电力电子技术第1章电力电子器件1PPT课件

流。）
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7
晶闸管的特性总结如下：
承受反向电压时，不论门极是否有触 发电流，晶闸管都不会导通。
承受正向电压时，仅在门极有触发电 流的情况下晶闸管才能开通。
晶闸管一旦导通，门极就失去控制作 用。
结论：
要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电 流降到接近于零的某一数值以下 。
SCR导通条件： UAK>0 同时 UGK>0 由导通→关断的条件：使流过SCR的电流降低至维持电流以下。
2IG ICBO1ICBO2
IA 1(1 2)
（1-5） 图1-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
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a) 双晶体管模型 b) 工作原理 9
➢ 正 向 阻 断 ： 开 关 S 断 开 ， IG=0 ，
1+2很小。流过晶闸管的漏电流稍大
于两个晶体管漏电流之和。
➢ 触发导通：开关S闭合，注入触发电
流IG。管子内部形成电流正反馈，V1、 V2饱和，1+2趋近于1，流过晶闸管 的电流IA急剧增大，晶闸管导通。IA实
普通晶闸管的关断时间约几
百微秒
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trr URRM tgr
晶闸管的开通和关断过程波形
15
（2）关断过程
反向阻断恢复时间trr：正向电流 降为零到反向恢复电流衰减至接
近于零的时间
正向阻断恢复时间tgr：晶闸管要 恢复其对正向电压的阻断能力还
需要一段时间
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16
在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正 向导通
第一章 电力电子器件
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1
电力电子器件(2)--晶闸管
• 1. 晶闸管的结构与工作原理 • 2. 晶闸管的基本特性 • 3. 晶闸管的主要参数 • 4. 晶闸管的派生器件

1. 概念
➢ 电力电子器件（Power Electronic Device） — 可直接用于主电路中，实现电能的变 换或控制的电子器件。
➢ 主电路（Main Power Circuit） — 电气设备或电力系统中，直接承担电 能的变换或控制任务的电路。
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
三相交流电源
接近于零,而电流由外电路决定 ；阻断时（断态） 阻抗很大，接近于断路，电流接近于零,管子两端 电压由外电路决定 。
➢ 电力电子器件一般需要由电子电路来控制和驱动。 ➢ 电力电子器件自身的功率损耗远大于电子器件，
一般都要安装散热器。
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第一章 电力电子器件
3.电力电子器件的损耗
3）保护电路
保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行
4）检测电路
由信息电路组成，检测主电路或应用现场信号
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第一章 电力电子器件
1.1.3 电力电子器件的分类
➢ 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
1. 半控型器件
— 通过控制信号可以控制其导通来自不能控制其关断。 -- SCR及派生器件
3. PN结加反向电压( 反向偏置)
外电场
1) PN结反向偏置时, PN 结仅流过很小 的反向饱和电流， PN 结反向截止。 PN 结表现为高阻 态.
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第一章 电力电子器件
2) 反向恢复过程
漂移运动达动态平
－ － －－ －－ ++ ++ ++ ++
衡, 在P区和N区的
－ － －－ －－ ++ ++ ++ ++少子飘移交界面处构成空间

05
交流-交流变换器
交流调压器
工作原理
通过控制晶闸管的导通角来调节输出电压的大小。
优点
结构简单，控制方便，效率高。
缺点
输出电压波形畸变较大，谐波含量高。
应用领域
灯光控制、电机软启动等。
交流调功器
01
工作原理
通过控制晶闸管的通断时间来调节 负载功率的大小。
缺点
晶闸管关断时会产生较大的电压尖 峰，需要采取保护措施。
压的降压变换。
电路结构
降压型变换器主要由输入滤波 电路、开关管、输出滤波电路 和控制电路组成。
控制方式
常见的控制方式有脉冲宽度调 制（PWM）和脉冲频率调制（ PFM）两种。
应用领域
广泛应用于电子设备中，如手 机、笔记本电脑等便携式设备
的电源管理。
升压型变换器
工作原理
通过控制开关管的导通和关断时间，实 现输入电压到输出电压的升压变换。
控制方式
可采用PWM、PFM或滞环控制等非线性控制方法，实现 输出电压的稳定调节。
电路结构
升降压型变换器主要由输入滤波电路、开关管、储能元件 （如电感或电容）和输出滤波电路组成，与升压型变换器 类似，但增加了降压功能。
应用领域
应用于需要宽范围电压输出的场合，如太阳能逆变器、不 间断电源（UPS）等。
03
02
优点
能够实现快速、无级调节负载功率 。
应用领域
电加热、电焊机等。
04
周波变换器
工作原理
将输入交流电的周波进行分割和重组，从而 得到所需频率和电压的交流电。
缺点
需要使用大量的电力电子器件，成本高，效 率低。
优点
能够实现频率和电压的灵活变换，输出波形 质量好。

电力电子器件(1)(5)幻灯片 PPT
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第1章 电力电子器件〔4学时〕
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——电力二极管 1.3 半控型器件——晶闸管 1.4 典型全控型器件 〔POWER MOSFET、IGBT〕 1.5 其他新型电力电子器件 〔自学〕 1.6 电力电子器件的驱动 1.7 电力电子器件的保护 1.8 电力电子器件的串联和并联使用〔自学〕
➢ 对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是 造成器件发热的原因之一。
■
应用电力电子器件的系统组成
➢电力电子系统：由控制电路、驱动电路和 以电力电子器件为核心的主电路组成
控
制
电
路
检测 电路
驱动 电路
V1 LR
V2 主电路
图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
■
应用电力电子器件的系统组成
➢ 控制电路：按系统的工作要求形成控制信 号，通过驱动电路去控制主电路中电力电 子器件的通或断，来完成整个系统的功能；
➢ (1) 能处理电功率的大小，即承受电压 和电流 的能力是最重要的参数。
➢ 其处理电功率的能力小至毫瓦〔mW〕 级，大至兆瓦〔GW〕级, 大多都远大于 处理信息的电子器件。
■
电力电子器件的概念和特征
(2) 电力电子器件一般都工作在开关状态 导通时〔通态〕阻抗很小，接近于短路，管压降接近于零，
而电流由外电路决定。 阻断时〔断态〕阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，

UF
0 U TO
U
(a)
图1-4 电力二极管的伏安特性
电力二极管 静态特性
伏安特性
IF
d iF /d t
trr tf
U FP
t2
t
t0
t1
diR /dt
UR
IR P
2V
U RP
0
正向电流IF(对b)应
的电力二极管两
端的电压UF为其
正向电压降。
只有微小而数 值恒定的反向 漏电流。
iF
UF
tfr
(c)
19
IL
IG2 IG1 IG=0
随着门极电流幅值的增大， 正向转折电压降低。
URSM URRM
IH
URB
0
UDRM UDB UAK UDSM
导通后的晶闸管特性和二极 管的正向特性相仿。
晶闸管本身的压降很小，在 1V左右。
导通期间，如果门极电流为
零，并且阳极电流降至接近于零
的回电某到流一正。数向值阻断IH以状下态，。则IH称晶为闸管维又持36
PN结的反向截止状态
微弱的反向电流。
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破坏PN结的反向截止状态
施加PN结反 向电压过大
PN结反向击穿
反向电流 急剧增大
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1.2.2 电力二极管的结构与基本特性
1.静态特性
I IF
UF
0 U TO
U
(a)
图1-4 电力二极管的伏安特性
电力二极管
伏安特性
静态特性
正向电压为零，电流为零。 IF
d iF /d t
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1.2.3 电力二极管的主要参数 正向平均电流IF(AV)
在规定的管壳温度和散热条件下，所允许流 过的最大工频正弦半波电流的平均值。

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1.2 电力电子技术的发展史
◆全控型器件和电力电子集成电路（PIC） ☞70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管 （BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器 件迅速发展。 全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其 开通又可使其关断。 ☞采用全控型器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制（PWM） 方式。相对于相位控制方式，可称之为斩波控制方式，简称斩控方式。 ☞在80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复 合型器件异军突起。它是MOSFET和BJT的复合，综合了两者的优 点。 与此相对，MOS控制晶闸管（MCT）和集成门极换流晶闸管 （IGCT）复合了MOSFET和GTO。
☞电力电子技术和电子学
电力电子器件的制造技术的理论和工艺与用于信
息变换的电子器件制造技术相同。
☞电力电子技术和电力学 电力电子技术广泛用于电气工程中，这是电力电 子学和电力学的主要关系。
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1.1 什么是电力电子技术
☞
电力电子技术与电气工程学科的关系
隶属于电气工程一级学科 电力电子技术的应用和发展必须依赖其它学科 电力电子技术促进了其他学科的发展
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第2章 电力电子器件
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 电力电子器件概述 不可控器件——电力二极管 半控型器件——晶闸管 典型全控型器件 其他新型电力电子器件 功率集成电路与集成电力电子模块 本章小结
引言
■模拟和数字电子电路的基础
——晶体管和集成电路等电子器件 电力电子电路的基础 ——电力电子器件
件两类，目前往往专指电力半导体器件。
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2.1.1 电力电子器件的概念和特征