电力电子第2章器件课件

第二章第二章 电力电子器件电力电子器件2.1 电力二极管电力二极管2.2 晶闸管类器件晶闸管类器件2.3 全控型电力电子器件全控型电力电子器件2.4 电力电子器件的驱动和保护电力电子器件的驱动和保护电力电子器件的特点电力电子器件是建立在半导体原理基础上的，电力电子器件是建立在半导体原理基础上的，它一般能承受较高的工作电压和较大的电流，它一般能承受较高的工作电压和较大的电流，并且主要工作在开关状态，因此在变流电路并且主要工作在开关状态，因此在变流电路中也常简称为中也常简称为“开关开关”。电力电子器件可以用小信号控制器件的通断，电力电子器件可以用小信号控制器件的通断，从而控制大功率电路的工作状态，这意味着从而控制大功率电路的工作状态，这意味着器件有很高的放大倍数。器件有很高的放大倍数。电力电子器件工作在开关状态时，有较低的电力电子器件工作在开关状态时，有较低的通态损耗，可以提高变流电路的效率。通态损耗，可以提高变流电路的效率。电力电子器件的分类按照电力电子开关器件的可控性不控型器件不控型器件 （电力二极管）（电力二极管）半控型器件半控型器件 （晶闸管系列器件）（晶闸管系列器件）全控型器件全控型器件 （电力晶体管、电力场效应管和（电力晶体管、电力场效应管和IGBT等）等）电力电子器件的分类按照器件对驱动（触发）信号的要求电流型驱动电流型驱动（电流型驱动器件要求控制信号有一定的电流强度，这类器件有晶闸管、电力晶体管等）电压型驱动电压型驱动（电压型驱动器件只要控制极施加一定的电压信号，而需要的控制电流很小，一般在毫安级，主要通过在控制极产生的电场来控制器件的导通和关断，因此也称为场控型器件。有IGBT,P-MOSFET）电力电子器件的分类按照器件工作原理单极型：参与导电的载流子只有一种，电子或空穴双极型：参与导电的既有电子又有空穴复合型：兼有单极型和双极型的优点。如IGBT的输入控制部分为MOSFET，输出级为双极结型晶体管 2.1 电力二极管一、一、电力二极管的原理电力二极管的原理二、二、电力二极管的伏安特性电力二极管的伏安特性 三、三、电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数 返回返回2.1 电力二极管电力二极管 一、电力二极管的工作原理一、电力二极管的工作原理 电力二极管与普通二极管的工作原理相同电力二极管与普通二极管的工作原理相同 当二极管接正向电压时，二极管正偏当二极管接正向电压时，二极管正偏 ，管子两，管子两端端 正向电压降正向电压降UAK一般小于一般小于1伏（硅二极管约伏（硅二极管约0.7伏，伏，锗二极管约锗二极管约0.3伏）。伏）。当二极管接反向电压时，即阳极接外电源负极，当二极管接反向电压时，即阳极接外电源负极，阴阴 极经负载接外电源的正极，这也常称为反偏极经负载接外电源的正极，这也常称为反偏 ，二极管，二极管 截止截止 。返回返回+-二、电力二极管的伏安特性二、电力二极管的伏安特性 当施加在二极管上的正向电压大于当施加在二极管上的正向电压大于UTO 时，时，二极管导通。当二极管受反向电压时二极管截止，二极管导通。当二极管受反向电压时二极管截止，仅有很小的反向漏电流（也称反向饱和电流）。仅有很小的反向漏电流（也称反向饱和电流）。二极管的伏安特性二极管的伏安特性反向特性反向特性正向特性正向特性电力二极管的开关特性t4-t2这段这段时间叫反时间叫反向恢复时向恢复时间间反向重复峰值电压反向重复峰值电压能够反复施加在二极管上，二极管不会被击穿的能够反复施加在二极管上，二极管不会被击穿的最高反向重复峰值电压最高反向重复峰值电压U URRMRRM。额定电压：额定电压：额定电压一般是击穿电压额定电压一般是击穿电压U UB B的的2/32/3。在使用中额。在使用中额定电压一般取二极管在电路中可能承受的最高反向定电压一般取二极管在电路中可能承受的最高反向电压（在交流电路中是交流电压峰值），并增加一电压（在交流电路中是交流电压峰值），并增加一定的安全裕量。定的安全裕量。三、电力二极管的主要参数三、电力二极管的主要参数A A、电力二极管的电压参数、电力二极管的电压参数B B、通态平均电流和额定电流、通态平均电流和额定电流 通态平均电流（额定电流）是二极管在规定通态平均电流（额定电流）是二极管在规定的管壳温度下，二极管能通过工频正弦半波电流的的管壳温度下，二极管能通过工频正弦半波电流的平均值平均值I IF F(AV)(AV)。（额定电流的选择见晶闸管）。（额定电流的选择见晶闸管）C、结温结温 结温是二极管工作时内部结温是二极管工作时内部PNPN结的温度，即管结的温度，即管芯温度。半导体器件的最高结温一般限制在芯温度。半导体器件的最高结温一般限制在150150200200，结温和管壳的温度与器件的功耗、管子散，结温和管壳的温度与器件的功耗、管子散热条件（散热器的设计）和环境温度等因素有关热条件（散热器的设计）和环境温度等因素有关。13二极管电流定额的含义二极管电流定额的含义如手册上某电力二极管的额定电流为100A，说明：允许通过平均值为100A的正弦半波电流；允许通过正弦半波电流的幅值为314A；允许通过任意波形的有效值为157A的电流；在以上所有情况下其功耗发热不超过允许值。由额定电流和最大允许全周期均方根正向电流的公式，得：由额定电流和最大允许全周期均方根正向电流的公式，得：14二极管的基本应用二极管的基本应用 整流续流2.2 晶闸管类器件晶闸管类器件 一、一、晶闸管晶闸管 二、二、双向晶闸管双向晶闸管 三、三、门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管GTO 四、四、其它晶闸管类器件其它晶闸管类器件返回返回 一、一、晶闸管晶闸管 A、晶闸管工作原理 B、晶闸管伏安特性 C、晶闸管主要参数螺旋型封装螺旋型封装 平板型封装平板型封装 晶闸管的结构、符号和结构模型A、晶闸管工作原理晶闸管工作原理 由由PNPNPNPN四层半导体料四层半导体料组成的四层三端器件，组成的四层三端器件，三个三个P-NP-N结结P1P1阳极阳极A A（AnodeAnode）N2N2阴极阴极K(Cathode)K(Cathode)P2P2引出门极引出门极G(Gate)G(Gate)双三极管模型和导通原理双三极管模型和导通原理 B、晶闸管伏安特性晶闸管伏安特性 晶闸管伏安特性晶闸管伏安特性正向特性正向特性反向特性反向特性 C、晶闸管晶闸管主要参数主要参数1 1、电压参数、电压参数（1 1）断态重复峰值电压）断态重复峰值电压U UDRMDRM 断态重复峰值电压是在门极无触发时，允许重复施加在器断态重复峰值电压是在门极无触发时，允许重复施加在器件上的正向电压峰值，该电压规定为断态不重复峰值电压件上的正向电压峰值，该电压规定为断态不重复峰值电压U UDSMDSM的的9090。（2 2）反向重复峰值电压）反向重复峰值电压U URRMRRM 反向重复峰值电压是在门极无触发时，允许重复施加在器反向重复峰值电压是在门极无触发时，允许重复施加在器件上的反向电压峰值。该电压规定为反向不重复峰值电压件上的反向电压峰值。该电压规定为反向不重复峰值电压U URSMRSM的的9090。（3 3）额定电压额定电压 产品样本上一般取断态重复峰值电压和反向重复峰值产品样本上一般取断态重复峰值电压和反向重复峰值电压中较小的一个作为器件的额定电压。在选取器件时要根据电压中较小的一个作为器件的额定电压。在选取器件时要根据器件在电路中可能承受的最高电压，再增加器件在电路中可能承受的最高电压，再增加2-32-3倍的裕量来选倍的裕量来选取晶闸管的额定电压，以确保器件的安全运行取晶闸管的额定电压，以确保器件的安全运行。2 2、电流参数、电流参数 通态平均电流和额定电流通态平均电流和额定电流 通态平均电流通态平均电流I IAVAV国际规国际规定是在环境温度为定是在环境温度为40C40C和在规定冷却条件下，稳定结和在规定冷却条件下，稳定结温不超过额定结温时，晶闸管允许流过的最大正弦半温不超过额定结温时，晶闸管允许流过的最大正弦半波电流的平均值。波电流的平均值。晶闸管以通态平均电流标定为额定晶闸管以通态平均电流标定为额定电流电流。当通过晶闸管的电流不是正弦半波时，选择额定当通过晶闸管的电流不是正弦半波时，选择额定电流就需要将实际通过晶闸管电流的有效值电流就需要将实际通过晶闸管电流的有效值I IT T折算为正折算为正弦半波电流的平均值，其折算过程如下：弦半波电流的平均值，其折算过程如下：通过晶闸管正弦半波电流的平均值通过晶闸管正弦半波电流的平均值 ：正弦半波电流的有效值正弦半波电流的有效值 ：得正弦半波电流有效值与平均值关系为得正弦半波电流有效值与平均值关系为 ：通过晶闸管的通态平均电流为通过晶闸管的通态平均电流为 ：在选择在选择晶闸管额定电流晶闸管额定电流时，在通态电流平均值时，在通态电流平均值I IAVAV的的基础上还要增加（基础上还要增加（1.51.52 2）倍的安全裕量，即）倍的安全裕量，即I IT(AV)T(AV)=(1.5=(1.52)2)I IAVAV。24 图中画斜线部分为一个2周期中晶闸管的电流波形。若各波形的最大值为Im=100A，试计算各波形电流的平均值Id1、Id2、Id3和电流有效值I1、I2、I3。若考虑二倍的电流安全裕量，选择额定电流为100A的晶闸管能否满足要求？3、门极参数、门极参数 晶闸管的门极参数主要有晶闸管的门极参数主要有门极触发门极触发电压电压和和触发电流触发电流，门极触发电压一般，门极触发电压一般小于小于5V5V，最高门极正向电压不超过，最高门极正向电压不超过10V10V。门极触发电流根据晶闸管容量在几门极触发电流根据晶闸管容量在几几百毫安之间。几百毫安之间。4、动态参数、动态参数（1 1）开通时间和关断时间）开通时间和关断时间延迟时间延迟时间t td d：在晶闸管被触发时，阳极电流开始上升，当在晶闸管被触发时，阳极电流开始上升，当电流上升到稳态值电流上升到稳态值1010的这段时间的这段时间,上升时间上升时间t tr r电流从电流从1010上升到稳态电流上升到稳态电流9090的这段时间。的这段时间。导通时间导通时间t tonon：为延迟时间和上升时间之和：为延迟时间和上升时间之和,t tonon=t td d+t tr r，普通晶闸管的延迟时间约为，普通晶闸管的延迟时间约为0.50.51.5s,1.5s,上上升时间为升时间为0.50.53s3s。晶闸管开通和关断过程晶闸管开通和关断过程反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间t trrrr：晶闸管受反向电压关断晶闸管受反向电压关断正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间t tgrgr：正向电压阻断能力恢复的时间正向电压阻断能力恢复的时间关断时间关断时间 ：t toff off=t trrrr+t tgrgr ，约为数百微秒。，约为数百微秒。（2 2）dv/dtdv/dt和和di/dtdi/dt限制限制 晶闸管在断态时，如果加在阳极上的正向电压上晶闸管在断态时，如果加在阳极上的正向电压上升率升率dv/dtdv/dt很大会使晶闸管误导通，因此，对晶闸管正很大会使晶闸管误导通，因此，对晶闸管正向电压的向电压的dv/dtdv/dt需要作一定的限制。需要作一定的限制。晶闸管在导通过程中，如果电流上升率晶闸管在导通过程中，如果电流上升率di/dtdi/dt很大很大,会引起局部结面过热使晶闸管烧坏，因此，在晶闸会引起局部结面过热使晶闸管烧坏，因此，在晶闸管导通过程中对管导通过程中对di/dtdi/dt也要有一定的限制。也要有一定的限制。返回返回二、二、双向晶闸管双向晶闸管 双向晶闸管（双向晶闸管（Triode AC SwitchTriode AC SwitchTRIACTRIAC或、或、Bidirectional Triode ThyristorBidirectional Triode Thyristor）是一种在正反向电）是一种在正反向电压下都可以用门极信号来触发导通的晶闸管。它有两个压下都可以用门极信号来触发导通的晶闸管。它有两个主极主极T T1 1和和T T2 2，一个门极，一个门极G G，原理上它可以视为两个普通晶，原理上它可以视为两个普通晶闸管的反并联闸管的反并联。双向晶闸管承受双向晶闸管承受dv/dtdv/dt的能力较低，使用的能力较低，使用中要在主极中要在主极 T T1 1和和T T2 2间并联间并联RCRC吸收电路。吸收电路。等值电路等值电路 符号符号 返回返回三、门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管GTO 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管GTOGTO是一种通过门极加负脉是一种通过门极加负脉可以关断的晶闸管。（全控型器件可以关断的晶闸管。（全控型器件)A、GTO的关断原理的关断原理 B、GTO的主要参数的主要参数GTO符号符号 A、GTO的关断原理的关断原理 GTOGTO的导通原理与普通晶闸管相同，不同的导通原理与普通晶闸管相同，不同是在关断过程。是在关断过程。在导通的在导通的GTOGTO还受正向电压时，在门极加还受正向电压时，在门极加负脉冲，使门极电流负脉冲，使门极电流I IG G反向，这样双三极管反向，这样双三极管模型中模型中T2T2管基极的多数载流子被抽取，管基极的多数载流子被抽取，T2T2基基极电流下降，使极电流下降，使T2T2集极电流集极电流I IC2C2随之减小，随之减小，而这引起而这引起T1T1管基极电流和集极电流管基极电流和集极电流I IC1C1的减小，的减小，T1T1集极电流的减小又引起集极电流的减小又引起T2T2基极电流的进一基极电流的进一步下降，产生了负的正反馈效应，使等效的步下降，产生了负的正反馈效应，使等效的三极管三极管T1T1和和T2T2退出饱和状态，阳极电流下降退出饱和状态，阳极电流下降直至直至GTOGTO关断。关断。B、GTO的主要参数的主要参数1 1、最大可关断阳极电流、最大可关断阳极电流I IATOATO 这是这是GTOGTO通过门极负脉冲能关断的最大阳极电流，通过门极负脉冲能关断的最大阳极电流，并且以此电流定义为并且以此电流定义为GTOGTO的额定电流，这与普通晶闸的额定电流，这与普通晶闸管以最大通态电流为额定电流是不同的。管以最大通态电流为额定电流是不同的。2 2、电流关断增益、电流关断增益offoff 最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值之比是之比是GTOGTO的电流关断增益的电流关断增益 一般一般GTOGTO电流关断增益电流关断增益offoff较小，只有较小，只有5 51010倍左右。倍左右。返回返回 四、四、其它晶闸管类器件其它晶闸管类器件 1 1、快速晶闸管快速晶闸管快速晶闸管（快速晶闸管（Fast Switching ThyristorFST）的原理和普通晶闸管相同，其特点是关断速的原理和普通晶闸管相同，其特点是关断速度快，普通晶闸管的关断时间为数百微秒，度快，普通晶闸管的关断时间为数百微秒，快速晶闸管关断时间为数十微秒，高频晶闸快速晶闸管关断时间为数十微秒，高频晶闸管可达管可达10s左右，因此左右，因此快速晶闸管主要使用快速晶闸管主要使用在高频电路中。在高频电路中。2 2、逆导型晶闸管逆导型晶闸管一种将晶闸管反并联一种将晶闸管反并联一个二极管后制作在同一一个二极管后制作在同一管芯上的集成器件。常用管芯上的集成器件。常用在大功率的斩波电路中。在大功率的斩波电路中。3 3、光控晶闸管光控晶闸管一种用光触发导通的晶闸管，其工作原理类一种用光触发导通的晶闸管，其工作原理类似于光电二极管似于光电二极管。主要应用在高电压大功率。主要应用在高电压大功率场合，比如高压直流输电。场合，比如高压直流输电。返回返回 一、电力晶体管GTR 二、电力场效应晶体管 三、绝缘栅双极型晶体管IGBT 四、其它新型全控型器件和模块返回返回2.3 全控型电力电子器件一、电力晶体管一、电力晶体管GTR 一种耐压较高电流较大的双极结型晶体管一种耐压较高电流较大的双极结型晶体管.GTR GTR的主要参数有的主要参数有:（1 1）最高工作电压）最高工作电压 （2 2）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流I ICMCM （3 3）集极最大耗散功率）集极最大耗散功率P PCMCM。为了提高为了提高GTRGTR的电流能力，大功率的电流能力，大功率GTRGTR都做成达林顿管。都做成达林顿管。目前在大多数场合目前在大多数场合GTRGTR已经为性能更好的电力场效已经为性能更好的电力场效应管和应管和IGBTIGBT取代取代.返回返回二、电力场效应晶体管二、电力场效应晶体管 电力场效应晶体管（电力场效应晶体管（PowerPowerMOSFETMOSFET）是一种大功率的场）是一种大功率的场效应晶体管。效应晶体管。场效应晶体管有场效应晶体管有:源极源极S(Source)S(Source)、漏极漏极D(Drain)D(Drain)和和栅极栅极G(Gate)G(Gate)三个极。三个极。MOSFET原理图原理图 电力场效应晶体管分类（1）结型场效应管结型）结型场效应管结型场效应管场效应管 利用利用PN结反向电压对结反向电压对耗尽层厚度耗尽层厚度的控制来改的控制来改变漏极、源极之间的导变漏极、源极之间的导电沟道宽度，从而控制电沟道宽度，从而控制漏、源极间电流的大小。漏、源极间电流的大小。N沟道结型场效应管沟道结型场效应管（2 2）绝缘栅型场效应管，绝缘栅型场效应管利用栅）绝缘栅型场效应管，绝缘栅型场效应管利用栅极和源极之间电压产生的电场来改变半导体表面极和源极之间电压产生的电场来改变半导体表面的感生电荷改变导电沟道的导电能力，从而控制的感生电荷改变导电沟道的导电能力，从而控制漏极和源极之间的电流。漏极和源极之间的电流。在电力电子电路中常用的是绝缘栅金属氧化物在电力电子电路中常用的是绝缘栅金属氧化物半导体场效应晶体管半导体场效应晶体管MOSFETMOSFET（Metal Oxide Metal Oxide Semiconductor Field Effect TransistorSemiconductor Field Effect Transistor）。）。考虑极间电容P-MOSFET管的等效模型MOSFET按导电沟道可分为按导电沟道可分为P沟道（载流子为沟道（载流子为空穴）和空穴）和N沟道（载流子为电子）两种。沟道（载流子为电子）两种。当栅极电压为零时漏源极间就存在导电沟道当栅极电压为零时漏源极间就存在导电沟道的称为耗尽型。的称为耗尽型。对于对于N沟道器件，栅极电压大于零时才存在沟道器件，栅极电压大于零时才存在导电沟道的称为增强型；导电沟道的称为增强型；对于对于P沟道器件，栅极电压小于零时才存在沟道器件，栅极电压小于零时才存在导电沟道的称为增强型。导电沟道的称为增强型。在电力场效应晶体管中主要是在电力场效应晶体管中主要是N沟道增强型。沟道增强型。A、主要特性和参数、主要特性和参数 1、转移特性 2、输出特性 3、主要参数1、转移特性、转移特性 这是反映这是反映漏极电流漏极电流I ID D与栅源极电压与栅源极电压U UGSGS关系关系的曲线，的曲线，U UT T是是MOSFETMOSFET的栅极开启电压也称阈值电压。转移特性的栅极开启电压也称阈值电压。转移特性的斜率称为跨导的斜率称为跨导gmgm。返回返回转移特性转移特性 2、输出特性、输出特性 在正向电压（漏极在正向电压（漏极D“D“”，源极，源极S“S“”）时加正）时加正栅极电压栅极电压U UGSGS，有电流，有电流I ID D从漏极流向源极，场效应管导从漏极流向源极，场效应管导通。其输出特性可分四个区。通。其输出特性可分四个区。MOSFETMOSFET的输出特性如图：的输出特性如图：输出特性输出特性 3、主要参数、主要参数（1 1）通态电阻通态电阻R Ron on 定义：在确定的栅压定义：在确定的栅压U UGSGS时，时，MOSFETMOSFET从非饱和区进从非饱和区进入饱和区时的漏源极间等效电阻。入饱和区时的漏源极间等效电阻。通态电阻影响通态电阻影响MOSFETMOSFET的导通压降和导通损耗。通的导通压降和导通损耗。通态电阻受温度变化的影响很大，具有正温度系态电阻受温度变化的影响很大，具有正温度系数。并且耐压高的器件数。并且耐压高的器件R Ron on 也较大，管压降也较也较大，管压降也较大，因此它不易制成高压器件。大，因此它不易制成高压器件。（2 2）开启电压开启电压U UT T 定义：应用中常将漏极短接条件下定义：应用中常将漏极短接条件下I ID D为为1mA1mA时的栅时的栅极电压定义为开启电压。极电压定义为开启电压。（3 3）漏极击穿电压漏极击穿电压BUBUDSDS 避免器件进入击穿区的最高极限电压，是避免器件进入击穿区的最高极限电压，是MOSFETMOSFET标标定的定的额定电压额定电压。（4 4）栅极击穿电压栅极击穿电压BUBUGSGS 一般栅源电压一般栅源电压U UGSGS的极限值为的极限值为20V20V（5 5）漏极连续电流漏极连续电流I ID D和漏极峰值电流和漏极峰值电流I IDMDM 漏极连续电流漏极连续电流I ID D是是MOSFETMOSFET的电流额定值的电流额定值。漏极峰值电流漏极峰值电流I IDMDM是是MOSFETMOSFET的电流极限值。的电流极限值。（6 6）极间电容极间电容 极间电容包括栅极电容极间电容包括栅极电容C CGSGS、栅漏电容、栅漏电容C CGDGD，栅源电容，栅源电容C CDSDS。（7 7）开关时间开关时间 包括开通时间包括开通时间ton和关断时间和关断时间toff，开通时间和，开通时间和关断时间都在关断时间都在数十纳秒数十纳秒左右，适用于高频电路。左右，适用于高频电路。P_MOSFET栅源电压VGS与源漏电压VDS波形返回返回三、绝缘栅双极型晶体管三、绝缘栅双极型晶体管IGBT A A、等效电路和工作原理等效电路和工作原理 B B、擎住效应擎住效应 C C、主要参数主要参数 等效电路等效电路图标图标A A、IGBTIGBT工作原理工作原理IGBTIGBT是一种复合型器件它兼有是一种复合型器件它兼有MOSFETMOSFET高输高输入阻抗、电压控制、驱动功率小、开关速度入阻抗、电压控制、驱动功率小、开关速度快、工作频率高的特点和快、工作频率高的特点和GTRGTR电压电流容量大电压电流容量大的特点。的特点。IGBTIGBT和和MOSFETMOSFET有相似的转移特性，和有相似的转移特性，和GTRGTR有有相似的输出特性。相似的输出特性。转移特性转移特性输出特性输出特性B B、擎住效应、擎住效应 由于在由于在IGBTIGBT内部存在一个寄生三内部存在一个寄生三极管极管T2,T2,在在IGBTIGBT截止和正常导通时，截止和正常导通时，R RS S上压降很小，三极管上压降很小，三极管T T2 2没有足够没有足够的基流不会导通，的基流不会导通，如果如果I IC C超过额定值，超过额定值，T T2 2基射间基射间的体区短路电阻的体区短路电阻R RS S上压降过大，寄上压降过大，寄生三极管生三极管T T2 2将导通，将导通，T T2 2和和T T1 1就形成就形成了一个晶闸管的等效结构，即使撤了一个晶闸管的等效结构，即使撤除除U UGEGE信号，信号，IGBTIGBT也继续导通使门极也继续导通使门极失去控制，这称为失去控制，这称为擎住效应擎住效应。C C、主要参数、主要参数 1 1、最大集射极电压、最大集射极电压 U UCESCES （IGBTIGBT的额定电压的额定电压,超过该电压超过该电压IGBTIGBT将可能击将可能击穿）穿）2 2、最大集电极电流、最大集电极电流 I IC C 包括通态时通过的直流电流包括通态时通过的直流电流ICIC和和1ms1ms脉冲宽度脉冲宽度的最大电流的最大电流I ICPCP。最大集电极电流。最大集电极电流I ICPCP是根据避是根据避免擎住效应确定的。免擎住效应确定的。3 3、最大集电极功耗、最大集电极功耗 P PCMCM 因因为为IGBT这这时时不不受受反反向向电电压压，N基基区区的的少少数数载载流流子子复复合合缓缓慢慢，使使IC下下降降变变慢慢（tfi2段段），造造成成关关断断时时电电 流流 的的 拖拖 尾尾 现现 象象，使使IGBT的的关关断断时时间间大大于于于于电力电力MOSFET的关断时间。的关断时间。IGBT的特点是开关速度和的特点是开关速度和开关频率高于开关频率高于GTR，略低，略低于电力于电力MOSFET；输入阻；输入阻抗高，属电压驱动，这与抗高，属电压驱动，这与MOSFET相似，但通态压相似，但通态压降小于电力降小于电力MOSFET是其是其优点。优点。返回返回4 4、开通时间和关断时间、开通时间和关断时间t tonon,t toffoff四、其它新型全控型器件和模块四、其它新型全控型器件和模块 A A、静电感应晶体管静电感应晶体管SIT SIT B B、静电感应晶闸管静电感应晶闸管SITHSITH C C、集成门极换流晶闸管（集成门极换流晶闸管（IGCTIGCT）D D、集成功率模块集成功率模块返回返回2.4 电力电子器件的驱动和保护电力电子器件的驱动和保护一、一、电电力电子器件的驱动力电子器件的驱动二、二、电力电子器件的保护电力电子器件的保护三、三、电力电子器件的串并联电力电子器件的串并联返回返回一、电力电子器件的驱动一、电力电子器件的驱动 电力电子器件的驱动是通过控制极加一定的电力电子器件的驱动是通过控制极加一定的信号使器件导通或关断，产生驱动信号的电路信号使器件导通或关断，产生驱动信号的电路称为驱动电路。驱动电路与主电路的隔离很重要。称为驱动电路。驱动电路与主电路的隔离很重要。变压器隔离变压器隔离 脉冲隔离脉冲隔离 晶闸管类器件的触发要求：晶闸管类器件的触发要求：晶闸管是电流型驱动器件采用脉冲触发，其晶闸管是电流型驱动器件采用脉冲触发，其门极触发脉冲电流的理想波形如下图。门极触发脉冲电流的理想波形如下图。全控型器件的驱动要求：全控型器件的驱动要求：驱动电流或电压的波形基本如上图，一般驱动脉冲驱动电流或电压的波形基本如上图，一般驱动脉冲前沿要求比较陡（小于前沿要求比较陡（小于1 1微秒）。微秒）。晶闸管触发电流波形晶闸管触发电流波形 全控器件的驱动波形全控器件的驱动波形 返回返回 电力电力MOSFET的驱动电压一般取的驱动电压一般取1015V，IGBT取取1520V，关断时控制极加，关断时控制极加515V电压。电压。常用的电力常用的电力MOSFET驱动模块有三菱公司的驱动模块有三菱公司的M57918,其输入电流信号幅值为其输入电流信号幅值为16mA,输出最输出最大脉冲电流达大脉冲电流达2A和和3A,输出驱动电压输出驱动电压15V和和10V。IGBT驱动模块有三菱公司的驱动模块有三菱公司的M579系列（系列（M57962L、M57959L），富士公司的），富士公司的EXB系列（如系列（如EXB840、EXB841、EXB850、EXB851），西门子），西门子2ED020I12等。等。二、电力电子器件的保护二、电力电子器件的保护 A、过电压保护 B、过电流保护 C、缓冲电路 电力电子器件承受过电压和过电流的能力较低，一旦电力电子器件承受过电压和过电流的能力较低，一旦电压电流超过额定值，器件极易损坏造成损失，需要采电压电流超过额定值，器件极易损坏造成损失，需要采取保护措施。取保护措施。电力电子装置的过电压和过电流，是由于电力电子装置的过电压和过电流，是由于外部或内部的状态突变造成的外部或内部的状态突变造成的，例如雷击，线路开关，例如雷击，线路开关（断路器）的分合，电力电子器件的通断都引起了电路（断路器）的分合，电力电子器件的通断都引起了电路状态的变化，电路状态的变化将引起电磁能量的变化，状态的变化，电路状态的变化将引起电磁能量的变化，从而激发很高的产生过电压。电力电子装置负载过大从而激发很高的产生过电压。电力电子装置负载过大（过载），电动机堵转，以及短路等故障会引起装置的（过载），电动机堵转，以及短路等故障会引起装置的过电流。这里主要介绍过电压和过电流保护的方法。过电流。这里主要介绍过电压和过电流保护的方法。A A、过电压保护过电压保护1 1、在变压器入户侧安装避雷器（图中、在变压器入户侧安装避雷器（图中A A）2 2、变压器附加接地的屏蔽层绕组或者在副边绕组上适、变压器附加接地的屏蔽层绕组或者在副边绕组上适当并联接地电容（图中当并联接地电容（图中B B）3 3、非线性器件保护（图中、非线性器件保护（图中E E）4 4、电力电子器件开关过电压保护、电力电子器件开关过电压保护(图中图中F)F)5 5、整流装置的直流侧一般采用阻容保护和压敏电阻作、整流装置的直流侧一般采用阻容保护和压敏电阻作过电压保护过电压保护(图中图中G G和和H)H)。返回返回 B B、过电流保护过电流保护 1 1、快速熔断器快速熔断器 2 2、过电流继电器过电流继电器 3 3、电子保护电路电子保护电路 4 4、直流快速开关直流快速开关 电力电子装置的过电流保护电力电子装置的过电流保护返回返回C C、缓冲电路缓冲电路 缓冲电路在开关器件开关过程中限制缓冲电路在开关器件开关过程中限制di/dtdi/dt和和du/dtdu/dt，使器件电压电流均不能突变，从而避免了大电流和，使器件电压电流均不能突变，从而避免了大电流和高电压的同时短暂重叠使开关损耗减小。高电压的同时短暂重叠使开关损耗减小。开关轨迹开关轨迹缓冲电路缓冲电路返回返回三、电力电子器件的串并联三、电力电子器件的串并联 A A、串联晶闸管的均压串联晶闸管的均压 1 1、静态均压静态均压 2 2、动态均压动态均压 B B、并联晶闸管的均流并联晶闸管的均流 并联晶闸管由于通态电阻不等或开通和关断时间并联晶闸管由于通态电阻不等或开通和关断时间不一致也可能造成静态不均流和动态不均流问题，为不一致也可能造成静态不均流和动态不均流问题，为了达到均流目的可以在各晶闸管上串联均流电抗器。了达到均流目的可以在各晶闸管上串联均流电抗器。晶闸管串并联晶闸管串并联 返回返回p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后感谢聆听感谢聆听不足之处请大家批评指导不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings结束语结束语讲师讲师：XXXXXX XX年年XX月月XX日日