电力电子器件.华北电力大学剖析.ppt

第1章 电力电子器件 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 1.1.2 电力电子器件的基本类型 1.1.3 电力电子器件的模块化与集成化 1.1.4 电力电子器件的应用领域 1.2 电力二极管 1.2 电力二极管 1.2.1 PN结的工作原理 1.2.2 电力二极管的结构与基本特性 1.2.2 电力二极管的结构与基本特性 1.2.3 电力二极管的主要参数 1.2.3 电力二极管的主要参数 1.2.4 电力二极管的主要类型 1.3 晶闸管及其派生器件 1.3.1晶闸管的结构与工作原理 1.3.2 晶闸管的基本特性及主要参数 晶闸管的静态参数 晶闸管的静态参数 1.3.3 晶闸管的派生器件 1.4 门极可关断晶闸管 1.4 门极可关断晶闸管 1.4 门极可关断晶闸管 1.4.2. GTO的动态特性 1.4.2. GTO的动态特性 1.4.2. GTO的动态特性 1.4.2. GTO的动态特性 1.4.3. GTO的主要参数 1.5 电力晶体管 1.5 电力晶体管 GTR的静态特性、动态特性以及极限参数与普通晶体管类似，不予详述。 1.6 功率场效应晶体管 1.6 功率场效应晶体管 1.6.1 结构和工作原理 1.6.2 特性 1.6.3 参数 1.6 功率场效应晶体管 1.6.2 特性、 1.6.3 参数与MOSFET类似，不再展开讨论。 1.7 绝缘栅双极晶体管 1.7 绝缘栅双极晶体管 1.7.2 特性 1.7.2 特性 1.7.2 特性 1.7.3 主要参数 1.7.4 IGBT的掣住效应和安全区 1.7.4 IGBT的掣住效应和安全区 1.8 其他新型电力电子器件 1.8.1 静电感应晶体管SIT 多子导电的器件，工作频率与电力MOSFET相当，甚至更高，功率容量更大，因而适用于高频大功率场合。 在雷达通信设备、超声波功率放大、脉冲功率放大和高频感应加热等领域获得应用。 缺点： 栅极不加信号时导通，加负偏压时关断，称为正常导通型器件，使用不太方便。 通态电阻较大，通态损耗也大，因而还未在大多数电力电子设备中得到广泛应用。 1.8.2 MOS控制晶体管MCT MCT结合了二者的优点： 承受极高di/dt和du/dt，快速的开关过程，开关损耗小。 高电压，大电流、高载流密度，低导通压降。 一个MCT器件由数以万计的MCT元组成。 每个元的组成为：一个PNPN晶闸管，一个控制该晶闸管开通的MOSFET，和一个控制该晶闸管关断的MOSFET。 其关键技术问题没有大的突破，电压和电流容量都远未达到预期的数值，未能投入实际应用。 1.8.3 集成门极换向型晶闸管 20世纪90年代后期出现，结合了IGBT与GTO的优点，容量与GTO相当，开关速度快10倍。 可省去GTO复杂的缓冲电路，但驱动功率仍很大。 目前正在与IGBT等新型器件激烈竞争，试图最终取代GTO在大功率场合的位置。 1.8.4 电力电子器件的发展趋势 电力半导体器件的飞速发展大大拓宽了电力电子技术的应用范围。 电力电子器件按其控制机理不同，可分为电压控制型、电流控制型器件和功率集成电路(PIC)。 高频电力电子技术要求电力电子器件具有高开关速度和低通态损耗、高输入阻抗和高工作温度、优良的热稳定性和良好的抗辐射能力。 随着电力电子装置不断向大容量、高频率、易驱动、低损耗等方向发展，可以预测，现代电力电子器件未来发展趋势是：① 快速高频化；② 高容量化；③ 多功能集成化；④ 小型、轻量、廉价化；⑤ 绿色化(污染小)，包括减小生产和原材料应用中的污染，尤其是指减小器件使用中的电磁干扰和射频干扰；⑥ 增加耐用度和可靠性，使用更方便。 本章小结 主要内容 集中讨论电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用。 全面介绍各种主要电力电子器件的基本结构、工作原理、基本特性和主要参数等。 功率场效应晶体管，是一种单极型电压控制器件，通过栅极电压来控制漏极电流。 电力场效应晶体管Power MOSFET 显著优点：驱动电路简单，驱动功率小，同时开关速度快（开关时间10~100ns），工作频率可达１MHz，不存在二次击穿问题；其缺点是电流容量小，耐压低，通态压降大。 功率场效应晶体管适用于开关电源、高频感应加热等高频场合，但不适用于大功率装置。 1.6.1 结构和工作原理 增强型 UGS=0时，无导电沟道， ID=0 耗尽型 UGS=0时，存在导电沟道 结型——静电感应晶体管 种类 P沟道 空穴 N沟道 电子 绝缘栅型 功率MOSFET垂直导电 利用V型槽实现垂直导电 VVMOSFET 具有垂直导电双扩散MOS