【正文】 本章學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)要點(diǎn) 111 PN結(jié)與電力二極管的工作原理 電力二極管的基本特性 電力二極管的主要參數(shù) 電力二極管的主要類型 不可控器件 — 電力二極管 112 不可控器件 — 電力二極管 電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 電力電子器件的概念和特征 3）同處理信息的電子器件相比的一般特征 16 通態(tài)損耗 是器件功率損耗的主要成因。 118 額定電流 ——在指定的管殼溫度和散熱條件下 ， 其允許流過(guò)的最大 工頻正弦半波電流 的平均值 。使用時(shí)應(yīng)按 有效值相等的原則 來(lái)選取晶閘管。 和普通晶閘管的 不同點(diǎn) ： GTO是一種多元的功率集成器件。 只要 Ic不超過(guò)限度 ， GTR一般不會(huì)損壞 ， 工作特性也不變 。 (3) 最大集電極功耗 PCM —— 包括額定直流電流 IC和 1ms脈寬最大電流 ICP 。 缺點(diǎn) ： 柵極不加信號(hào)時(shí)導(dǎo)通 ， 加負(fù)偏壓時(shí)關(guān)斷 ， 稱為 正常導(dǎo)通型 器件 ， 使用不太方便 。 實(shí)際應(yīng)用電路 167 功率模塊與功率集成電路 功率集成電路的主要技術(shù)難點(diǎn)： 高低壓電路之間的絕緣問(wèn)題 以及 溫升和散熱的處理 。 186 晶閘管的串聯(lián) 靜態(tài)均壓措施 ： 選用參數(shù)和特性盡量一致的器件 。 并聯(lián)使用時(shí)也具有電流的自動(dòng)均衡能力 ， 易于并聯(lián) 。 電路走線和布局應(yīng)盡量對(duì)稱 。 另外兩種常用的緩沖電路 a) RC吸收電路 b) 放電阻止型 RCD吸收電路 184 晶閘管的串聯(lián) 晶閘管的并聯(lián) 電力 MOSFET和 IGBT并聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn) 185 晶閘管的串聯(lián) 問(wèn)題 ：理想串聯(lián)希望器件分壓相等 ， 但因特性差異 ， 使器件電壓分配不均勻 。 將器件與邏輯 、 控制 、 保護(hù) 、 傳感 、 檢測(cè) 、 自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上 ， 稱為 功率集成電路（ Power Integrated Circuit—— PIC） 。 每個(gè)元的組成為：一個(gè) PNPN晶閘管 ， 一個(gè)控制該晶閘管開(kāi)通的 MOSFET， 和一個(gè)控制該晶閘管關(guān)斷的MOSFET。 通態(tài)壓降 ： 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) 使電阻 RN減小 ， 使通態(tài) 壓降減小 。實(shí)際使用時(shí)要留有裕量 ， 只能用到 IcM的一半或稍多一點(diǎn) 。 高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額都不易做高。 使用注意： 1） 電壓定額 反向重復(fù)峰值電壓 URRM —— 在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。 可能會(huì)對(duì)主電路的其它電路元件有 特殊的要求 。 2）分類 電真空器件 (汞弧整流器、閘流管 ) 半導(dǎo)體器件 (采用的主要材料硅） 仍然 電力電子器件的概念和特征 電力電子器件 15 能處理電功率的能力，一般遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。 器件開(kāi)關(guān)頻率較高時(shí)， 開(kāi)關(guān)損耗 可能成為器件功率損耗的主要因素。 電力二極管的主要參數(shù) 1) 正向平均電流 IF(AV) 2） 正向壓降 UF 在指定溫度下，流過(guò)某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降。 2） 電流定額 維持電流 IH —— 使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。 137 工作原理 ： RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a) b)晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 ?1+?2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。 安 全 工 作 區(qū) （ Safe Operating Area—— SOA） 最高電壓 UceM、 集電極最大電流 IcM、 最大耗散功率 PcM、二次擊穿臨界線限定 。 (2) 最大集電極電流 —— 由內(nèi)部 PNP晶體管的擊穿電壓確定。 通態(tài)電阻較大 ， 通態(tài)損耗也大 ， 因而還未在大多數(shù)電力電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用 。 以前功率集成電路的開(kāi)發(fā)和研究主要在中小功率應(yīng)用場(chǎng)合 。 采用電阻均壓 ， Rp的阻值應(yīng)比器件阻斷時(shí)的正 、 反向電阻小得多 。 電力 MOSFET并聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn) 189 電力電子器件分類“樹(shù)” 本章小結(jié) 主要內(nèi)容 全面介紹各種主要電力電子器件的基本結(jié)構(gòu) 、工作原理 、 基本特性和主要參數(shù)等 。 注意選用 Ron、 UT、 Gfs和 Ciss盡量相近的器件并聯(lián) 。 di/dt抑制電路和 充放電型 RCD緩沖電路及波形 其中 RC緩沖電路主要用于小容量器件 ， 而放電阻止型 RCD緩沖電路用于中或大容量器件 。 對(duì)工作頻率高的電路 ， 可大大減小線路電感 ， 從而簡(jiǎn)化對(duì)保護(hù)和緩沖電路的要求 。 一個(gè) MCT器件由數(shù)以萬(wàn)計(jì)的 MCT元組成 。 導(dǎo)通： uGE大于開(kāi)啟電壓 UGE(th)時(shí) ， MOSFET內(nèi)形成溝道 ，為晶體管提供基極電流 ， IGBT導(dǎo)通 。 BUcbo BUcex BUces BUcer Buceo 146 電力晶體管 通常規(guī)定為 hFE下降到規(guī)定值的 1/2~1/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的 Ic 。 普通晶閘管關(guān)斷時(shí)間數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)十微秒，高頻晶閘管 10?s左右 。 選用時(shí) ， 一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓 2~3倍 。 掌握電力電子器件的型號(hào) 命名法 ，以及其 參數(shù)和特性曲線的使用方法 。 主電路（ Main Power Circuit） —— 電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路。 主要損耗 通態(tài)損耗 斷態(tài)損耗 開(kāi)關(guān)損耗 關(guān)斷損耗 開(kāi)通損耗 電力電子器件的概念和特征 電力電子器件的損耗 17 電力電子系統(tǒng) ：由 控制電路 、 驅(qū)動(dòng)電路 、 保護(hù)電路 和以電力電子器件為核心的 主電路 組成。 119 對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓 。 擎住電流 IL —— 晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后，能維持導(dǎo)通所需的最小電流。 1） GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理 138 門極可關(guān)斷晶閘管 O t i G 0 t 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 GTO的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程電流波形 2) GTO的動(dòng)態(tài)特性 139 門極可關(guān)斷晶閘管 3) GTO的主要參數(shù) —— 延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和。 SOA O I c I cM P SB P cM U ce U ceM GTR的安全工作區(qū) (4) GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū) 二次擊穿 ： 一次擊穿發(fā)生時(shí)， Ic突然急劇上升，電壓陡然下降。 (1) 最大集射極間電壓 UCES 158 絕緣柵雙極晶體管 IGBT的特性和參數(shù) 特點(diǎn) 可以總結(jié)如下 ： 開(kāi)關(guān) 速度高 ， 開(kāi)關(guān) 損耗小 。 SIT（ Static Induction Transistor） —— 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管 163 靜電感應(yīng)晶閘管 SITH SITH是兩種載流子導(dǎo)電的雙極型器件 ， 具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) ， 通態(tài)壓降低 、 通流能力強(qiáng) 。 智能功率模塊在一定程度上回避了上述兩個(gè)難點(diǎn) ,最近幾年獲得了 迅速發(fā)展 。 b) R C R C VT 1 VT 2 R P R P a) I O U U T1 I R U T2 VT 1 VT 2 晶閘管的串聯(lián) a) 伏安特性差異 b) 串聯(lián)均壓措施 動(dòng)態(tài)均壓措施 ： 選擇動(dòng)態(tài)參數(shù)和特性盡量一致的器件 。 集中