20全控型电力电子器件
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全控型器件名词解释
全控型器件(英语:Fully Controlled Device),在电力电子学中,是一种可以在没有反向电压的情况下控制其电流的电子器件。
常见的全控型器件包括二极管、晶闸管、以及新发展的功率场效应管(Power Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)、绝缘栅双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)等。
全控型器件在许多领域都有应用,包括**电力系统和电动机**。
在电力系统中,它们可以用来控制发电机的开关和电流的大小。
在电动机中,这些器件可以通过调节电压来控制电机的速度和方向。
此外,全控型器件还可以用于**电子设备和家用电器**的控制器中,例如电视、音响、照明设备等。
通过使用全控型器件,这些设备的电源和控制电路可以实现更加灵活和智能的控制。
除此之外,全控型器件还被广泛应用于**汽车工业**。
特别是在电动汽车中,全控型器件作为逆变器的一部分,可以将电池中的直流能转换成交流能,从而驱动车轮。
问题的提出¾为什么要开发全控型器件?¾半控型器件有哪些限制?在很多情况下,如何将器件关断是一个突出的问题。
¾对关断要求不高,或有其他很有效的方法关断器件时,半控型器件是合适的。
¾反之,就需要全控型器件。
¾5.1 门极可关断晶闸管(GTO)¾5.2 电力晶体管(GTR、PRT)¾5.3 电力场效应晶体管(P-MOSFET)¾5.4 绝缘栅双极晶体管(IGBT)¾5.5 其他全控型电力电子器件¾5.6 模块和智能功率模块(IPM)¾5.7 电力电子技术发展概貌¾5.8 电力半导体器件和装置的保护门极可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor-GTO)¾晶闸管的一种派生器件。
¾可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。
¾电压、电流容量较大,与普通晶闸管接近,在兆瓦级以上的大功率场合有较多应用ABB 5SGA 30J2501可看成多个小的这些小的SCR结单元一个单元极是被门极包围的条状阴极的宽度越窄,通态电流越容易被关断¾阴极面积太大结论¾GTO导通过程与普通晶闸管一样,只是导通时饱和程度较浅。
9SCR深度饱和(1.15),GTO临界饱和(稍大于1)¾GTO关断过程中有强烈正反馈使器件退出饱和而关断。
¾多元集成结构使得GTO比普通晶闸管开通过程快,承受di/dt能力强。
5.2 GTO的特性和参数大部分参数和SCR一样或类似,除了:¾门极关断电流I:指GTO从通态转为断GM态所需的门极反向瞬时峰值电流的最小值。
注意:¾GTO管压降要大些,直流通态损耗也大些。
¾GTO的关断是由门极负脉冲完成的,所以门极功耗要大些。
GTO的基本缓冲电路1)GTO 开通和关断时的波形开通时间t on =t d +t r¾t d ——触发延迟时间为门极触发电流从0.1I FGM 上升开始,至GTO 开始导通、阳极电压下降至0.9U d 的时间间隔。
全控型器件特点
全控型器件是指可以在整个周期内对电流或电压进行控制的器件。
全控型器件的特点主要体现在以下几个方面:
1. 控制范围广:全控型器件可以对电流或电压进行全程控制,可以实现从零到最大值的连续调节。
这使得它在不同的应用场景中具有灵活性和适应性。
2. 精度高:全控型器件具有较高的控制精度,可以实现对电流或电压的精确控制。
这对于一些对电流或电压要求较高的应用来说十分重要,例如电力电子设备中的功率控制。
3. 响应速度快:全控型器件的响应速度较快,能够在很短的时间内实现对电流或电压的调节。
这使得全控型器件在实时控制和快速响应的应用中具有优势,例如交流调速系统和电力变换器。
4. 可靠性高:全控型器件的结构简单、稳定性好,能够在恶劣的环境条件下工作,具有较高的可靠性。
这使得全控型器件在一些对稳定性要求较高的应用中得到广泛应用,例如电力系统和工业自动化领域。
5. 控制灵活:全控型器件可以通过改变控制信号的幅值、频率和相位等参数来实现对电流或电压的控制。
这使得它具有灵活性,可以根据实际需求进行调节和变化。
6. 功能强大:全控型器件可以实现多种功能,例如电流调节、电压调节、功率调节和相位控制等。
这使得它在不同的应用场景中具有广泛的适用性和灵活性。
总的来说,全控型器件具有控制范围广、精度高、响应速度快、可靠性高、控制灵活和功能强大等特点。
这些特点使得全控型器件在电力电子、工业自动化、交通运输、通信等领域得到广泛应用,对于提高系统的控制性能和稳定性具有重要作用。
典型全控型器件的介绍班级学号 :姓名日期一.门极可关断晶闸管1.1门极可关断晶闸管的简介门极可关断晶闸管简称GTO,是一种全控型的晶闸管。
其主要特点为,当栅极加负向触发信号时晶闸管能自行关断,保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点,以具有自关断能力,使用方便,是理想的高压、大电流开关器件。
GTO的容量及使用寿命均超过巨型晶体管(GTR),只是工作频纺比GTR低。
目前,GTO 已达到3000A、4500V的容量。
大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域,显示出强大的生命力。
1.2门极可关断晶闸管的结构和工作原理GTO是PNPN四层半导体结构,外部引出阳极,阴极和门极,是多元件的功率集成器件,内部由许多的GTO元的阳极和门极并联在一起。
其工作原理可用双晶体管来分析P1N1P1和N1P2N2构成的两个晶体管V1,V2分别具有共基极电流增益α1和α2,普通的晶体管分析,α1+α2=1是器件的临界导电条件,当α1+α2>1时2,当α1+α2<1时不能维持饱和导通而关断。
1.3 GTO的驱动方式及频率当信号要求可关断晶闸管导通时,驱动电路提供上升率足够大的正栅极脉冲电流(其幅度视晶闸管容量不同在0.1到几安培范围内),其正栅极脉冲宽度应保证门极关断晶闸管可靠导通。
当信号要求门极关断晶闸管关断时,驱动电路提供上升率足够大的负栅极脉冲电流,脉冲幅度要求大于可关断晶闸管阳极电流的五分之一,脉冲宽度应大于可关断晶闸管的关断时间和尾部时间。
根据对驱动门极关断晶闸管的特性、容量、应用场合、电路电压、工作频率、可靠性要求和性价比等方面的不同要求,有多种形式的栅极驱动电路。
1.4存在的问题及其最新的发展GTO在使用中,导通时的管压降较大,增加了通态损耗。
对关断负脉冲的要求较高,门极触发电路需要严格设计,否则易在关断过程中烧毁管子。
门极电流应大于元件的擎住电流IL;正负触发脉冲其前沿要陡,后沿要平缓,中小功率电路上升沿小于0.5μs ,大功率电路小于1μs ;门极电路电阻要小,以减小脉冲源内阻由于多元集成,对制造工艺提出极高的要求,它要求必须保持所有GTO元特性一致,开通或关断速度不一致,会使GTO元因电流过大而损坏。
电力电子技术试题库答案来源:欧阳陶昱的日志电力电子技术试题库答案一、填空题(每空1分,共20分)1、电力电子技术是利用(电力电子器件)对电能进行(控制、转换和传输)的技术.3电力电子技术研究的对象是(电力电子器件的应用)、(电力电子电路的电能变换原理)和电力电子装置的开发与应用。
.1957年(美国通用电气(GE)公司)研制出第一只晶闸管,它标志着(电力电子技术)的诞生。
6、电力二极管的主要类型有(普通二极管),(快恢复二极管)和肖特基二极管。
7、电力二极管的主要类型有普通二极管,(快恢复二极管)和(肖特基二极管)。
8、晶闸管是一种既具有(开关作用),又具有(整流作用)的大功率半导体器件。
9、晶闸管有三个电极,分别是(阳极),(阴极)和门极或栅极。
10、晶闸管有三个电极,分别是阳极,(阴极)和(门极或栅极)。
11、晶闸管的正向特性又有(阻断状态)和(导通状态)之分。
12、半控型电力电子器件控制极只能控制器件的(导通),而不能控制器件的(关断)。
13、电流的波形系数Kf指(电流有效值)和(电流平均值)比值。
14、电力晶体管是一种(耐高压)、(大电流)的双极型晶体管。
15、电力晶体管的安全工作区分为(正偏安全工作区)和(反偏安全工作区)。
16、双向晶闸管有两个(主)电极和一个(门)极。
17、双向晶闸管有(I+触发方式),(I-触发),III+触发和III-触发。
18、IGBT的保护有(过电流保护),过电压保护和(过热保护)。
19、降压变换电路的输出电压与输入电压的关系为(Uo=DUd),升压变换电路的输出电压与输入电压的关系为(Uo=Ud/(1-D))。
20、全控型电力电子器件控制极既能控制器件的(导通),也不能控制器件的(关断)。
21、电力器件的换流方式有(器件换流),(电网换流),负载换流和脉冲换流。
22、负载换流式逆变电路分为(并联谐振式),(串联谐振式)。
23、按照稳压控制方式,直流变换电路可分为(脉冲宽度调制)和(脉冲频率调制)。
四种典型的全控型器件班级学号:********* 姓名:***日期:2013.10.3四种典型的全控型器件全控型器件:通过控制信号既可以控制其导通,又可以控制其关断的电力电子器件被称为全控型器件,又称为自关断器件。
四种典型全控型器件:只在汽车点火装置和电视机行扫描电路中进行试用。
自70年代中期开始,GTO的研制取得突破,相继出世了1300V/600A、2500V/1000A、4500V/2400A的产品,目前已达9kV/25kA/800Hz及6Hz/6kA/1kHz的水平。
(2)大功率晶体管(GTR)GTR是一种电流控制的双极双结电力电子器件,产生于本世纪70年代,其门极可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor—GTO),电力晶体管(Giant Transistor-GTO),电力场效应晶体管(Power MOSFET),绝缘栅双极晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT)。
容量比较:(1)1964年,美国第一次试制成功了500V/10A的GTO。
在此后的近10年内,GTO的容量一直停留在较小水平,额定值已达1800V/800A/2kHz、1400v/600A/5kHz、600V/3A/100kHz。
(3)功率MOSFET目前制造水平大概是1kV/2A/2MHz和60V/200A/2MHz。
(4)绝缘门极双极型晶体管(IGBT)IGBT是由美国GE公司和RCA公司于1983年首先研制的,当时容量仅500V/20A,且存在一些技术问题。
目前,其研制水平已达4500V/1000A。
开关频率:GTO的延迟时间一般为1~2us;下降时间一般小于2us。
GTR的开关时间一般在几微秒以内,比晶闸管短很多,也短于GTO。
MOSFET的开关时间一般在10--100ns之间。
IGBT的开关时间要低于电力MOSFET。
驱动方式和驱动功率:GTO:电流驱动型,驱动功率大。
新能源汽车故障诊断考试题含参考答案1、()不属于电动汽车常见危险。
A、碰触高压电B、高温蒸汽烫伤C、辐射D、火灾答案:C2、从近期来看,()、铝合金仍然是主流的新能源汽车轻量化材料。
A、高强钢B、碳纤维C、镁合金D、塑料答案:A3、起火被烧毁的电池要()A、浸在水里,防止再次起火B、使用消防沙处理C、直接托运返厂D、拆分放置答案:B4、在车辆“READY”时测量新能源汽车低压蓄电池的电压,这时所测的电压值为()的电压。
A、车载充电机输出B、DC/DC 输出C、高压保险盒输出D、电机控制器输出答案:B5、下面不属于交流发电机工作特性的是()A、外特性B、空载特性C、伏安特性D、输出特性答案:C6、在维修带有高电压的新能源汽车前,务必规范执行高电压的()和()操作,避免因意外高压触电。
A、断电;检验B、断电;通电C、通电;检验D、防护;检验答案:A7、如果作业过程中有人触电,触电者呼吸和心跳均已停止,最有效的做法是:应立即()。
A、电话联系医护人员,等待医护人员赶到现场急救B、采用心肺复苏法进行急救C、口对口进行人工呼吸D、搬运触电者到通风处答案:A8、下列()电池不能作为新能源汽车的动力电池。
A、镍氢电池B、镍镉电池C、锂电池D、燃料电池答案:B9、二次电池容量降至某一规定值之前,电池所能耐受的循环次数称为电池()。
A、放电次数B、循环周期C、循环寿命D、耐受指数答案:C10、电动汽车充电模式 4:将电动汽车连接到交流电网或直流电网时,使用了带控制导引功能的()。
A、直流供电设备B、交流供电设备C、充电连接电缆D、控制引导装置答案:A11、未充放电时正负极两端的端电压是()A、开路电压B、终止电压C、工作电压D、标称电压答案:A12、()不是高压线束高压控制盒引脚的释义。
A、PTC电源正极B、压缩机电源负极C、充电机电源正极D、互锁线接线答案:D13、挡风玻璃清洗液一般情况下都可以通用,除了()参数之外不需要特别关注。
典型全控型器件利用控制信号可控制开通与关断的器件称为全控型器件,通常也称为自关断器件。
全控型器件通常分为电流控制型与电压控制型两类。
电流控制型器件从控制极注入或抽取电流信号来控制器件的开通或关断,如可关断晶闹管(GTO)、大功率晶体管(GTR)等。
这类器件的主要特点是控制功率较大、控制电路复杂、工作频率较低。
电压控制型器件通过在控制极建立电场——提供电压信号来控制器件的开通与关断,如功率场效应臀(简称功率MosFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。
与电流控制型器件相比,这类器件的主要特点是控制功率小、控制电路简单、工作频率较高。
20世纪80年代以来,电力电子技术进入了一个崭新时代。
典型代表是(1)门极可关断晶闸管,(2)电力晶体管,(3)电力场效应晶体管(4)绝缘栅双极晶体管。
一. 可关断晶闸管1 .特点:(1) 晶闸管的一种派生器件.(2)可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。
(3)GTO的电压、电流容量较大,与普通晶闸管接近,因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。
2.可关断晶闸管的结构与工作原理与普通晶闸管的相同点: PNPN四层半导体结构,外部引出阳极、阴极和门极。
和普通晶闸管的不同点:GTO是一种多元的功率集成器件栅的结构示意图、等效电路、电气符号如图1所示。
与普通晶闸管一样,可以用图1-7所示的双晶体管模型来分析。
由P1N1P2和图1 GT()的结构示意图、等效电路与电气符号)工作原理:图2 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理N1P2N2构成的两个晶体管V1、V2分别具有共基极电流增益1和 2 。
1+ 2=1是器件临界导通的条件。
3. GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别:a) 设计2较大,使晶体管V2控制灵敏,易于GTO关断。
b) 导通时1+ 2更接近1,导通时接近临界饱和,有利门极控制关断,但导通时管压降增大。
c) 多元集成结构,使得P2基区横向电阻很小,能从门极抽出较大电流。
电力电子器件的种类
电力电子器件的种类很多,按照不同方法可以分成不同类型。
一、按照能够被控制电路信号所控制的程度
1.半控型器件
通过控制信号只能控制其导通,不能控制其关断的电力电子器件。
主要是指晶闸管及其大部分派生器件。
2.全控型器件
通过控制信号既可以控制其导通,又可以控制其关断的电力电子器件。
目前最常用的是IGBT和Power MOSFET。
3.不可控器件
器件本身没有没有导通、关断控制功能,而是需要根据外电路条件决定其导通、关断状态的器件称为不可控器件。
电力二极管就是典型的不可控器件。
二、按照驱动信号的性质
1.电流驱动型
通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。
代表性器件有晶闸管、门极可关断晶闸管、功率晶体管、IGBT等。
2.电压驱动型
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。
代表性器件为MOSFET管和IGBT管。
3.脉冲触发型
通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控制。
4.电平控制型
必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件开通。