资料1电子技术的基础———电子器件：晶体管和集成电路电力电子电路的基础———电力电子器件本章主要内容：概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。介绍常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意问题。1.1电力电子器件概述1.1.1电力电子器件的概念和特征3）同处理信息的电子器件相比，具有如下特征：能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。电力电子器件一般都工作在开关状态。电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。电力电子器件的损耗：1.1.2应用电力电子器件的系统组成1.1.3电力电子器件的分类按照驱动电路信号的性质，分两类：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。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。1.2不可控器件——电力二极管基本结构及工作原理基本结构及工作原理电力二极管的基本特性2）动态特性电力二极管在三种工作状态之间转换的时候都会经历一个过渡过程。正向压降先出现一个过冲UFP，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如2V）。正向恢复时间tfr。电流上升率越大，UFP越高。电力二极管主要参数1.3半控型器件——晶闸管晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流器（SiliconControlledRectifier——SCR）1.3.1晶闸管的结构与工作原理1.3.1晶闸管的结构与工作原理2）SCR工作原理SCR二极管模型及阻断特性当uAK<0时，J1,J3反偏，J2正偏，称为反向阻断；当uAK>0时，J1,J3正偏，J2反偏，称为正向阻断。晶闸管的工作原理SCR的双晶体管模型及工作原理根据晶体管的工作原理，得：从而，SCR的关断：减少IA或增大R，使IA<IH才能使SCR自然关断。通常是施加一定时间的反压。结论承受反向电压时，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。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。1.3.2晶闸管的基本特性（2）反向特性2）动态特性（了解）1）电压定额（1）断态不重复峰值电压Udsm（2）断态重复峰值电压Udrm（3）反向不重复峰值电压Ursm（4）反向重复峰值电压Urrm（5）通态（峰值）电压Utm（6）额定电压通常取晶闸管的Udrm和Urrm中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍。2）电流定额（1）通态平均电流IT(AV）——在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。——使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。IT(AV）的计算：公式：举例：（2）维持电流IH——使晶闸管维持导通所必需的最小电流。（3）擎住电流IL——晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍（4）浪涌电流ITSM——指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。3）动态参数（1）开通时间tgt：从门极加触发脉冲到SCR进入导通所需要的时间。（2）关断时间tq：SCR由通态到断态所需要的时间间隔。（3）断态电压临界上升率du/dt指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。（4）通态电流临界上升率di/dt指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。1.3.4晶闸管的派生器件2）双向晶闸管（TriodeACSwitch——TRIAC或Bidirectionaltriodethyristor）1.3.4晶闸管的派生器件1.3.4晶闸管的派生器件1.4典型全控型器件门极可关断晶闸管GTO工作原理：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。开通：GTO的导通过程与SCR相似，经过一个正反馈过程，不同之处是1+2更接近于1，饱和程度较浅，更接近临界饱和。关断：门极加负脉冲，即从门极抽出电流，当1+2<1时，器件退出饱和而关断。2）GTO的动态特性3）GTO主要参数门极可关断晶闸管GTO目前常用的GTR有单管、达林顿管和模块三大系列。单管：结构简单，电