新能源汽车功率电子基础 第2版第2章 电路波形与功率半导体器件.ppt

汽车功率电子基础—第2章电路波形与功率半导体器件第2章电路波形

与功率半导体器件目录2.1电路的波形及其参数 表征参数、解析方法、谐波2.2功率半导体器件 类型、工作原理、应用特征、稳态模型、仿真2.3直流开关 型式、电路原理、典型应用2.1电路的波形及其参数—波形参数周期频率幅值：指物理量在一个周期内出现的最大绝对值，也叫峰值。峰峰值：指物理量在一个周期内出现的最大值和最小值之差的绝对值。平均值有效值2.1电路的波形及其参数—波形参数自学内容学习波形参数的计算方法 直流，正弦波，三角波，矩形波。学习案例 例2-1至例2-7。作业 习题二，2.1。 2.1电路的波形及其参数—谐波定义数学基础：傅里叶级数（同济大学V7.高等数学下.307-321）基波指频率为ω的傅里叶级数分量。谐波指频率为ω的整数倍（1）的傅里叶级数分量。总畸变率THD2.1电路的波形及其参数—谐波案例（1）例2-8频率为50Hz、幅值为10A的方波电流的波形如图2.12(a)上图所示，求：（1）方波电流的基波和谐波的数学表达式。（2）方波电流的总畸变率。解题思路：（1）掌握谐波的定义；（2）应用傅里叶级数表达方波电流；（3）熟记有效值计算公式；（4）总畸变率THD计算公式；（5）采用Matlab绘制波形。2.1电路的波形及其参数—谐波案例（2）图2.12方波电流及其基波、低次谐波2.2功率半导体器件—器件分类与发展（1）功率电子技术的发展史是以功率半导体器件的发展史为纲的。水银汞弧整流器电子真空管初始期半控期全控期水银汞弧可控整流器晶体管晶闸管PowerMOSFETGTOIGBTIGCTSiC/GaN2.2功率半导体器件—器件分类与发展（2）器件名称功率二极管晶闸管SCR功率MOSFETIGBT控制功能不可控型半控型全控型全控型门极驱动—电流型电压型混合型覆盖功率~10kW10kW~覆盖电压~100V650V~覆盖频率~1k~1MHz~20kHz典型应用整流斩波汽车低压电气车辆电驱动发展方向高频化、耐高温、低功耗、易驱动；硅基→宽禁带材料SiC、GaN。2.2功率半导体器件—器件分类与发展（3）*重庆大学：曾正，SiC功率器件的性能表征、封装测试与系统集成，中国电源学会第23届学术年会，深圳，2019年11月1日。2.2功率半导体器件—功率二极管概述（a） （b）图2.13二极管：（a）电气符号，（b）伏安特性曲线阈值电压UTO 正向电流快速上升的临界电压，接近器件的通态压降，器件完全导通。击穿电压UBD 器件反向截止后，施加在器件两端使反向电流快速上升的临界电压。导通原理 PN结正向导通、反向截止。2.2功率半导体器件—功率二极管反向恢复特性图2.14功率二极管的反向恢复特性曲线根源器件正向导通时，少数载流子出现电荷存储效应。器件复合载流子，并反向抽取电荷，空间电荷区扩大至载流子动态平衡。 模型器件反向恢复过程可以描述为电荷、结电容的非线性变化。 表征反向恢复电荷Qrr；反向恢复时间trr；反向恢复峰值电流IRM。 （a） （b） （c）图2.16功率二极管的近似伏安特性曲线:(a)理想,(b)准理想,(c)线性数据手册典型参数1）正向电流IF(AV)：在管壳温度Tc一定的条件下，通过器件的正弦半波电流的平均值。2）反向峰值电压UR：在器件两端所能施加的反向最大直流电压。3）结温Tj：指功率二极管的晶元的工作温度范围，比如﹣40～175℃。4）阈值电压UTO：在Tj一定的条件下，器件正向导通的门槛电压值。5）通态压降UF：在结温和正向通态电流一定的条件下，器件的正向压降。6）反向饱和电流IR：当Tj和UR一定时，流经器件的反向电流。2.2功率半导体器件—功率二极管模型与典型参数例2-9二极管VD与电阻R串联的电路如图2.21所示，二极管的型号为IN4001。（1）当电源us为直流12V时，估算电阻R的阻值。（2）采用(1)的电阻，当电源us为幅值12V和频率50Hz的正弦波时，估算二极管VD的电流平均值、电流有效值和最大功耗。（3）绘制（2）中的二极管VD的电压波形。图2.17例2-9的电路解题思路：（1）查阅二极管IN4001的技术规格；（2）获取IN4001的定额工作参数；（3）由额定电流估算电阻R；（4）运用波形参数计算公式；（5）采用Matlab绘制波形。2.2功率半导体器件—功率二极