道 P N+ N+ N N+ N+ N+ P 溝道 S G D 無反向阻斷能力 無二次擊穿，寬安全工作區(qū) 多元功率集成器件 D G S N溝道 當(dāng)漏、源極間加正向電壓，柵、源極間 UGS=0時(shí)，漏源極之間無電流流過。等效電路中 Rdr是 GTR基區(qū)內(nèi)的擴(kuò)展電阻。 UT=2~6V， UGE=15V 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) 特性 靜態(tài)特性 —— 轉(zhuǎn)移特性 集電極電流 IC和柵射電壓 UGE的關(guān)系，它表征 UGE對 IC的控制能力。 ? 集電極連續(xù)電流 IC 、集電極峰值電流 ICM 表征電流容量，額定電流。溫度升高 ?動(dòng)態(tài)掣住效應(yīng)比靜態(tài)掣住效應(yīng)所允許的集電極電流小。 ?控制方式：相位控制 觸發(fā)角 輸出直流電壓平均值 第 2章 相控整流電路 整流電路的分類 ： ?按器件組成： 不可控、半控、全控 ?按電網(wǎng)、交流電相數(shù)： 單相、三相 、 多相 ?按接線方式 ： 半波、全波 第 2章 相控整流電路 整流電路形式繁雜，重點(diǎn)掌握 ： ?電路拓?fù)? ?控制策略 ?工作原理、波形分析 ?數(shù)量關(guān)系 第 2章 相控整流電路 單相可控整流電路 三相可控整流電路 變壓器漏感對整流電路的影響 有源逆變 電路 電容濾波的不可控整流電路 整流電路的諧波和功率因數(shù) 其他可控整流電路 本章小結(jié) 重點(diǎn) 重點(diǎn) 重點(diǎn) 單相可控整流電路 單相半波可控整流電路 單相橋式可控整流電路 單相橋式全控整流電路 單相橋式半控整流電路 單相全波可控整流電路 單相半波可控整流電路 TV TR0a )u1u2uV Tudid? t1?2 ?? t? t? t? tu2uguduV T??0b )c )d )e )00 單相半波可控整流電路 1. 電阻負(fù)載 TV TR0a )u1u2uV Tudid? t1?2 ?? t? t? t? tu2uguduV T??0b )c )d )e )00變壓器 T 變換電壓 隔離 交流輸入為單相，直流輸出電壓波形只在交流輸入的正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱為單相半波可控整流電路。 )s i n()s i n( t a n ????? ?????? ?e初始條件： ωt= ? ， id=0。 當(dāng) u2為正時(shí) ， VD承受反向電壓呈關(guān)斷狀態(tài) ， 不起作用 。 交流回路中含有直流分量 ，造成換流變壓器鐵芯飽和 ， 設(shè)備利用率下降 。 VT2和 VT3導(dǎo)通后， u2通過 VT2和 VT3分別向 VT1和 VT4施加反壓使 VT1和 VT4關(guān)斷，流過 VT1和 VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到 VT2和VT3上，此過程稱 換相 ，亦稱 換流 。 單相可控整流電路 單相半波可控整流電路 單相橋式可控整流電路 單相橋式全控整流電路 單相橋式半控整流電路 自學(xué) 單相全波可控整流電路 自學(xué) 第 2章 相控整流電路 單相可控整流電路 三相可控整流電路 變壓器漏感對整流電路的影響 有源逆變 電路 電容濾波的不可控整流電路 整流電路的諧波和功率因數(shù) 其他可控整流電路 本章小結(jié) 重點(diǎn) 重點(diǎn) 重點(diǎn) ?單相可控整流電路簡單經(jīng)濟(jì) 、 直流輸出波形脈動(dòng)大 ?交流測由三相電源供電 ?負(fù)載容量較大 ， 或要求直流電壓脈動(dòng)較小 、 易濾波時(shí)采用 。
。 三相可控整流電路 三相可控整流電路 三相半波可控整流電路 三相橋式全控整流電路 2. 三相半波可控整流電路 a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubuc? =0O? t1? t2? t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1? t? t? t? t? t2. 三相半波可控整流電路 電路的特點(diǎn)： ? 變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形避免 3次諧波流入電網(wǎng)。 22U數(shù)量關(guān)系 移相范圍 ： 0~π/2 REui ?? dd22a rc s i n UE??a )b )REidudidOEud? tIdO? t???3. 反電動(dòng)勢負(fù)載 |u2| E 時(shí)，晶閘管承受正電壓，才有導(dǎo)通的可能。 Ti2aVT1VT3idR?u1u2a )bVT2VT4ud? t? t? t000i2udidb )c )d )ud( id)? ?uV T1 , 4 單相橋式全控整流電路 特點(diǎn)： ? VT1和 VT4組成一對橋臂，在 u2正半周承受電壓 u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通。 b. 減輕晶閘管的負(fù)擔(dān) 。換言之，在一個(gè)周期內(nèi)，電感儲(chǔ)存的能量等于釋放的能量。 移相范圍 使輸出電壓從最大值到最小值 變化的觸發(fā)延遲角的變化范圍 導(dǎo)通角 晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通 態(tài)的電角度 ， 用 θ 表示 。 限制電流容量原因之一 IGBT的掣住效應(yīng)和安全區(qū) IGBT的掣住效應(yīng)和安全區(qū) ?正向偏臵安全工作區(qū) 規(guī)范開通過程、通態(tài)工作點(diǎn)最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大集電極功耗確定 IGBT在導(dǎo)通工作狀態(tài)的參數(shù)極限 范圍。集電極峰值電流 ICM為避免掣住效應(yīng)而定義。 ICUTUGEO 特性 動(dòng)態(tài)特性 輸入電壓（ uGE）和集電極電流（ IC）、輸出電壓（ uCE）的關(guān)系 ttt10 %