《電力電子器件》PPT課件

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1、1 電 子 技 術(shù) 的 基 礎(chǔ) 介 紹 各 種 常 用 電 力 電 子 器 件 的 工 作 原 理 、 基 本特 性 、 主 要 參 數(shù) 以 及 選 擇 和 使 用 中 應(yīng) 注 意 的 一 些問 題 簡 要 概 述 電 力 電 子 器 件 的 概 念 、 特 點 和 分 類 等問 題本 章 主 要 內(nèi) 容 ： 電 力 電 子 器 件 電 力 電 子 電 路 的 基 礎(chǔ)電 子 器 件 ： 晶 體 管 和 集 成 電 路 引 言電 力 電 子 器 件第 2章 2 電 力 電 子 器 件 的 概 述1 電 力 電 子 器 件 的 概 念 和 特 征2 應(yīng) 用 電 力 電 子 器 件 的 系 統(tǒng) 組

2、成3 電 力 電 子 器 件 的 分 類 3 電 力 電 子 器 件 的 概 念 和 特 征 電 力 電 子 電 路 的 基 礎(chǔ) 電 力 電 子 器 件1. 概 念 : 電 力 電 子 器 件 （ power electronic device） 可 直 接 用 于 處 理 電 能 的 主 電 路 中 ， 實 現(xiàn) 電 能的 變 換 或 控 制 的 電 子 器 件 主 電 路 （ main power circuit） 電 氣 設(shè) 備或 電 力 系 統(tǒng) 中 ， 直 接 承 擔(dān) 電 能 的 變 換 或 控 制 任務(wù) 的 電 路2. 廣 義 上 分 為 兩 類 : 電 真 空 器 件 (汞 弧 整

3、流 器 、 閘 流 管 等 電 真 空 器 件 ) 半 導(dǎo) 體 器 件 (采 用 的 主 要 材 料 仍 然 是 硅 ) 4 3. 同 處 理 信 息 的 電 子 器 件 相 比 ， 電 力 電 子器 件 的 一 般 特 征 ： 能 處 理 電 功 率 的 大 小 ， 即 承 受 電 壓 和 電流 的 能 力 ， 是 最 重 要 的 參 數(shù) 。 電 力 電 子 器 件 一 般 都 工 作 在 開 關(guān) 狀 態(tài) 。 實 用 中 ， 電 力 電 子 器 件 往 往 需 要 由 信 息電 子 電 路 來 控 制 。 為 保 證 不 致 于 因 損 耗 散 發(fā) 的 熱 量 導(dǎo) 致 器件 溫 度 過 高

4、而 損 壞 ， 不 僅 在 器 件 封 裝 上講 究 散 熱 設(shè) 計 ， 在 其 工 作 時 一 般 都 要 安裝 散 熱 器 。 電 力 電 子 器 件 的 概 念 和 特 征 5 應(yīng) 用 電 力 電 子 器 件 的 系 統(tǒng) 組 成電 力 電 子 系 統(tǒng) ： 由 控 制 電 路 、 驅(qū) 動 電 路 和 以電 力 電 子 器 件 為 核 心 的 主 電 路 組 成控制電 路 檢 測電 路驅(qū) 動電 路 RL主 電 路V1V2圖 1-1 電 力 電 子 器 件 在 實 際 應(yīng) 用 中 的 系 統(tǒng) 組 成 在 主 電路 和 控制 電 路中 附 加一 些 電路 ， 以保 證 電力 電 子器 件 和整

5、個 系統(tǒng) 正 ?？?靠 運行電 氣 隔 離控 制 電 路 6 電 力 電 子 器 件 的 分 類 按 照 器 件 能 夠 被 控 制 電 路 信 號 所 控 制 的 程 度 ，分 為 以 下 三 類 ：1) 半 控 型 器 件 絕 緣 柵 雙 極 晶 體 管 （ Insulated-Gate Bipolar TransistorIGBT） 電 力 場 效 應(yīng) 晶 體 管 （ 電 力 MOSFET） 門 極 可 關(guān) 斷 晶 閘 管 （ GTO）3) 不 可 控 器 件 電 力 二 極 管 （ Power Diode） 只 有 兩 個 端 子 ， 器 件 的 通 和 斷 是 由 其 在 主 電 路

6、 中 承 受 的電 壓 和 電 流 決 定 的 。通 過 控 制 信 號 既 可 控 制 其 導(dǎo) 通 又 可 控 制 其 關(guān) 斷 ，又 稱 自 關(guān) 斷 器 件 。 晶 閘 管 （ Thyristor） 及 其 大 部 分 派 生 器 件 器 件 的 關(guān) 斷 由 其 在 主 電 路 中 承 受 的 電 壓 和 電 流 決 定2) 全 控 型 器 件通 過 控 制 信 號 可 以 控 制 其 導(dǎo) 通 而 不 能 控 制 其 關(guān) 斷 。不 能 用 控 制 信 號 來 控 制 其 通 斷 , 因 此 也 就 不 需 要 驅(qū)動 電 路 。 7 按 照 驅(qū) 動 電 路 加 在 器 件 控 制 端 和 公

7、共 端 之 間 信 號的 性 質(zhì) ， 分 為 兩 類 ： 按 照 器 件 內(nèi) 部 電 子 和 空 穴 兩 種 載 流 子 參 與 導(dǎo) 電 的情 況 分 為 三 類 ： 1) 電 流 驅(qū) 動 型 1) 單 極 型 器 件電 力 電 子 器 件 的 分 類2) 電 壓 驅(qū) 動 型 通 過 從 控 制 端 注 入 或 者 抽 出 電 流 來 實 現(xiàn)導(dǎo) 通 或 者 關(guān) 斷 的 控 制僅 通 過 在 控 制 端 和 公 共 端 之 間 施 加 一 定 的電 壓 信 號 就 可 實 現(xiàn) 導(dǎo) 通 或 者 關(guān) 斷 的 控 制 2) 雙 極 型 器 件3) 復(fù) 合 型 器 件 由 一 種 載 流 子 參 與 導(dǎo)

8、 電 的 器 件由 電 子 和 空 穴 兩 種 載 流 子 參 與 導(dǎo) 電 的 器 件 由 單 極 型 器 件 和 雙 極 型 器 件 集 成 混 合 而 成的 器 件 8 不 可 控 器 件 功 率 二 極 管2.1 1一 、 功 率二 極 管 工作 原 理 和靜 態(tài) 伏 安特 性 2二 、 功 率 二極 管 的 動 態(tài)特 性 3三 、 功 率二 極 管 的參 數(shù) 4四 、 功 率二 極 管 的主 要 類 型 9 PN結(jié) 與 電 力 二 極 管 的 工 作 原 理 基 本 結(jié) 構(gòu) 和 工 作 原 理 與 信 息 電 子 電 路 中 的 二 極 管 一 樣 以 半 導(dǎo) 體 PN結(jié) 為 基 礎(chǔ)

9、由 一 個 面 積 較 大 的 PN結(jié) 和 兩 端 引 線 以 及 封 裝 組 成 的 從 外 形 上 看 ， 主 要 有 螺 栓 型 和 平 板 型 兩 種 封 裝 A K A K a) I KA P NJb) c)圖 1-2 電 力 二 極 管 的 外 形 、 結(jié) 構(gòu) 和 電 氣 圖 形 符 號 a) 外 形 b) 結(jié) 構(gòu) c) 電 氣 圖 形 符 號 10 狀 態(tài)參 數(shù) 正 向 導(dǎo) 通 反 向 截 止 反 向 擊 穿電 流 正 向 大 幾 乎 為 零 反 向 大電 壓 維 持 1V 反 向 大 反 向 大阻 態(tài) 低 阻 態(tài) 高 阻 態(tài) PN結(jié) 的 狀 態(tài) 11 電 力 二 極 管 的 基

10、 本 特 性1. 靜 態(tài) 特 性主 要 指 其 伏 安 特 性門 檻 電 壓 UTO，正 向 電 壓 降 UF 。承 受 反 向 電 壓 時 ， 只 有 微 小 而 數(shù) 值 恒 定 的 反 向漏 電 流 。 I O IF UTO UF U 12 電 力 二 極 管 的 基 本 特 性2. 動 態(tài) 特 性正 向 恢 復(fù) 時 間 tfr延 遲 時 間 ： t d= t1- t0, 電 流 下 降 時 間 ： tf= t2- t1反 向 恢 復(fù) 時 間 ： tRR= td+ tf 13 電 力 二 極 管 的 主 要 參 數(shù)1.正 向 平 均 電 流 IF2. 正 向 壓 降 UF3. 反 向 重

11、復(fù) 峰 值 電 壓 URRM4. 最 高 工 作 結(jié) 溫 TJM5. 反 向 恢 復(fù) 時 間 tRR6. 浪 涌 電 流 Isur 14 電 力 二 極 管 的 主 要 類 型1. 普 通 二 極 管 （ General Purpose Diode）2. 快 恢 復(fù) 二 極 管 （ Fast Recovery DiodeFRD）3. 肖 特 基 二 極 管 （ Schottky Barrier DiodeSBD） 15 半 控 器 件 晶 閘 管1 晶 閘 管 的 結(jié) 構(gòu) 與 工 作 原 理 2 晶 閘 管 的 基 本 特 性 3 晶 閘 管 的 主 要 參 數(shù) 4 晶 閘 管 的 派 生 器

12、 件2.2 16 晶 閘 管 （ Thyristor） ： 晶 體 閘 流 管 ， 可 控 硅 整流 器 （ Silicon Controlled RectifierSCR） 1956年 美 國 貝 爾 實 驗 室 （ Bell Lab） 發(fā) 明 了 晶 閘 管 1957年 美 國 通 用 電 氣 公 司 （ GE） 開 發(fā) 出 第 一 只 晶 閘管 產(chǎn) 品 1958年 商 業(yè) 化晶 閘 管 往 往 專 指 晶 閘 管 的 一 種 基 本 類 型 普通 晶 閘 管 ， 廣 義 上 講 ， 晶 閘 管 還 包 括 其 許 多 類型 的 派 生 器 件 半 控 器 件 晶 閘 管 17 晶 閘 管

13、 的 結(jié) 構(gòu) 與 工 作 原 理外 形 有 螺 栓 型 和 平 板 型 兩 種 封 裝引 出 陽 極 A、 陰 極 K和 門 極 （ 控 制 端 ） G三 個 聯(lián) 接端 A AGG K K b) c)a) A G K K G A P1N 1P 2N 2 J1J2J3圖 1-6 晶 閘 管 的 外 形 、 結(jié) 構(gòu) 和 電 氣 圖 形 符 號a) 外 形 b) 結(jié) 構(gòu) c) 電 氣 圖 形 符 號 18 常 用 晶 閘 管 的 結(jié) 構(gòu)螺栓型晶閘管 晶閘管模塊 平 板 型 晶 閘 管 外 形 及 結(jié) 構(gòu) 19 晶 閘 關(guān) 的 結(jié) 構(gòu) 與 工 作 原 理實 驗1、 實 驗 電 路2、 實 驗 結(jié) 果（

14、 1） UAK0 UGK0 時 電 路 處 于 關(guān) 斷 狀 態(tài)（ 2） UAK0 UGK0 導(dǎo) 通（ 3） 導(dǎo) 通 后 ， UGK斷 開 ， 晶 閘 管 仍導(dǎo) 通 ， G失 去 控 制 作 用 。（ 4） RI晶 閘 管 斷 開U AK0 或 Ia0 且 UGK0 3)晶 閘 管 一 旦 導(dǎo) 通 ， 門 極 就 失 去 控 制 作 用 。 門 極只 需 加 脈 沖 信 號 而 無 須 連 續(xù) 信 號 ， 稱 觸 發(fā) 信 號4)要 使 晶 閘 管 關(guān) 斷 ， 只 能 使 晶 閘 管 的 電 流 降 到 接近 于 零 的 某 一 數(shù) 值 以 下 。 I aIG1IG 晶 閘 管 的 基 本 特 性

15、 23 2. 動 態(tài) 特 性100% 90%10% uAK t tO 0 td tr trr tgrURRM IRM iA 圖 1-9 晶 閘 管 的 開 通 和 關(guān) 斷 過 程 波 形 晶 閘 管 的 基 本 特 性延遲時間上升時間反向阻斷恢復(fù)時間正向阻斷恢復(fù) 時間 24 1. 電 壓 定 額晶 閘 管 的 主 要 參 數(shù) （ 補 充 ）通 常 取 晶 閘 管 的 UDRM和 URRM中 較 小 的 標(biāo) 值 作 為該 器 件 的 額 定 電 壓 。 選 用 時 ， 額 定 電 壓 要 留 有 一定 裕 量 ,一 般 取 額 定 電 壓 為 正 常 工 作 時 晶 閘 管 所 承受 峰 值 電

16、 壓 23倍 。1) 斷 態(tài) 重 復(fù) 峰 值 電 壓 UDRM 在 門 極 斷 路 而 結(jié) 溫 為額 定 值 時 ， 允 許 重 復(fù) 加 在 器 件 上 的 正 向 峰 值 電 壓 。2) 反 向 重 復(fù) 峰 值 電 壓 URRM 在 門 極 斷 路 而 結(jié) 溫 為額 定 值 時 ， 允 許 重 復(fù) 加 在 器 件 上 的 反 向 峰 值 電 壓 。3) 通 態(tài) （ 峰 值 ） 電 壓 UTM晶 閘 管 通 以 某 一 規(guī) 定 倍 數(shù)的 額 定 通 態(tài) 平 均 電 流 時 的 瞬 態(tài) 峰 值 電 壓 。 25 2. 電 流 定 額 晶 閘 管 的 主 要 參 數(shù) 1) 通 態(tài) 平 均 電 流

17、IT(AV) IT（ AV） 的 概 念 平 均 值 晶 閘 管 在 環(huán) 境 溫 度 為 40C和 規(guī) 定 的 冷 卻 狀 態(tài) 下 ，穩(wěn) 定 結(jié) 溫 不 超 過 額 定 結(jié) 溫 時 所 允 許 流 過 的 最 大 工 頻 正弦 半 波 電 流 的 平 均 值 。 電 流 波 形 系 數(shù) Kf的 概 念 Kf=I/Id I有 效 值 Id平 均 值 正 弦 半 波 的 波 形 系 數(shù) 為 ： Kf=I/Id=1.57 26 晶 閘 管 的 主 要 參 數(shù) 已 知 IT（ AV） 、 波 形 求 Id實 際 波 形 的 電 流 有 效 值 IT（ AV） 允 許 的 電 流 有 效 值 I Itn

18、 Kf*Id 1.57 IT（ AV） Id 1.57 IT（ AV） / Kf例 ： 設(shè) 某 晶 閘 管 的 額 定 電 流 IT(AV)=100A， 其 上 流 過電 流 如 圖 所 示 ， 問 允 許 的 電 流 平 均 值 是 多 少 ？ 27 已 知 波 形 的 Im或 I選 擇 晶 閘 管 的 IT（ AV）實 際 波 形 的 電 流 有 效 值 IT（ AV） 允 許 的 電 流 有 效 值 I Itn= 1.57 IT（ AV） IT（ AV） I /1.57考 慮 安 全 裕 度 IT（ AV） （ 1.52） *I /1.57例 ： 設(shè) 流 過 晶 閘 管 的 電 流 如

19、圖 所 示 ， Im=100A， 則應(yīng) 選 擇 I T（ AV） 多 大 ？晶 閘 管 的 主 要 參 數(shù) 28 晶 閘 管 的 主 要 參 數(shù)2） 其 他 電 流 參 數(shù) 維 持 電 流 IH使 晶 閘 管 維 持 導(dǎo) 通 所 必 需 的 最 小 電 流 ， 一般 為 幾 十 到 幾 百 毫 安 ， 與 結(jié) 溫 有 關(guān) 。 結(jié) 溫 越 高 ，則 IH越 小 。 擎 住 電 流 IL 晶 閘 管 剛 從 斷 態(tài) 轉(zhuǎn) 入 通 態(tài) 并 移 除 觸 發(fā) 信 號后 ， 能 維 持 導(dǎo) 通 所 需 的 最 小 電 流 對 同 一 晶 閘 管來 說 ， 通 常 IL約 為 IH的 24倍 。 29 3.

20、動 態(tài) 參 數(shù) 晶 閘 管 的 主 要 參 數(shù)指 在 額 定 結(jié) 溫 和 門 極 開 路 的 情 況 下 ， 不 導(dǎo) 致 晶 閘 管 從斷 態(tài) 到 通 態(tài) 轉(zhuǎn) 換 的 外 加 電 壓 最 大 上 升 率 。指 在 規(guī) 定 條 件 下 ， 晶 閘 管 能 承 受 而 無 有 害 影 響 的 最 大 通 態(tài) 電 流 上 升 率 。 如 果 電 流 上 升 太 快 ， 則 晶 閘 管 剛 一 開 通 ， 便 會 有 很 大 的 電流 集 中 在 門 極 附 近 的 小 區(qū) 域 內(nèi) ， 從 而 造 成 局 部 過 熱 而 使 晶 閘管 損 壞 。 (2) 通 態(tài) 電 流 臨 界 上 升 率 di/dt

21、 在 阻 斷 的 晶 閘 管 兩 端 施 加 的 電 壓 具 有 正 向 的 上 升 率 時 ，相 當(dāng) 于 一 個 電 容 的 J2結(jié) 會 有 充 電 電 流 流 過 ， 被 稱 為 位 移 電流 。 此 電 流 流 經(jīng) J3結(jié) 時 ， 起 到 類 似 門 極 觸 發(fā) 電 流 的 作 用 。如 果 電 壓 上 升 率 過 大 ， 使 充 電 電 流 足 夠 大 ， 就 會 使 晶 閘 管誤 導(dǎo) 通 。 (1) 斷 態(tài) 電 壓 臨 界 上 升 率 du/dt 除 開 通 時 間 tgt和 關(guān) 斷 時 間 tq外 ， 還 有 ： 30 晶 閘 管 的 派 生 器 件雙 向 晶 閘 管 （ Trio

22、de AC SwitchTRIAC或Bidirectional triode thyristor） a) b) I O UIG=0G T1T 2 圖 1-10 雙 向 晶 閘 管 的 電 氣圖 形 符 號 和 伏 安 特 性a) 電 氣 圖 形 符 號 b) 伏 安 特 性 31 作 業(yè) ：1. 圖 1中 陰 影 部 分 為 晶 閘 管 處 于 通 態(tài) 區(qū) 間 的 電 流 波 形 ，各 波 形 的 電 流 最 大 值 均 為 Im， 試 計 算 各 波 形 的 電 流平 均 值 Id1、 Id2、 Id3與 電 流 有 效 值 I1、 I2、 I3。2. 上 題 中 如 果 不 考 慮 安 全

23、 裕 量 ,問 100A的 晶 閘 管 能 送出 的 平 均 電 流 Id1、 Id2、 Id3各 為 多 少 ？ 這 時 ， 相 應(yīng)的 電 流 最 大 值 Im1、 Im2、 Im3各 為 多 少 ? 0 02 22 44 254a) b) c) 圖 1-43 0 圖 1 晶 閘 管 導(dǎo) 電 波 形 32 典 型 全 控 型 器 件 2.3 門 極 可 關(guān) 斷 晶 閘 管 (GTO) 2.4 電 力 晶 體 管 (GTR) 2.5 電 力 場 效 應(yīng) 晶 體 管 (Power MOSFET) 2.6 絕 緣 柵 雙 極 晶 體 管 (IGBT) 33 門 極 可 關(guān) 斷 晶 閘 管 (GTO

24、)門 極 可 關(guān) 斷 晶 閘 管 （ Gate-Turn-Off Thyristor GTO） 晶 閘 管 的 一 種 派 生 器 件 可 以 通 過 在 門 極 施 加 負 的 脈 沖 電 流 使 其 關(guān) 斷 GTO的 電 壓 、 電 流 容 量 較 大 ， 與 普 通 晶 閘 管接 近 ， 因 而 在 兆 瓦 級 以 上 的 大 功 率 場 合 仍 有 較多 的 應(yīng) 用2.3 34 1. GTO的 結(jié) 構(gòu) 和 工 作 原 理 c)圖 1-13 A G K G GK N1P1 N2N2 P2 b)a) AG K 門 極 可 關(guān) 斷 晶 閘 管同 普 通 晶 閘 管 一 樣 ， GTO也 可

25、由 門 極 脈 沖 觸 發(fā) 導(dǎo) 通 。并 且 一 旦 導(dǎo) 通 ， 再 無 任 何 門 極 脈 沖 作 用 下 仍 保 持 導(dǎo)通 態(tài) 。 與 晶 閘 管 不 同 的 是 ， GTO能 夠 在 負 的 門 極 電壓 作 用 下 引 起 足 夠 大 的 負 門 控 電 流 而 關(guān) 斷 。 35 2. GTO的 動 態(tài) 特 性開 通 過 程 ： 與普 通 晶 閘 管 類似 ， 需 經(jīng) 過 延遲 時 間 td和 上升 時 間 tr。 O t 0 t圖 1-14 iG iAIA90%I A10%IA tttftstd trt 0 t1 t2 t3 t4 t5 t6圖 1-14 GTO的 開 通 和 關(guān) 斷

26、 過 程 電 流 波 形 門 極 可 關(guān) 斷 晶 閘 管 36 關(guān) 斷 過 程 ： 與 普 通 晶 閘 管有 所 不 同 抽 取 飽 和 導(dǎo) 通 時 儲 存 的大 量 載 流 子 儲 存 時間 ts， 使 等 效 晶 體 管 退出 飽 和 。 等 效 晶 體 管 從 飽 和 區(qū) 退至 放 大 區(qū) ， 陽 極 電 流 逐漸 減 小 下 降 時 間 tf 。 殘 存 載 流 子 復(fù) 合 尾部 時 間 t t 。 O t0 t圖 1-14iGiAIA90%IA10%IA tttftstd trt0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 GTO的 開 通 和 關(guān) 斷 過 程 電 流 波 形 門 極 可

27、關(guān) 斷 晶 閘 管 37 3. GTO在 應(yīng) 用 中 要 特 別 注 意 幾 個 問 題（ 1） 明 確 驅(qū) 動 信 號 的 要 求 ： 門 極 導(dǎo) 通 和 門 極 關(guān)斷 波 形 。（ 2） 驅(qū) 動 電 路 的 電 源 電 壓 的 選 擇 。（ 3） 吸 收 電 路 的 合 理 設(shè) 計 。（ 4） 吸 收 電 路 雜 散 電 感 的 消 除 。（ 5） 設(shè) 計 陽 極 電 路 的 電 抗 器 等 。門 極 可 關(guān) 斷 晶 閘 管 38 術(shù) 語 用 法 ： 電 力 晶 體 管 （ Giant TransistorGTR， 直 譯 為 巨 型晶 體 管 ） 耐 高 電 壓 、 大 電 流 的 雙

28、極 結(jié) 型 晶 體 管 （ Bipolar Junction TransistorBJT） ， 英 文 有 時 候 也 稱 為Power BJT。 在 電 力 電 子 技 術(shù) 的 范 圍 內(nèi) ， GTR與 BJT這 兩 個 名 稱 等 效 。 應(yīng) 用 20世 紀(jì) 80年 代 以 來 ， 在 中 、 小 功 率 范 圍 內(nèi) 取 代 晶 閘 管 ，但 目 前 又 大 多 被 IGBT和 電 力 MOSFET取 代 。電 力 晶 體 管 (GTR or BJT) 2.4 39 1. GTR的 結(jié) 構(gòu) 和 工 作 原 理 圖 1-15a) 基 極 bP基 區(qū)N漂 移 區(qū) N+襯 底 基 極 b 發(fā) 射

29、 極 c 集 電 極 c P+ P+N+ b) b ec 空 穴 流 電子流 c)Eb Ec ib ic=ibi e=(1+ib圖 1-15 GTR的 結(jié) 構(gòu) 、 電 氣 圖 形 符 號 和 內(nèi) 部 載 流 子 的 流 動 a) 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 斷 面 示 意 圖 b) 電 氣 圖 形 符 號 c) 內(nèi) 部 載 流 子 的 流 動 電 力 晶 體 管 (GTR or BJT) 2.4與 普 通 的 雙 極 結(jié) 型 晶 體 管 基 本 原 理 是 一 樣 的 。主 要 特 性 是 耐 壓 高 、 電 流 大 、 開 關(guān) 特 性 好 。通 常 采 用 至 少 由 兩 個 晶 體 管 按 達 林 頓

30、 接 法 組 成 的 單 元 結(jié) 構(gòu) 。 采 用 集 成 電 路 工 藝 將 許 多 這 種 單 元 并 聯(lián) 而 成 。 40 2. GTR的 基 本 特 性 (1) 靜 態(tài) 特 性共 發(fā) 射 極 接 法 時 的 典型 輸 出 特 性 ： 截 止 區(qū) 、放 大 區(qū) 和 飽 和 區(qū) 。在 電 力 電 子 電 路 中GTR工 作 在 開 關(guān) 狀 態(tài) ，即 工 作 在 截 止 區(qū) 或 飽和 區(qū)在 開 關(guān) 過 程 中 ， 即 在截 止 區(qū) 和 飽 和 區(qū) 之 間過 渡 時 ， 要 經(jīng) 過 放 大區(qū) 截 止 區(qū) 放 大 區(qū)飽和區(qū) 圖 1-16 O Ic ib3i b2i b1 ib1ib2BUcex B

31、Uces BUcer Buceo實 際 使 用 時 ， 為 確 保安 全 ， 最 高 工 作 電 壓要 比 BUceo低 得 多 。2) 集 電 極 最 大 允 許 電 流 IcM3) 集 電 極 最 大 耗 散 功 率 PcM電 力 晶 體 管 43 4. GTR的 二 次 擊 穿 現(xiàn) 象與 安 全 工 作 區(qū)一 次 擊 穿 二 次 擊 穿安 全 工 作 區(qū) （ Safe Operating AreaSOA） 最 高 電 壓 UceM、 集電 極 最 大 電 流 IcM、最 大 耗 散 功 率 PcM、二 次 擊 穿 臨 界 線 限定 。 電 力 晶 體 管 SOA O IcI cM PSB

32、 PcM UceUceM 44 Metal Oxide Semiconductor FET特 點 用 柵 極 電 壓 來 控 制 漏 極 電 流 驅(qū) 動 電 路 簡 單 ， 需 要 的 驅(qū) 動 功 率 小 。 開 關(guān) 速 度 快 ， 工 作 頻 率 高 （ 可 達 100KHz） 。 熱 穩(wěn) 定 性 優(yōu) 于 GTR。 電 流 容 量 小 ， 耐 壓 低 ， 一 般 只 適 用 于 功 率 不 超過 10kW的 電 力 電 子 裝 置 。2.5 功 率 場 效 應(yīng) 晶 體 管 (Power MOSFET) 45 1. 電 力 MOSFET的 結(jié) 構(gòu) 和 工 作 原 理 電 力 MOSFET的 種

33、 類 按 導(dǎo) 電 溝 道 可 分 為 P溝 道 和 N溝 道 按 柵 極 電 壓 為 零 時 是 否 存 在 導(dǎo) 電 溝 道分 為 耗 盡 型 和 增 強 型電 力 場 效 應(yīng) 晶 體 管 46 電 力 MOSFET的 結(jié) 構(gòu)電 力 場 效 應(yīng) 晶 體 管 N+ G SD P溝 道b) N+N- SG D P PN+N+ N+溝 道 a) G S D N溝 道 圖 1-19圖 1-19 電 力 MOSFET的 結(jié) 構(gòu) 和 電 氣 圖 形 符 號電 力 MOSFET的 工 作 原 理截 止 ： 漏 源 極 間 加 正 電 源 ， 柵 源 極 間 電 壓 為 零 。導(dǎo) 電 ： 漏 源 極 間 加

34、正 電 源 ， 在 柵 源 極 間 加 正 電 壓UGS 47 1) 靜 態(tài) 特 性漏 極 電 流 ID和 柵源 間 電 壓 UGS的 關(guān)系 稱 為 MOSFET的 轉(zhuǎn) 移 特 性 。ID較 大 時 ， ID與UGS的 關(guān) 系 近 似 線性 ， 曲 線 的 斜 率定 義 為 跨 導(dǎo) Gfs。 010 2030 5040 圖 1-20 2 4 6 8a) 10 2030 5040 0 b)10 20 30 5040 飽 和 區(qū) 非飽和區(qū) 截 止 區(qū) I D/A UT UGS/V U DS/V UGS=UT=3V UGS=4VUGS=5VUGS=6V UGS=7VUGS=8VI D/A圖 1-20

35、 電 力 MOSFET的 轉(zhuǎn) 移 特 性 和 輸 出 特 性 a) 轉(zhuǎn) 移 特 性 b) 輸 出 特 性 2. 電 力 MOSFET的 基 本 特 性電 力 場 效 應(yīng) 晶 體 管 48 MOSFET的 漏 極 伏 安 特 性 ： 截 止 區(qū) （ 對 應(yīng) 于 GTR的截 止 區(qū) ） 飽 和 區(qū) （ 對 應(yīng) 于 GTR的放 大 區(qū) ） 非 飽 和 區(qū) （ 對 應(yīng) 于 GTR的 飽 和 區(qū) ） 電 力 MOSFET工 作 在開 關(guān) 狀 態(tài) ， 即 在 截 止 區(qū)和 非 飽 和 區(qū) 之 間 來 回 轉(zhuǎn)換 。 010 2030 5040 圖 1-20 2 4 6 8a) 10 2030 5040 0

36、b)10 20 30 5040 飽 和 區(qū) 非飽和區(qū) 截 止 區(qū) I D/A UT UGS/V U DS/V UGS=UT=3V UGS=4VUGS=5VUGS=6V UGS=7VUGS=8VI D/A 電 力 MOSFET的 轉(zhuǎn) 移 特 性 和 輸 出 特 性 a) 轉(zhuǎn) 移 特 性 b) 輸 出 特 性 電 力 場 效 應(yīng) 晶 體 管 49 電 力 場 效 應(yīng) 晶 體 管2) 動 態(tài) 特 性 50 開 通 過 程 開 通 延 遲 時 間 td(on) up前 沿 時 刻 到 uGS=UT并 開 始 出 現(xiàn)iD的 時 刻 間 的 時 間 段 。 上 升 時 間 tr uGS從 uT上 升 到

37、MOSFET進 入 非 飽 和 區(qū) 的柵 壓 UGSP的 時 間 段 。 開 通 時 間 ton開 通 延 遲 時 間 與 上 升 時 間 之 和 。a） b)圖 1-21Rs RG RFRL iDuGSup iD信 號+UE iDOOOup tttuGSuGSPuT td(on) tr td(off) tf電 力 場 效 應(yīng) 晶 體 管 51 關(guān) 斷 過 程 關(guān) 斷 延 遲 時 間 td(off) up下 降 到 零 起 ， Cin通 過 Rs和 RG放 電 ，uGS按 指 數(shù) 曲 線 下 降 到 UGSP時 ， iD開 始 減 小 止 的 時 間 段 。 下 降 時 間 tf uGS從 U

38、GSP繼 續(xù) 下 降 起 ， iD減 小 ， 到 uGS20V將 導(dǎo) 致 絕 緣 層 擊 穿 。 53 4) 極 間 電 容 極 間 電 容 CGS、 CGD和 CDS 電 力 場 效 應(yīng) 晶 體 管5） 安 全 工 作 區(qū)漏 源 間 的 耐 壓 、 漏 極 最 大 允 許 電 流 和 最 大 耗 散 功率 決 定 了 電 力 MOSFET的 安 全 工 作 區(qū) 。一 般 來 說 ， 電 力 MOSFET不 存 在 二 次 擊 穿 問 題 ，這 是 它 的 一 大 優(yōu) 點 。 54 絕 緣 柵 雙 極 功 率 晶 體 管 （ IGBT or IGT)GTR和 GTO的 特 點 雙 極 型 ，

39、電 流 驅(qū) 動 ， 有 電 導(dǎo) 調(diào) 制效 應(yīng) ， 通 流 能 力 很 強 ， 開 關(guān) 速 度 較 低 ， 所 需 驅(qū) 動 功 率 大 ，驅(qū) 動 電 路 復(fù) 雜 。MOSFET的 優(yōu) 點 單 極 型 ， 電 壓 驅(qū) 動 ， 開 關(guān) 速 度 快 ，輸 入 阻 抗 高 ， 熱 穩(wěn) 定 性 好 ， 所 需 驅(qū) 動 功 率 小 而 且 驅(qū) 動 電路 簡 單 ， 電 流 容 量 小 耐 壓 低 。兩 類 器 件 取 長 補 短 結(jié) 合 而 成 的 復(fù) 合 器 件 Bi-MOS器 件 絕 緣 柵 雙 極 晶 體 管 （ Insulated-gate Bipolar Transistor IGBT或 IGT）

40、2.6 55 1. IGBT的 結(jié) 構(gòu) 和 工 作 原 理 E G CN+ N- a) PN+ N+ PN+ N+P + 發(fā) 射 極 柵 極 集 電 極 注 入 區(qū)緩 沖 區(qū) 漂 移 區(qū)J3 J2J1 G E C+- +-+-ID RN ICVJ1IDRon b) G C c)圖 1-22 IGBT的 結(jié) 構(gòu) 、 簡 化 等 效 電 路 和 電 氣 圖 形 符 號a) 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 斷 面 示 意 圖 b) 簡 化 等 效 電 路 c) 電 氣 圖 形 符 號 絕 緣 柵 雙 極 晶 體 管IGBT的 結(jié) 構(gòu)三 端 器 件 ： 柵 極 G、 集 電 極 C和 發(fā) 射 極 E 56 IGBT的

41、 原 理 驅(qū) 動 原 理 與 電 力 MOSFET基 本 相 同 ， 場 控 器 件 ， 通斷 由 柵 射 極 電 壓 uGE決 定 。 導(dǎo) 通 ： uGE大 于 開 啟 電 壓 UGE(th)時 ， MOSFET內(nèi)形 成 溝 道 ， 為 晶 體 管 提 供 基 極 電 流 ， IGBT導(dǎo)通 。 導(dǎo) 通 壓 降 ： 電 導(dǎo) 調(diào) 制 效 應(yīng) 使 電 阻 RN減 小 ， 使 通態(tài) 壓 降 小 。 關(guān) 斷 ： 柵 射 極 間 施 加 反 壓 或 不 加 信 號 時 ，MOSFET內(nèi) 的 溝 道 消 失 ， 晶 體 管 的 基 極 電 流 被切 斷 ， IGBT關(guān) 斷 。絕 緣 柵 雙 極 晶 體 管

42、 57 2. IGBT的 基 本 特 性 1) IGBT的 靜 態(tài) 特 性 O 有 源 區(qū) 正 向 阻 斷 區(qū) 飽和區(qū) 反 向 阻 斷 區(qū) a) b) IC UGE(th) UGEO IC URM U FM UCE UGE(th)UGE增 加 絕 緣 柵 雙 極 晶 體 管 輸 出 特 性分 為 三 個 區(qū) 域 ：正 向 阻 斷 區(qū) 、 有源 區(qū) 和 飽 和 區(qū) 。 轉(zhuǎn) 移 特 性 IC與UGE間 的 關(guān) 系 (開 啟 電壓 UGE(th) 58 2) IGBT的 動 態(tài) 特 性 t tt10%90%10% 90% U CEI C0O0 U GE U GEMI CM U CEMt fv1 t

43、fv2 t offt on t fi1 t fi2t d(off) t ft d(on) tr U CE(on) U GEMU GEMI CMI CM 絕 緣 柵 雙 極 晶 體 管 59 IGBT的 特 性 和 參 數(shù) 特 點 可 以 總 結(jié) 如 下 ：絕 緣 柵 雙 極 晶 體 管(1) 開 關(guān) 速 度 高 ， 開 關(guān) 損 耗 小 。(2) 易 于 并 聯(lián)(3) 相 同 電 壓 和 電 流 定 額 時 ， 安 全 工 作 區(qū) 比GTR大 ， 且 具 有 耐 脈 沖 電 流 沖 擊 能 力 。(4) 通 態(tài) 壓 降 比 VDMOSFET低 。(5) 輸 入 阻 抗 高 ， 輸 入 特 性 與

44、 MOSFET類 似 。(6) 與 MOSFET和 GTR相 比 ， 耐 壓 和 通 流 能 力還 可 以 進 一 步 提 高 ， 同 時 保 持 開 關(guān) 頻 率 高 的特 點 。 60 絕 緣 柵 雙 極 晶 體 管三 、 IGBT的 過 載 能 力 IGBT的 短 路 特 性 通 過 該 試 驗 電 路 獲 得 一 個 結(jié) 果 ： IGBT器 件 的 飽 和壓 降 越 高 ， 其 允 許 的 短 路 時 間 越 長 ， 61 擎 住 效 應(yīng) 或 自 鎖 效 應(yīng) ：絕 緣 柵 雙 極 晶 體 管柵 極 就 會 失 去 對 集 電 極 電 流 的 控 制 作 用 ， 導(dǎo) 致 集 電極 電 流

45、增 加 造 成 器 件 功 耗 過 高 而 損 壞 。 電 流 失 控 現(xiàn) 象 。引 起 擎 住 效 應(yīng) 的 原 因 ：集 電 極 電 流 過 大 （ 靜 態(tài) 擎 住 效 應(yīng) ）duCE/dt過 大 （ 動 態(tài) 擎 住 效 應(yīng) ）4. IGBT的 擎 住 效 應(yīng) 62 容量 工 作頻 率 驅(qū) 動 功 率 類 別GTO 大 低 需 很 大 反向 驅(qū) 動 電流 全 控 電 流 驅(qū)動 雙 極 型GTR 中 中 大 二 次 擊 穿 全 控 電 流 驅(qū)動 雙 極 型電 力MOS 小 高 小 靜 電 感 應(yīng) 全 控 電 壓 驅(qū)動 單 極 型IGBT 中 比 GTR高 比 GTR小 擎 住 效 應(yīng) 全 控

46、電 壓 驅(qū)動 復(fù) 合 型 63 集 成 門 極 換 流 晶 閘 管 IGCTIGCT（ Integrated Gate-Commutated Thyristor） ，也 稱 GCT（ Gate-Commutated Thyristor） 20世 紀(jì) 90年 代 后 期 出 現(xiàn) ， 結(jié) 合 了 GTR與 GTO的 優(yōu) 點 ， 容量 與 GTO相 當(dāng) ， 開 關(guān) 速 度 快 10倍 ， 且 可 省 去 GTO龐 大 而復(fù) 雜 的 緩 沖 電 路 ， 只 不 過 所 需 的 驅(qū) 動 功 率 仍 很 大 。 IGCT 在 導(dǎo) 通 期 間 發(fā) 揮 晶 閘 管 的 性 能 ,關(guān) 斷 階 段 呈 類 似 晶

47、體 管 的 特 性 。 IGCT 具 有 電 流 大 、 電 壓 高 、 開 關(guān) 頻 率 高 、 可 靠 性 高 、結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 損 耗 低 的 特 點 。2.7 64 功 率 集 成 電 路20世 紀(jì) 80年 代 中 后 期 開 始 ， 模 塊 化 趨 勢 ， 將 多 個器 件 封 裝 在 一 個 模 塊 中 ， 稱 為 功 率 模 塊 。將 器 件 與 邏 輯 、 控 制 、 保 護 、 傳 感 、 檢 測 、 自 診斷 等 信 息 電 子 電 路 制 作 在 同 一 芯 片 上 ， 稱 為 功 率 集 成 電 路 （ Power Integrated CircuitPIC） 。類

48、似 功 率 集 成 電 路 的 還 有 許 多 名 稱 ， 但 實 際 上 各有 側(cè) 重 。 高 壓 集 成 電 路 （ High Voltage ICHVIC） 智 能 功 率 集 成 電 路 （ Smart Power ICSPIC） 智 能 功 率 模 塊 （ Intelligent Power ModuleIPM） 2.8 65 電 力 電 子 器 件 的 保 護 驅(qū) 動 電 路1 電 力 電 子 器 件 驅(qū) 動 電 路 概 述2 晶 閘 管 的 觸 發(fā) 電 路3 典 型 全 控 型 器 件 的 驅(qū) 動 電 路4 過 電 壓 的 產(chǎn) 生 及 過 電 壓 保 護5 過 電 流 保 護2.

49、10 66 電 力 電 子 器 件 驅(qū) 動 電 路 概 述驅(qū) 動 電 路 主 電 路 與 控 制 電 路 之 間 的接 口2.10.1驅(qū) 動 電 路 的 基 本 任 務(wù) ： 將 信 息 電 子 電 路 傳 來 的 信 號 按 控 制 目 標(biāo) 的要 求 ， 轉(zhuǎn) 換 為 加 在 電 力 電 子 器 件 控 制 端 和公 共 端 之 間 ， 可 以 使 其 開 通 或 關(guān) 斷 的 信 號 。 對 半 控 型 器 件 只 需 提 供 開 通 控 制 信 號 。 對 全 控 型 器 件 則 既 要 提 供 開 通 控 制 信 號 ，又 要 提 供 關(guān) 斷 控 制 信 號 。 67 驅(qū) 動 電 路 還 要

50、 提 供 控 制 電 路 與 主 電 路 之 間 的 電氣 隔 離 環(huán) 節(jié) ， 一 般 采 用 光 隔 離 或 磁 隔 離 。 光 隔 離 一 般 采 用 光 耦 合 器 磁 隔 離 的 元 件 通 常 是 脈 沖 變 壓 器按 照 驅(qū) 動 電 路 加 在 電 力 電 子 器 件 控 制 端 和 公 共端 之 間 信 號 的 性 質(zhì) 分 ， 可 分 為 電 流 驅(qū) 動 型 和 電壓 驅(qū) 動 型 。驅(qū) 動 電 路 具 體 形 式 可 為 分 立 元 件 的 ， 但 目 前 的趨 勢 是 采 用 專 用 集 成 驅(qū) 動 電 路 。電 力 電 子 器 件 驅(qū) 動 電 路 概 述2.10.1 68 晶

51、 閘 管 的 觸 發(fā) 電 路 作 用 ： 產(chǎn) 生 符 合 要 求 的 門 極 觸 發(fā) 脈 沖 ， 保 證 晶 閘管 在 需 要 的 時 刻 由 阻 斷 轉(zhuǎn) 為 導(dǎo) 通 。2.10.2 晶 閘 管 觸 發(fā) 電 路 應(yīng) 滿 足 下 列 要 求 ： 1)觸 發(fā) 信 號 可 以 是 交 流 直 流 或 脈 沖 ， 常 采 用 脈 沖 形 式 。 2)觸 發(fā) 脈 沖 必 須 有 足 夠 的 電 壓 和 電 流 。 3)觸 發(fā) 脈 沖 要 有 足 夠 的 寬 度 （ 考 慮 掣 住 電 流 ） 。 4)觸 發(fā) 脈 沖 必 須 與 主 回 路 電 源 同 步 。 5)觸 發(fā) 脈 沖 的 移 相 范 圍 應(yīng)

52、滿 足 變 流 裝 置 的 要 求 。 6)動 態(tài) 響 應(yīng) 快 ， 抗 干 擾 能 力 強 ， 溫 度 穩(wěn) 定 性 好 。 69 過 電 壓 的 產(chǎn) 生 及 過 電 壓 保 護電 力 電 子 裝 置 可 能 的 過 電 壓 外 因 過 電 壓 和 內(nèi)因 過 電 壓 外 因 過 電 壓 主 要 來 自 雷 擊 和 系 統(tǒng) 中 的 操 作 過 程 等 外 因 (1) 操 作 過 電 壓 ： 由 分 閘 、 合 閘 等 開 關(guān) 操 作 引 起 (2) 雷 擊 過 電 壓 ： 由 雷 擊 引 起 內(nèi) 因 過 電 壓 主 要 來 自 電 力 電 子 裝 置 內(nèi) 部 器 件 的 開 關(guān) 過 程 (1) 換

53、 相 過 電 壓 ： 晶 閘 管 或 與 全 控 型 器 件 反 并 聯(lián) 的 二 極管 在 換 相 結(jié) 束 后 不 能 立 刻 恢 復(fù) 阻 斷 ， 因 而 有 較 大 的 反 向 電流 流 過 ， 當(dāng) 恢 復(fù) 了 阻 斷 能 力 時 ， 該 反 向 電 流 急 劇 減 小 ， 會由 線 路 電 感 在 器 件 兩 端 感 應(yīng) 出 過 電 壓 。 (2) 關(guān) 斷 過 電 壓 ： 全 控 型 器 件 關(guān) 斷 時 ， 正 向 電 流 迅 速 降 低 而 由 線 路 電 感 在 器 件 兩 端 感 應(yīng) 出 的 過 電 壓 。 2.10.4 70 過 電 壓 保 護 措 施 S 圖 1-34 F RV

54、RCD T DC U M RC1 RC2 RC3 RC4 LBSDC圖 2-38 過 電 壓 抑 制 措 施 及 配 置 位 置F避 雷 器 D變 壓 器 靜 電 屏 蔽 層 C靜 電 感 應(yīng) 過 電 壓 抑 制 電 容RC 1閥 側(cè) 浪 涌 過 電 壓 抑 制 用 RC電 路 RC2閥 側(cè) 浪 涌 過 電 壓 抑 制 用 反 向 阻 斷 式 RC電 路RV壓 敏 電 阻 過 電 壓 抑 制 器 RC3閥 器 件 換 相 過 電 壓 抑 制 用 RC電 路RC4直 流 側(cè) RC抑 制 電 路 RCD閥 器 件 關(guān) 斷 過 電 壓 抑 制 用 RCD電 路 過 電 壓 的 產(chǎn) 生 及 過 電 壓

55、 保 護2.10.4 71 過 電 流 保 護過 電 流 過 載 和 短 路 兩 種 情 況 常 用 措 施 （ 圖 2-39） 負 載 觸 發(fā) 電 路開 關(guān) 電 路過 電 流繼 電 器交 流 斷 路 器 動 作 電 流整 定 值短 路 器 電 流 檢 測 電 子 保 護 電 路 快 速 熔 斷 器 變 流 器 直 流 快 速 斷 路 器電 流 互 感 器變 壓 器 圖 1-37 快 速 熔 斷 器 、 直 流 快 速 斷 路 器 和 過 電 流 繼 電 器 。 同 時 采 用 幾 種 過 電 流 保 護 措 施 ， 提 高 可 靠 性 和 合 理 性 。 電 子 電 路 作 為 第 一 保

56、護 措 施 ， 快 熔 僅 作 為 短 路 時 的 部分 區(qū) 段 的 保 護 ， 直 流 快 速 斷 路 器 整 定 在 電 子 電 路 動 作 之 后實 現(xiàn) 保 護 ， 過 電 流 繼 電 器 整 定 在 過 載 時 動 作 。 2.10.5 72 緩 沖 電 路 （ Snubber Circuit）緩 沖 電 路 （ 吸 收 電 路 ） ： 抑 制 器 件 的 內(nèi) 因 過電 壓 、 du/dt、 過 電 流 和 di/dt， 減 小 器 件 的 開關(guān) 損 耗 。 關(guān) 斷 緩 沖 電 路 （ du/dt抑 制 電 路 ） 吸 收 器 件 的關(guān) 斷 過 電 壓 和 換 相 過 電 壓 ， 抑

57、制 du/dt， 減 小 關(guān) 斷損 耗 。 開 通 緩 沖 電 路 （ di/dt抑 制 電 路 ） 抑 制 器 件 開通 時 的 電 流 過 沖 和 di/dt， 減 小 器 件 的 開 通 損 耗 。 將 關(guān) 斷 緩 沖 電 路 和 開 通 緩 沖 電 路 結(jié) 合 在 一 起 復(fù) 合 緩 沖 電 路 。 其 他 分 類 法 ： 耗 能 式 緩 沖 電 路 和 饋 能 式 緩 沖 電 路 73 本 章 小 結(jié)主 要 內(nèi) 容 全 面 介 紹 各 種 主 要 電力 電 子 器 件 的 基 本 結(jié) 構(gòu) 、工 作 原 理 、 基 本 特 性 和主 要 參 數(shù) 等 。 集 中 討 論 電 力 電 子

58、器件 的 驅(qū) 動 、 保 護 。 MCTIGBT 功 率 MOSFET功 率 SIT 肖 特 基 勢 壘 二 極 管 SITH GTORCTTRIACLTT晶 閘 管電力二極管 雙極 型單 極 型 混合型 復(fù)合型（ （ 圖 1-42 GTR電 力 電 子 器 件 類 型 歸 納 單 極 型 ： 電 力 MOSFET和SIT 雙 極 型 ： 電 力 二 極 管 、 晶閘 管 、 GTO、 GTR和 SITH 復(fù) 合 型 ： IGBT和 MCT 圖 1-42 電 力 電 子 器 件 分 類 “ 樹 ” 74 電 壓 驅(qū) 動 型 ： 單 極 型 器 件 和 復(fù) 合 型 器 件 ， 雙極 型 器 件

59、中 的 SITH 特 點 ： 輸 入 阻 抗 高 ， 所 需 驅(qū) 動 功 率 小 ， 驅(qū) 動 電 路 簡單 ， 工 作 頻 率 高 。電 流 驅(qū) 動 型 ： 雙 極 型 器 件 中 除 SITH外 特 點 ： 具 有 電 導(dǎo) 調(diào) 制 效 應(yīng) ， 因 而 通 態(tài) 壓 降 低 ， 導(dǎo) 通損 耗 小 ， 但 工 作 頻 率 較 低 ， 所 需 驅(qū) 動 功 率 大 ,驅(qū) 動電 路 較 復(fù) 雜 。 本 章 小 結(jié) 75 當(dāng) 前 的 格 局 : IGBT為 主 體 ， 第 四 代 產(chǎn) 品 ， 制 造 水 平 2.5kV / 1.8kA， 兆 瓦 以 下 首 選 。 仍 在 不 斷 發(fā) 展 ， 與IGCT等

60、 新 器 件 激 烈 競 爭 ， 試 圖 在 兆 瓦 以 上 取代 GTO。 GTO： 兆 瓦 以 上 首 選 ， 制 造 水 平 6kV / 6kA。 光 控 晶 閘 管 ： 功 率 更 大 場 合 ， 8kV / 3.5kA， 裝置 最 高 達 300MVA， 容 量 最 大 。 電 力 MOSFET： 長 足 進 步 ， 中 小 功 率 領(lǐng) 域 特 別是 低 壓 ， 地 位 牢 固 。本 章 小 結(jié) 76 本 章 小 結(jié)1、 了 解 電 力 電 子 器 件 的 特 點 及 分 類2、 重 點 掌 握 晶 閘 管 的 結(jié) 構(gòu) 、 符 號 、 導(dǎo) 通 和 關(guān) 斷 條 件 、基 本 特 性 、

61、 電 壓 電 流 定 額 及 有 關(guān) 的 計 算3、 掌 握 四 種 全 控 型 器 件 的 符 號 、 所 屬 類 別 、 工 作 情況 及 動 態(tài) 特 性 等4、 電 力 電 子 器 件 驅(qū) 動 電 路 的 概 念 及 要 求5、 電 力 電 子 器 件 的 保 護 77 思 考 題 ：1. 使 晶 閘 管 導(dǎo) 通 的 條 件 是 什 么 ？2. 維 持 晶 閘 管 導(dǎo) 通 的 條 件 是 什 么 ？ 怎 樣 才 能 使 晶 閘管 由 導(dǎo) 通 變 為 關(guān) 斷 ？3.驅(qū) 動 電 路 的 主 要 任 務(wù) 是 什 么 ？ 電 氣 隔 離 環(huán) 節(jié) 采 用的 主 要 器 件 是 什 么 ？4.試 說 明 IGBT、 GTR、 GTO和 電 力 MOSFET各 自的 優(yōu) 缺 點 。 5.試 說 明 過 電 壓 產(chǎn) 生 的 原 因 ， 以 及 過 電 壓 過 電 流 保護 措 施 。6.全 控 型 器 件 的 緩 沖 電 路 的 主 要 作 用 是 什 么 ？