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资料简介
第1章 电力电子器件
主要内容:各种二极管、半控型器件-晶闸管的结构、工作原理、伏安特性、主要静态、动态参数,器件的选取原则,典型全控型器件:GTO、电力MOSFET、IGBT,功率集成电路和智能功率模块,电力电子器件的串并联、电力电子器件的保护,电力电子器件的驱动电路。
重点:晶闸管的结构、工作原理、伏安特性、主要静态、动态参数,器件的选取原则,典型全控型器件。
难点:晶闸管的结构、工作原理、伏安特性、主要静态、动态参数。
基本要求:掌握半控型器件-晶闸管的结构、工作原理、伏安特性、主要静态、动态参数,熟练掌握器件的选取原则,掌握典型全控型器件,了解电力电子器件的串并联,了解电力电子器件的保护。
1 电力电子器件概述
(1) 电力电子器件的概念和特征
主电路(main power circuit)--电气设备或电力系统中,直接承担电能的变换或控制任务的电路;
电力电子器件(power electronic device)--可直接用于处理电能的主电路中,实现电能的变换或控制的电子器件;
广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类。
两类中,自20世纪50年代以来,真空管仅在频率很高(如微波)的大功率高频电源中还在使用,而电力半导体器件已取代了汞弧整流器(Mercury Arc Rectifier)、闸流管(Thyratron)等电真空器件,成为绝对主力。因此,电力电子器件目前也往往专指电力半导体器件。
电力半导体器件所采用的主要材料仍然是硅。
同处理信息的电子器件相比,电力电子器件的一般特征:
a. 能处理电功率的大小,即承受电压和电流的能力,是最重要的参数;
其处理电功率的能力小至毫瓦级,大至兆瓦级,大多都远大于处理信息的电子器件。
b. 电力电子器件一般都工作在开关状态;
导通时(通态)阻抗很小,接近于短路,管压降接近于零,而电流由外电路决定;
阻断时(断态)阻抗很大,接近于断路,电流几乎为零,而管子两端电压由外电路决定;
电力电子器件的动态特性(也就是开关特性)和参数,也是电力电子器件特性很重要的方面,有些时候甚至上升为第一位的重要问题。
作电路分析时,为简单起见往往用理想开关来代替
c. 实用中,电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。
在主电路和控制电路之间,需要一定的中间电路对控制电路的信号进行放大,这就是电力电子器件的驱动电路。
d. 为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏,不仅在器件封装上讲究散热设计,在其工作时一般都要安装散热器。
导通时器件上有一定的通态压降,形成通态损耗
阻断时器件上有微小的断态漏电流流过,形成断态损耗
在器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和关断损耗,总称开关损耗
对某些器件来讲,驱动电路向其注入的功率也是造成器件发热的原因之一
通常电力电子器件的断态漏电流极小,因而通态损耗是器件功率损耗的主要成因
器件开关频率较高时,开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素
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