2012狼队vs曼城: 第二講+電力電子器件1

電 力 電 子 技 術 Power Electronic Technology 第一章 電力電子器件 2.1.1 電力電子器件的概念和特征 ? 主電路（Main Power Circuit）—電氣設備或電力系統中， 直接承擔電能的變換或控制任務的電路。 ? 電力電子器件（Power Electronic Device）—可直接用于 處理電能的主電路中，實現電能的變換或控制的電子器件。 ? 與信息電子器件相比，電力電子器件具有以下幾個特征： 1.電力電子器件處理的電功率遠大于信息電子器件；故電力 電子器件工作于開關狀態，相當于電力開關； 2.電力電子器件需要信息電子器件和中間電路構成的驅動電 路來控制； 3.需要緩沖電路和?；さ緶?； 4.由于電力電子器件功率損耗較大，為避免因損耗造成的熱 量使器件損壞，通常要安裝散熱器。 2.1.1 電力電子器件的概念和特征 2.1.1 電力電子器件的概念和特征 ? 電力電子器件的重要參數：電壓和電流 由于電力電子器件處理的電功率較大，為減少本身損耗， 電力電子器件一般工作在開關狀態。導通時阻抗很小，接 近于短路，管壓降接近于零；阻斷時阻抗很大，接近于斷 路，電流接近于零。 參數中電壓指器件在阻斷時所能承受的電壓； 參數中電流指器件在導通時所能通過的電流。 例如：某電力電子器件型號為SGH60N80UFD 阻斷時所能承受的電壓為600V，導通時額定電流為80A 2.1.1 電力電子器件的概念和特征 ? 電力電子器件的損耗 通態損耗 主要損耗 斷態損耗 開通損耗 開關損耗 關斷損耗 ? 通態損耗是器件功率損耗的主要成因。 ? 器件開關頻率較高時，開關損耗可能成為器件 功率損耗的主要因素。 2.1.2 應用電力電子器件的系統組成 電力電子系統：由控制電路、驅動電路、?；さ?路 和以電力電子器件為核心的主電路組成。在主電路 和控制電 路中附加 一些電路， 控 檢測 電路 以保證電 V1 力電子器 制 件和整個 ?；?L R 系統正常 電路 可靠運行 控制電路 電 驅動 V2 路 電路 主電路 電氣隔離 圖1-1 電力電子器件在實際應用中的系統組成 2.1.3 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： 半控型器件 ——通過控制信號可以控制其導通而不能控 制其關斷。 全控型器件 ——通過控制信號既可控制其導通又可控制 其關斷，又稱自關斷器件。 不可控器件 ——不能用控制信號來控制其通斷, 因此也 就不需要驅動電路。 2.1.3 電力電子器件的分類 ? 按照驅動電路加在器件控制端和公共端之間信號的性質， 分為兩類： ? 電流驅動型(Current Driving Type)——通過從控制端 注入或者抽出電流來實現導通或者關斷的控制 ? 電壓驅動型(Voltage Driving Type)——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導通或者 關斷的控制 電壓驅動型器件實際上是通過加在控制端上的電壓在器 件的兩個主電路端子之間產生可控的電場來改變流過器 件的電流大小和通斷狀態，所以又稱為場控器件(Field Controlled Device)，或場效應器件 2.1.3 電力電子器件的分類 ? 按照器件內部電子和空穴兩種帶電粒子參與導電 的情況分為三類： ? 單極型器件(Unipolar Device)——由一種帶 電粒子參與導電的器件 ? 雙極型器件(Bipolar Device)——由電子和空 穴兩種帶電粒子參與導電的器件 ? 復合型器件(Complex Device)——由單極型器 件和雙極型器件集成混合而成的器件 電力電子器件的發展史 史前期 （黎明期） 晶閘管問 世， 公元 (“ 全控型器件迅 元年”) 速發展時期 晶體管誕生 1904 1930 1947 1957 1970 1980 1990 2000 t(年) 電子管 問世 晶閘管時代 水銀（汞 IGBT及功率 ?。┱?集成器件出現 器時代 和發展時代 電力電子技術的發展史是以電力電子器件的發展史為綱的。 電力電子器件基礎_PN結原理 內電場 ? 完全純凈的、 ? 用適當的方法在本 + 結構完整的半 。- 。- 。- - ·+ ·+ ·+ 征半導體內摻入微 導體晶體稱為 。- 。- 。- - + ·+ ·+ ·+ 量的雜質，會使半 + 本征半導體。 。- 。- 。- - ·+ ·+ ·+ 導體的導電能力發 在常溫下，本 + 生顯著的變化，這 。- 。- 。- - ·+ ·+ ·+ 征半導體可以 。- 。- 。- - + + + + 種半導體稱為雜質 激發出少量的 · · · 半導體。因摻入雜 P型區 空間電荷區 N型區 自由電子，并 質化合價的不同， 出現相應數量 ? 多子和少子 雜質半導體分為電 的空穴，這兩 子型（N型）半導體 ? 擴散運動和漂移運動。 種不同極性的 和空穴型（P型）半 帶電粒子統稱 ? 空間電荷區 導體兩類。 為載流子。 電力電子器件基礎_PN結原理 ? 在PN結上外加電壓稱為對PN結的偏置，P區加正、N區加負為正偏置， 反之為反偏置。 ? 當PN結正向偏置時，外加電場與PN結的內電場方向相反，內電場被削 弱，載流子的漂移運動受到抑制，而擴散運動增強，在外電路上則形 成自P區流入而從N區流出的電流，稱為正向電流。 ? 當PN結反向偏置時，外加電場與PN結內電場方向相同，少子的漂移運 動大于多子的擴散運動,形成反向電流，但由于受少數載流子濃度低 的限制，反向電流很小。 內電場 + 。- 。- 。- - ·+ ·+ ·+ 。- 。- 。- - + ·+ ·+ ·+ + 。- 。- 。- - ·+ ·+ ·+ + 。- 。- 。- - ·+ ·+ ·+ + 。- 。- 。- - ·+ ·+ ·+ P型區 空間電荷區 N型區 電力電子器件基礎_PN結原理 ? PN結具有一定的反向耐壓能力，但如果反向電壓 過大，達到反向擊穿電壓時，反向電流會急劇增 加，破壞PN結反向偏置為截止的工作狀態，這種 狀態稱為反向擊穿，反向擊穿有可能造成PN結損 壞。 ? PN結反向擊穿有三種形式：雪崩擊穿、齊納擊穿 （隧道擊穿）和熱擊穿。 內電場 + 。- 。- 。- - ·+ ·+ ·+ 。- 。- 。- - + ·+ ·+ ·+ + 。- 。- 。- - ·+ ·+ ·+