电力电子器件原理.ppt
February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-1,2.3 晶闸管（SCR）,名称晶闸管（Thyristor）可控硅（SCR）外形与符号,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-2,SCR的工作原理,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-3,SCR的导通和关断条件,当SCR承受反向阳极电压时，不论门极承受何种电压，SCR均处于阻断状态。当SCR承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下，SCR才能导通。SCR在导通时，只要仍然承受一定正向阳极电压，不论门极电压如何，SCR仍能导通。SCR在导通情况下，当主电路电流减少到一定程度时，SCR恢复为阻断。,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-4,SCR的特性,SCR的伏安特性 VRSM:反向不重 复峰值电压 VBO：转折电压 IH：维持电流门极的伏安特性,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-5,课 堂 思 考（一）,调试如图所示晶闸管电路，在断开Rd 测量输出电压Vd是否正确可调时，发现电压表V读数不正常，接上Rd 后一切正常，为什么？（触发脉冲始终正常工作）,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-6,SCR的主要参数,通态平均电流 ITA,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-7,课 堂 思 考（二）,通过SCR的电流波形如图所示，Im300A试选取SCR的ITA解：电流有效值,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-8,晶闸管家族的其它器件,快速晶闸管（KK、FSCR）逆导型晶闸管（Reverse Conducting Thyristor）RCT,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-9,晶闸管家族的其它器件（续）,双向晶闸管（Bi-directional Thyristor）TRIAC,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-10,2.4 可关断晶闸管（GTO）,名称Gate Turn off Thyristor，简称GTO符号,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-11,GTO的关断原理,GTO处于临界导通状态集电极电流 IC1 占总电流的比例较小 关断增益,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-12,GTO的阳极伏安特性,逆阻型逆导型,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-13,GTO的开通特性,ton:开通时间td:延迟时间tr:上升时间ton=td+tr,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-14,GTO的关断特性,toff:关断时间ts:存储时间tf:下降时间tt:尾部时间toff=ts+tf+（tt）,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-15,GTO的主要参数,可关断峰值电流 ITGQM关断时的阳极尖峰电压 VPVP 过大可能引起过热误触发阳极电压上升率 dv/dt静态 dv/dt动态 dv/dt阳极电流上升率 di/dt,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-16,2.5 电力晶体管（GTR/BJT）,名称巨型晶体管（Giant Transistor）电力晶体管符号特点（双极型器件）饱和压降低开关时间较短安全工作区宽,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-17,2.6 功率 MOSFET,名称又称功率MOSFET或电力场效应晶体管分类 P 沟道 增强型 N 沟道 耗尽型符号,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-18,电力 MOSFET 的特点,单极型器件优点开关速度很快，工作频率很高;电流增益大，驱动功率小;正的电阻温度特性，易并联均流。缺点通态电阻较大，通态损耗相应也大；单管容量难以提高，只适合小功率。,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-19,电力 MOSFET 的转移特性,ID=f（VGS）ID较大时，ID与VGS间的关系近似线性。跨导 GFS=dID/dVGSVGS（th）开启电压,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-20,电力 MOSFET 的输出特性,（）截止区（）饱和区（）非饱和区（）雪崩区,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-21,2.7 绝缘栅双极晶体管（IGBT）,符号工作原理由MOSFET和GTR复合而成等效电路如右,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-22,IGBT的伏安特性,伏安特性示意图,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-23,IGBT的擎住效应,产生原因内部存在NPN 型寄生晶体管避免方法使漏极电流不超过IDM减小重加dvds/dt,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-24,IGBT的安全工作区,栅极布线应注意：驱动电路与IGBT的连线要尽量短；如不能直接连线时，应采用双绞线。,正向安全工作区,反向安全工作区,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-25,2.8 其它新型场控器件,MOS 控制晶闸管 MCT集成门极驱动晶闸管 IGCT静电感应晶体管 SIT静电感应晶闸管 SITH智能型器件 IPM,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-26,2.9 常用器件性能比较,D SCR GTO IGBT MOSFET驱动信号 无 电流 电流 电压 电压驱动功率 大 大 中 小通态压降 小 小 小 中 大开关速度 慢/快 慢 较慢 中 快通过电流能力 大 大 较大 中 小耐压能力 高 高 高 中 低,February,2004,北京交通大学电气工程学院,2-27,电力电子器件的应用,决定应用场合的基本因素输出容量工作频率,
