1、电力电子基础Fundamental Power Electronics第二讲 电力电子器件东南大学电气工程学院2011东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院 -电力电子技术 -本讲要点 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 电力电子器件的驱动 电力电子器件的保护 电力电子器件的串联和并联使用2 第二讲 电力电子器件东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院 -电力电子技术 -1.电力电子器件概述n 理想的开关n 导通时，电流按箭头流动n 导通零电阻，因此零损耗n 瞬时开通、关断n 耐压、耐流能力无限n 电力电子器件：由硅为主要材料
2、制作的电子开关， 直接用于主电路 （ Main Power Circuit） 中，用于实现电能的变换。因此又可称为 电力电子开关器件 （ Power Electronic Switching Device）3 第二讲 电力电子器件东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院 -电力电子技术 -电力电子器件主要特征n 和理想开关相比，电力电子器件的主要区别 存在损耗： 导通时存在导通压降 von，导致通态损耗 Pon 阻断时有微小的漏电流，有断态损耗 Poff， 通常可忽略 开通需要时间 ton，且存在开通损耗 关断需要时间 toff，且存在关断损耗 器件在一定温度范围内正常工作 电应力限制： 器件
3、只能承受一定电压和电流 器件只能承受一定的电压上升率 du/dt、电流上升率 di/dt 驱动的要求：受控器件的开通与关断需要专门的驱动电路才能实现以满足门极驱动对电压、电流、耗能、隔离等要求n 具体使用时，必须保证电力电子器件的上述工作参数在合理的范围之内，尽可能接近理想开关散热器缓冲电路4 第二讲 电力电子器件东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院 -电力电子技术 -电力电子器件的分类n 依控制特性将器件分类：n 不控型： 不能用控制信号来控制其通断 , 不需要驱动电路，如 功率二极管 (Power Diode)n 半控型： 通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断，如 Thyrist
4、or（或称SCR）n 全控型： 通过控制信号既可控制其导通和关断，又称自关断器件，如 GTR, POWER MOSFET, IGBT, GTO, IGCT, MCT 等n 依驱动信号的类型将器件分类n 电流型控制： GTR、 SCR、 GTO等n 电压型驱动： MOSFET、 IGBT、 MCT等n 光控型驱动n 依载流子分类n 单极型 (Unipolar)n 双极型 (Bipolar)n 复合型 (Complex)电力电子器件分类树5 第二讲 电力电子器件东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院 -电力电子技术 -电力电子器件的分类n 依器件的其他特性标准划分n 依据器件等级：如功率大小、开
5、关速度、耐压高低等n 依材料种类：如硅、碳化硅等n 依封装和集成方式：如分立、模块、 高压集成电路 HVIC High Voltage IC、智能功率集成电路 SPIC Smart Power IC、智能功率模块 IPM Intelligent Power Module等6 第二讲 电力电子器件东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院 -电力电子技术 -2.不控器件 -电力二极管n PN结与电力二极管的工作原理n 电力二极管的基本特性n 电力二极管的主要参数n 电力二极管的主要类型整流二极管及模块7 第二讲 电力电子器件东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院 -电力电子技术 -电力二极管工作
6、原理n 基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。n 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。n 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。AKA Ka)IKA P NJb)c)A K电力二极管a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号8 第二讲 电力电子器件东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院 -电力电子技术 -电力二极管工作原理n PN结单向导电性n PN结的反向击穿n PN结的电容效应n PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现 电容效应 ，称为 结电容 CJ，又称为 微分电容 。n 结电容按其产生机制和作用的差别分为 势垒电容 CB和 扩散电容 CD。n 电容影响 PN结的工作频率，尤其是高速的开关状态。状 态参数 正向 导 通 反向截止 反向 击 穿电 流 正向大 几乎 为 零 反向大电压 0.4 1.2V 反向大 反向大阻 态 低阻 态 高阻 态 9 第二讲 电力电子器件东南大学电气工程学院东南大学电气工程学院 -电力电子技术 -电力二极管基本特性n静态特性 -伏安特性p 门槛电压 UTO0.5V,正向电流 IF开始明显增加所对应的电压。p 与 IF对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降 UF 。p 承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。IOIFUTO UF UURRMIRRM反向漏电流10 第二讲 电力电子器件
