電力電子教案

1、教 案2006 2007 學(xué)年第 二 學(xué)期院( 系、部 ) 電子信息與電氣工程系 教 研 室 自 動(dòng) 化 主 講 教 師 雷 慧 杰 課 程 名 稱 電力電子技術(shù) 專 業(yè) 班 級(jí) 04自動(dòng)化（本科） 99課程名稱電力電子技術(shù)總計(jì)： 76 學(xué)時(shí)講課： 64 學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)： 12 學(xué)時(shí)上機(jī)： 學(xué)時(shí)課程類別專業(yè)必修課學(xué)分40授課對(duì)象層次：本科 專業(yè)年級(jí)班：04級(jí)自動(dòng)化 總?cè)藬?shù)：119任課教師雷慧杰職 稱助教學(xué)歷/學(xué)位本科 學(xué)士課程教學(xué)目的與基本要求通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得電能高效率變換與控制方面的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，并且具有一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及以后的工作打下基礎(chǔ)。

2、本課程的任務(wù)是使學(xué)生獲得利用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的基本理論與概念。通過學(xué)習(xí)，要求學(xué)生熟悉和掌握可控整流、有源逆變、變頻、斬波、無源逆變等電力電子電路的工作原理、特點(diǎn)和基本應(yīng)用，正確選用元件與觸發(fā)電路。為運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)等后續(xù)課程打好基礎(chǔ)。課程教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：可控整流、有源逆變、變頻、斬波、無源逆變等電力電子電路的工作原理、特點(diǎn)和基本應(yīng)用，正確選用元件與觸發(fā)電路。難點(diǎn)：1、單相全控橋式整流電路和三相全控橋式整流電路的原理分析與計(jì)算、各種負(fù)載對(duì)整流電路工作情況的影響；2、三相可控整流電路有源逆變工作狀態(tài)的分析計(jì)算；主要教學(xué)方法與手段啟發(fā)式教學(xué)多媒體課件ppt輔助板書用多媒體展示電力電子

3、技術(shù)應(yīng)用的圖片，教師對(duì)照?qǐng)D片進(jìn)行講解；教材和主要參考資料教材：王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2006參考資料：莫正康.半導(dǎo)體變流技術(shù)，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2003周淵深主編.電力電子技術(shù)與MATLAB仿真.北京：中國電力出版社，2005 授課時(shí)間第 1 次課，第 1 周星期 一 第 3、4 節(jié)課時(shí)2授課方式理論課 討論課 習(xí)題課 實(shí)驗(yàn)課 上機(jī)課 技能課 其他授課題目緒論目的與要求1、了解電力電子技術(shù)的研究?jī)?nèi)容；2、掌握電力電子器件的分類：不可控型、半控型、全控型；3、了解3種換流方式，熟悉電能的4種變換形式；4、了解變流電路的3種控制方式；5、了解電力電子技術(shù)的應(yīng)用。重點(diǎn)

4、與難點(diǎn)重點(diǎn)：電力電子器件的分類，電能的4種變換形式。難點(diǎn)：無明顯難點(diǎn)方法及手段用多媒體展示電力電子技術(shù)應(yīng)用的圖片，并對(duì)照?qǐng)D片進(jìn)行講解；教學(xué)內(nèi)容：緒 論1.1 什么是電力電子技術(shù)· 電力電子技術(shù)使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，即應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。· 目前電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故也稱電力半導(dǎo)體器件。· 電力電子技術(shù)變換的“電力”，可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可小到數(shù)W甚至mW級(jí)。信息電子技術(shù)信息處理電力電子技術(shù)電力變換電子技術(shù)一般即指信息電子技術(shù)，廣義而言，也包括電力電子技術(shù)。1.2 兩大分支· 電力電子器件制造技術(shù)· 電力

5、電子技術(shù)的基礎(chǔ)，理論基礎(chǔ)是半導(dǎo)體物理。· 變流技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)）· 用電力電子器件構(gòu)成電力變換電路和對(duì)其進(jìn)行控制的技術(shù)，以及構(gòu)成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)。· 電力電子技術(shù)的核心，理論基礎(chǔ)是電路理論。· 電力變換四大類：交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流1.3 與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系Ø 電力電子學(xué) (Power Electronics)名稱60年代出現(xiàn)。Ø 1974年，美國的W.Newell用倒三角形對(duì)電力電子學(xué)進(jìn)行了描述，被全世界普遍接受。1 與電子學(xué)（信息電子學(xué)）的關(guān)系· 都分為器件和應(yīng)用兩大分支。

6、· 器件的材料、工藝基本相同，采用微電子技術(shù)。· 應(yīng)用的理論基礎(chǔ)、分析方法、分析軟件也基本相同。· 信息電子電路的器件可工作在開關(guān)狀態(tài)，也可工作在放大狀態(tài)；電力電子電路的器件一般只工作在開關(guān)狀態(tài)。· 二者同根同源。 與電力學(xué)（電氣工程）的關(guān)系· 電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中高壓直流輸電、靜止無功補(bǔ)償、電力機(jī)車牽引、交直流電力傳、電解、電鍍、電加熱、高性能交直流電源。· 國內(nèi)外均把電力電子技術(shù)歸為電氣工程的一個(gè)分支。· 電力電子技術(shù)是電氣工程學(xué)科中最為活躍的一個(gè)分支。與控制理論（自動(dòng)化技術(shù)）的關(guān)系· 控制理論廣泛用

7、于電力電子系統(tǒng)中。· 電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，是弱電和強(qiáng)電的接口；控制理論是這種接口的有力紐帶。· 電力電子裝置是自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。地位和未來· 電力電子技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制一起，和計(jì)算機(jī)技術(shù)共同成為未來科學(xué)技術(shù)的兩大支柱。· 計(jì)算機(jī)： 人腦 電力電子技術(shù)： 消化系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng) 電力電子運(yùn)動(dòng)控制：肌肉和四肢· 電力電子技術(shù)是電能變換技術(shù)，是把粗電變?yōu)榫姷募夹g(shù)， 能源是人類社會(huì)的永恒話題，電能是最優(yōu)質(zhì)的能源，因此，電力電子技術(shù)將青春永駐。 · 一門嶄新的技術(shù)，21世紀(jì)仍將以迅猛的速度發(fā)展。2 電力電子技術(shù)的發(fā)展史

8、· 一般工業(yè)：交直流電機(jī)、電化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)。· 交通運(yùn)輸：電氣化鐵道、電動(dòng)汽車、航空、航海。· 電力系統(tǒng)：高壓直流輸電、柔性交流輸電、無功補(bǔ)償。· 電子裝置電源：為信息電子裝置提供動(dòng)力。· 家用電器： “節(jié)能燈”、變頻空調(diào)。· 其他： UPS、 航天飛行器、新能源、發(fā)電裝置。3 電力電子技術(shù)的應(yīng)用· 總之，電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，激發(fā)人們學(xué)習(xí)、研究電力電子技術(shù)并使其飛速發(fā)展。· 電力電子裝置提供給負(fù)載的是各種不同的電源，因此可以說，電力電子技術(shù)研究的也就是電源技術(shù)。· 電力電子技術(shù)對(duì)節(jié)省電能有

9、重要意義。特別在大型風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速，在使用量十分龐大的照明電源等方面，因此它也被稱為是節(jié)能技術(shù)。4 教材的內(nèi)容簡(jiǎn)介和使用說明· 每章的最后有小結(jié)，對(duì)全章的要點(diǎn)和重點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。· 教材正文后附有“教學(xué)實(shí)驗(yàn)”部分，精選了6個(gè)最基本的，有較高實(shí)用價(jià)值的實(shí)驗(yàn) 。· 書末附有“術(shù)語索引”。· 課時(shí)分配：課內(nèi)教學(xué)學(xué)時(shí)為76學(xué)時(shí)（包含實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)）。課后小結(jié)：（在下次課開始的10分鐘內(nèi)進(jìn)行）1、說明電力電子器件的分類。2、解釋3種換流方式和電能的4種變換。3、說明變流電路的3種控制方式。4、強(qiáng)調(diào)課程學(xué)習(xí)要求和方法。授課時(shí)間第 2 次課，第 1 周星期

10、三 第 3、4 節(jié)課時(shí)2授課方式理論課 討論課 習(xí)題課 實(shí)驗(yàn)課 上機(jī)課 技能課其他授課題目1.1電力電子技術(shù)概述1.2不可控器件電力二極管目的與要求掌握電力電子器件的概念和特征、熟悉應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成、了解電力電子器件的分類，掌握電力二極管的工作特性。重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：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。難點(diǎn)：基本特性及電力電子器件的兩個(gè)基本要求。方法及手段1、用多媒體展示功率二極管的結(jié)構(gòu)、伏安特性，進(jìn)行講解分析；2、以小結(jié)的形式對(duì)功率二極管的選擇進(jìn)行講解分析；教學(xué)內(nèi)容：上次課主要內(nèi)容小結(jié)；（教師講解小結(jié)，參插課堂提問（10分鐘左右）1.1.1 電力電子器

11、件的概念和特征Ø 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。Ø 電力電子器件（Power Electronic Device）可直接用于處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。Ø 廣義上電力電子器件可分為電真空器件和半導(dǎo)體器件兩類。Ø 兩類中，自20世紀(jì)50年代以來，真空管僅在頻率很高（如微波）的大功率高頻電源中還在使用，而電力半導(dǎo)體器件已取代了汞弧整流器（Mercury Arc Rectifier）、閘流管（Thyratron）等電真空器件，成為絕對(duì)主力。因此，電力電子器件目前也

12、往往專指電力半導(dǎo)體器件。Ø 電力半導(dǎo)體器件所采用的主要材料仍然是硅。Ø 同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的一般特征：（1） 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)。Ø 其處理電功率的能力小至毫瓦級(jí)，大至兆瓦級(jí), 大多都遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件（2） 電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)Ø 導(dǎo)通時(shí)（通態(tài)）阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，而電流由外電路決定。Ø 阻斷時(shí)（斷態(tài)）阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，而管子兩端電壓由外電路決定。Ø 電力電子器件的動(dòng)態(tài)特性（也就是開關(guān)特性）和參數(shù)，也是電力電子器件特性很

13、重要的方面，有些時(shí)候甚至上升為第一位的重要問題。Ø 作電路分析時(shí)，為簡(jiǎn)單起見往往用理想開關(guān)來代替。（3）實(shí)用中，電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。Ø 在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大，這就是電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路。（4）為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致器件溫度過高而損壞，不僅在器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。Ø 導(dǎo)通時(shí)器件上有一定的通態(tài)壓降，形成通態(tài)損耗 Ø 阻斷時(shí)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過，形成斷態(tài)損耗。Ø 在器件開通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生開通損耗和關(guān)斷損耗，總稱開關(guān)損耗。&#

14、216; 對(duì)某些器件來講，驅(qū)動(dòng)電路向其注入的功率也是造成器件發(fā)熱的原因之一。Ø 通常電力電子器件的斷態(tài)漏電流極小，因而通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因。Ø 器件開關(guān)頻率較高時(shí)，開關(guān)損耗會(huì)隨之增大而可能成為器件功率損耗的主要因1.1.2 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(dòng)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成。Ø 控制電路按系統(tǒng)的工作要求形成控制信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路去控制主電路中電力電子器件的通或斷，來完成整個(gè)系統(tǒng)的功能 。Ø 有的電力電子系統(tǒng)中，還需要有檢測(cè)電路。廣義上往往其和驅(qū)動(dòng)電路等主電路之外的電路都?xì)w為控制電路，從而粗略地說電力

15、電子系統(tǒng)是由主電路和控制電路組成的。Ø 主電路中的電壓和電流一般都較大，而控制電路的元器件只能承受較小的電壓和電流，因此在主電路和控制電路連接的路徑上，如驅(qū)動(dòng)電路與主電路的連接處，或者驅(qū)動(dòng)電路與控制信號(hào)的連接處，以及主電路與檢測(cè)電路的連接處，一般需要進(jìn)行電氣隔離，而通過其它手段如光、磁等來傳遞信號(hào)。 Ø 由于主電路中往往有電壓和電流的過沖，而電力電子器件一般比主電路中普通的元器件要昂貴，但承受過電壓和過電流的能力卻要差一些，因此，在主電路和控制電路中附加一些保護(hù)電路，以保證電力電子器件和整個(gè)電力電子系統(tǒng)正常可靠運(yùn)行，也往往是非常必要的。Ø 器件一般有三個(gè)端子（或稱

16、極或管角），其中兩個(gè)聯(lián)結(jié)在主電路中，而第三端被稱為控制端（或控制極）。器件通斷是通過在其控制端和一個(gè)主電路端子之間加一定的信號(hào)來控制的，這個(gè)主電路端子是驅(qū)動(dòng)電路和主電路的公共端，一般是主電路電流流出器件的端子。 1.1.3 電力電子器件的分類按照器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度，分為以下三類：（1）半控型器件通過控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。Ø 晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件Ø 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(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。Ø 絕緣柵雙極晶體管（Insu

17、lated-Gate Bipolar TransistorIGBT）Ø 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Power MOSFET，簡(jiǎn)稱為電力MOSFET）Ø 門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-Off Thyristor GTO）（3） 不可控器件不能用控制信號(hào)來控制其通斷， 因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路。Ø 電力二極管（Power Diode）Ø 只有兩個(gè)端子，器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。按照驅(qū)動(dòng)電路加在器件控制端和公共端之間信號(hào)的性質(zhì)，分為兩類：Ø 電流驅(qū)動(dòng)型通過從控制端注入或者抽出電流來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。Ø

18、 電壓驅(qū)動(dòng)型僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。 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：Ø 單極型器件由一種載流子參與導(dǎo)電的器件。Ø 雙極型器件由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件。Ø 復(fù)合型器件由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件 。1.1.4 本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點(diǎn)Ø 介紹各種器件的工作原理、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，然后集中講述電力電子器件的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)和串、并聯(lián)使用這三個(gè)問題。Ø 最重要的是掌握其基本特性。Ø 掌握電力電子器件的型號(hào)命名法，以及其參

19、數(shù)和特性曲線的使用方法，這是在實(shí)際中正確應(yīng)用電力電子器件的兩個(gè)基本要求。Ø 由于電力電子電路的工作特點(diǎn)和具體情況的不同，可能會(huì)對(duì)與電力電子器件用于同一主電路的其它電路元件，如變壓器、電感、電容、電阻等，有不同于普通電路的要求。1.2 不可控器件電力二極管 Power Diode結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用?？旎謴?fù)二極管和肖特基二極管，分別在中、高頻整流和逆變，以及低壓高頻整流的場(chǎng)合，具有不可替代的地位。1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理Ø 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)。Ø 由一個(gè)面積較大的P

20、N結(jié)和兩端引線以及封裝組成的。Ø 從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝。N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合后構(gòu)成PN結(jié)。交界處電子和空穴的濃度差別，造成了各區(qū)的多子向另一區(qū)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，到對(duì)方區(qū)內(nèi)成為少子，在界面兩側(cè)分別留下了帶正、負(fù)電荷但不能任意移動(dòng)的雜質(zhì)離子。這些不能移動(dòng)的正、負(fù)電荷稱為空間電荷?？臻g電荷建立的電場(chǎng)被稱為內(nèi)電場(chǎng)或自建電場(chǎng)，其方向是阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的，另一方面又吸引對(duì)方區(qū)內(nèi)的少子（對(duì)本區(qū)而言則為多子）向本區(qū)運(yùn)動(dòng)，即漂移運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)既相互聯(lián)系又是一對(duì)矛盾，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，正、負(fù)空間電荷量達(dá)到穩(wěn)定值，形成了一個(gè)穩(wěn)定的由空間電荷構(gòu)成的范圍，被稱為空間電荷區(qū)，按所強(qiáng)調(diào)的

21、角度不同也被稱為耗盡層、阻擋層或勢(shì)壘區(qū)。PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕憾O管的基本原理就在于PN結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一主要特征。造成電力二極管和信息電子電路中的普通二極管區(qū)別的一些因素：Ø 正向?qū)〞r(shí)要流過很大的電流，其電流密度較大，因而額外載流子的注入水平較高，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不能忽略；Ø 引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響；Ø 承受的電流變化率di/dt較大，因而其引線和器件自身的電感效應(yīng)也會(huì)有較大影響；Ø 為了提高反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降較大；1.2.2 電力二極管的基本特性1. 靜態(tài)特性（電力二極管伏安特性圖）Ø 主要指其伏安特性 當(dāng)電力二

22、極管承受的正向電壓大到一定值（門檻電壓UTO），正向電流才開始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。當(dāng)電力二極管承受反向電壓時(shí)，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。2. 動(dòng)態(tài)特性Ø 動(dòng)態(tài)特性因結(jié)電容的存在，三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一個(gè)過渡過程，此過程中的電壓電流特性是隨時(shí)間變化的。開關(guān)特性反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程。關(guān)斷過程：Ø 須經(jīng)過一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。Ø 在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過沖。開通過程： 電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過沖UFP，

23、經(jīng)過一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值（如 2V）。這一動(dòng)態(tài)過程時(shí)間被稱為正向恢復(fù)時(shí)間tfr。Ø 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用需一定的時(shí)間來儲(chǔ)存大量少子，達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大。Ø 正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上升率越大，UFP越高。 1.2.3 電力二極管的主要參數(shù)1. 正向平均電流IF(AV) 額定電流在指定的管殼溫度（簡(jiǎn)稱殼溫，用TC表示）和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。Ø 正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，因此使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。Ø 當(dāng)用在頻率較高的場(chǎng)合時(shí)，

24、開關(guān)損耗造成的發(fā)熱往往不能忽略。Ø 當(dāng)采用反向漏電流較大的電力二極管時(shí)，其斷態(tài)損耗造成的發(fā)熱效應(yīng)也不小。 2. 正向壓降UFØ 指電力二極管在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降。Ø 有時(shí)參數(shù)表中也給出在指定溫度下流過某一瞬態(tài)正向大電流時(shí)器件的最大瞬時(shí)正向壓降。3. 反向重復(fù)峰值電壓URRMØ 指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓。Ø 通常是其雪崩擊穿電壓UB的2/3。Ø 使用時(shí)，往往按照電路中電力二極管可能承受的反向最高峰值電壓的兩倍來選定。 4. 最高工作結(jié)溫TJMØ 結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫

25、度，用TJ表示。Ø 最高工作結(jié)溫TJM是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度。Ø TJM通常在125175°C范圍之內(nèi)。5. 反向恢復(fù)時(shí)間trrØ trr= td+ tf ，關(guān)斷過程中，電流降到0起到恢復(fù)反向阻斷能力止的時(shí)間。6. 浪涌電流IFSMØ 指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過電流。 1.2.4 電力二極管的主要類型Ø 按照正向壓降、反向耐壓、反向漏電流等性能，特別是反向恢復(fù)特性的不同介紹。Ø 在應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同場(chǎng)合的不同要求選擇不同類型的電力二極管。Ø 性能上的不同是由半導(dǎo)

26、體物理結(jié)構(gòu)和工藝上的差別造成的。型號(hào)： ZP電流電壓/100 1. 普通二極管（General Purpose Diode）Ø 又稱整流二極管（Rectifier Diode）；Ø 多用于開關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路中；Ø 其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5ms以上，這在開關(guān)頻率不高時(shí)并不重要；Ø 正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上。2. 快恢復(fù)二極管（Fast Recovery Diode FRD）Ø 恢復(fù)過程很短特別是反向恢復(fù)過程很短（5ms以下）的二極管，也簡(jiǎn)稱快速二極管，Ø 工藝上多采用了摻

27、金措施，Ø 有的采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)，Ø 有的采用改進(jìn)的PiN結(jié)構(gòu)，Ø 采用外延型PiN結(jié)構(gòu)的的快恢復(fù)外延二極管（Fast Recovery Epitaxial DiodesFRED），其反向恢復(fù)時(shí)間更短（可低于50ns），正向壓降也很低（0.9V左右），但其反向耐壓多在400V以下。Ø 從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100ns以下，甚至達(dá)到2030ns。 3. 肖特基二極管Ø 以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢(shì)壘二極管（Schottky Barrier DiodeSBD）

28、，簡(jiǎn)稱為肖特基二極管。Ø 20世紀(jì)80年代以來，由于工藝的發(fā)展得以在電力電子電路中廣泛應(yīng)用。Ø 肖特基二極管的弱點(diǎn)Ø 當(dāng)反向耐壓提高時(shí)其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求，因此多用于200V以下。Ø 反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度。Ø 肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)Ø 反向恢復(fù)時(shí)間很短（1040ns），Ø 正向恢復(fù)過程中也不會(huì)有明顯的電壓過沖，Ø 在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管，Ø 其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高 。課

29、后小結(jié)：（在下次課開始的10分鐘內(nèi)進(jìn)行）1、二極管的導(dǎo)通原理是什么？2、功率二極管的額定電流如何計(jì)算？3、功率二極管的伏安特性相比較有什么特點(diǎn)？授課時(shí)間第 3 次課，第 2 周星期 一 第 1、2 節(jié)課時(shí)2授課方式理論課 討論課 習(xí)題課 實(shí)驗(yàn)課 上機(jī)課 技能課 其他授課題目1.3半控型器件晶閘管目的與要求（1）掌握晶閘管的工作原理、參數(shù)的確定和型號(hào)的選擇，熟悉其基本特性，了解晶閘管的派生器件。（2）熟悉可關(guān)斷晶閘管（GTO）的結(jié)構(gòu)和工作原理，了解有關(guān)特性和參數(shù)。重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：晶閘管的額定電流、額定電壓參數(shù)，晶閘管的額定電流計(jì)算。GTO的工作原理；難點(diǎn)：晶閘管的額定電流計(jì)算和型號(hào)選擇，幾個(gè)重要

30、參數(shù)的理解；方法及手段用多媒體展示晶閘管的結(jié)構(gòu)、伏安特性，進(jìn)行講解分析；結(jié)合多媒體對(duì)晶閘管的主要參數(shù)進(jìn)行講解說明；通過電流波形對(duì)晶閘管的額定電流計(jì)算進(jìn)行重點(diǎn)講解分析；教學(xué)內(nèi)容：上次課主要內(nèi)容小結(jié)；（教師講解小結(jié)，參插課堂提問（10分鐘左右）1.3半控型器件晶閘管晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR）Ø 1956年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室（Bell Lab）發(fā)明了晶閘管，Ø 1957年美國通用電氣公司（GE）開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品，Ø 1958年商業(yè)化，Ø 開辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和

31、廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代，Ø 20世紀(jì)80年代以來，開始被性能更好的全控型器件取代，Ø 能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，在大容量的場(chǎng)合具有重要地位。1.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理Ø 外形有螺栓型和平板型兩種封裝，Ø 引出陽極A、陰極K和門極（控制端）G三個(gè)聯(lián)接端，Ø 對(duì)于螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便，Ø 平板型封裝的晶閘管可由兩個(gè)散熱器將其夾在中間。工作原理：Ic1=a1 IA + ICBO1 （1-1）Ic2=a2 IK + ICBO2 （1-2）IK=IA+IG （1-3） IA=Ic1+Ic2

32、（1-4）Ø 式中a1和a2分別是晶體管V1和V2的共基極電流增益；ICBO1和ICBO2分別是V1和V2的共基極漏電流。由以上式（1-1）（1-4）可得 （1-5）Ø 晶體管的特性是：在低發(fā)射極電流下a 是很小的，而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來之后，a 迅速增大。Ø 阻斷狀態(tài)：IG=0，a1+a2很小。流過晶閘管的漏電流稍大于兩個(gè)晶體管漏電流之和Ø 開通（門極觸發(fā)）：注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致a1+a2趨近于1的話，流過晶閘管的電流IA（陽極電流）將趨近于無窮大，實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通。IA實(shí)際由外電路決定。Ø 其他幾種可能導(dǎo)通的情況：Ø

33、; 陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)，Ø 陽極電壓上升率du/dt過高，Ø 結(jié)溫較高，Ø 光直接照射硅片，即光觸發(fā)。光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路之間的良好絕緣而應(yīng)用于高壓電力設(shè)備中之外，其它都因不易控制而難以應(yīng)用于實(shí)踐，稱為光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT）Ø 只有門極觸發(fā)（包括光觸發(fā)）是最精確、迅速而可靠的控制手段。晶閘管正常工作時(shí)的特性總結(jié)：Ø 承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通；Ø 承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通；Ø 晶閘管一旦

34、導(dǎo)通，門極就失去控制作用；Ø 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 。1.3.2 晶閘管的基本特性（1）正向特性Ø IG=0時(shí)，器件兩端施加正向電壓，只有很小的正向漏電流，為正向阻斷狀態(tài)。Ø 正向電壓超過正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通。Ø 隨著門極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低。Ø 晶閘管本身的壓降很小，在1V左右。Ø 反向特性類似二極管的反向特性。Ø 反向阻斷狀態(tài)時(shí)，只有極小的反向漏電流流過。Ø 當(dāng)反向電壓達(dá)到反向擊穿電壓后，可能導(dǎo)致晶閘管發(fā)熱損壞。1) 開通過程

35、6; 延遲時(shí)間td (0.51.5ms)Ø 上升時(shí)間tr (0.53ms)Ø 開通時(shí)間tgt以上兩者之和， tgt=td+ tr （1-6）1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)Ø 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(shí)，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。Ø 反向重復(fù)峰值電壓URRM 在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。Ø 通態(tài)（峰值）電壓UT 晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。· 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(shí)，一般取額定電

36、壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓23倍。取整 100V一個(gè)等級(jí)通態(tài)平均電流 IT(AV）在環(huán)境溫度為40°C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(shí)所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。標(biāo)稱其額定電流的參數(shù)。使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來選取晶閘管。 維持電流 IH ：使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。Ø 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(hào)后， 能維持導(dǎo)通所需的最小電流。對(duì)同一晶閘管來說，通常IL約為IH的24倍。Ø 浪涌電流ITSM: 指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流 。 通態(tài)平均電流

37、IT(AV) Ø 使用時(shí)應(yīng)按實(shí)際電流與通態(tài)平均電流所造成的發(fā)熱效應(yīng)相等 ，即有效值相等的原則來選取晶閘管。Ø 應(yīng)留一定的裕量，一般取1.52倍。例： 整流輸出：平均電流選擇器件：有效電流波形系數(shù)（額定情況下）波形系數(shù)：某電流波形的有效值與平均值之比。實(shí)際電流（電流波形不一定為正弦半波）的平均電流的確定: 即：有效值相等的原則例：通過一只晶閘管的實(shí)際電流額定有效值為157A,則額定電流？（考慮1.52.0的安全裕量）晶閘管的型號(hào)普通, 快速型，雙向型，逆導(dǎo)型，可關(guān)斷型K P 電流電壓/100 如：KP100-12G表示：額定電流為100A,額定電壓為1200V，管壓降（通態(tài)平

38、均電壓）為1V的普通晶閘管。結(jié) 論晶閘管導(dǎo)通的條件：（1）承受正向陽極電壓；（2）門極有觸發(fā)電流；關(guān)斷條件：（1）加反向陽極電壓； 1.3.4 晶閘管的派生器件Ø 有快速晶閘管和高頻晶閘管。Ø 開關(guān)時(shí)間以及du/dt和di/dt耐量都有明顯改善。Ø 普通晶閘管關(guān)斷時(shí)間數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)十微秒，高頻晶閘管10ms左右。Ø 高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額都不易做高。Ø 由于工作頻率較高，不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。2）雙向晶閘管（Triode AC SwitchTRIAC或Bidirectional triode thyristor）&

39、#183; 可認(rèn)為是一對(duì)反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成。· 有兩個(gè)主電極T1和T2，一個(gè)門極G。· 在第和第III象限有對(duì)稱的伏安特性。· 不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。3）逆導(dǎo)晶閘管（Reverse Conducting ThyristorRCT）b)UOIIG=0 KGA· 將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。· 具有正向壓降小、關(guān)斷時(shí)間短、高溫特性好、額定結(jié)溫高等優(yōu)點(diǎn)。4） 光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT）又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長(zhǎng)的光照信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。光觸發(fā)保

40、證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響。因此目前在高壓大功率的場(chǎng)合。作業(yè)、討論題、思考題： 作業(yè)：P42的作業(yè)與思考題3、4；課后小結(jié)：（在下次課開始的10分鐘內(nèi)進(jìn)行）1、本次課要點(diǎn)內(nèi)容的回顧；2、晶閘管的額定電流如何計(jì)算？3、晶閘管的主要參數(shù)有哪些？ 4、與普通晶閘管相比較，對(duì)GTO的結(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行比較分析。授課時(shí)間第 4 次課，第 2 周星期 三 第 3、4 節(jié)課時(shí)2授課方式理論課 討論課 習(xí)題課 實(shí)驗(yàn)課 上機(jī)課 技能課 其他授課題目1.4典型全控型器件 1.5其他新型電力電子器件目的與要求（1）熟悉可關(guān)斷晶閘管（GTO）的結(jié)構(gòu)和工作原理，了解有關(guān)特性和參數(shù)。（2）熟悉

41、電力晶體管（GTR）、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（P-MOSFET）的結(jié)構(gòu)和工作原理；（3）了解GTR、P-MOSFET的伏安特性和主要參數(shù)；重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：熟悉GTR、P-MOSFET的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上掌握它們工作原理；絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）的結(jié)構(gòu)和工作原理； 難點(diǎn)：上述各種器件的導(dǎo)通和關(guān)斷過程分析。手段及方法用多媒體展示全控型器件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行工作原理的講解分析，簡(jiǎn)要說明介紹其特性和主要參數(shù)。教學(xué)內(nèi)容：上次課主要內(nèi)容小結(jié)。1.4 典型全控型器件門極可關(guān)斷晶閘管在晶閘管問世后不久出現(xiàn)。20世紀(jì)80年代以來，電力電子技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新時(shí)代。典型代表門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管、絕緣

42、柵雙極晶體管。1.4.1 門極可關(guān)斷晶閘管 晶閘管的一種派生器件。 可以通過在門極施加負(fù)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(jí)以上的大功率場(chǎng)合仍有較多的應(yīng)用。Ø 結(jié)構(gòu)：與普通晶閘管的相同點(diǎn)： PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽極、陰極和門極。和普通晶閘管的不同點(diǎn)： GTO是一種多元的功率集成器件。Ø 工作原理： 與普通晶閘管一樣，可以用圖所示的雙晶體管模型來分析。 Ø GTO能夠通過門極關(guān)斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別： GTO導(dǎo)通過程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時(shí)飽和程度較淺。 GTO關(guān)斷過程中有強(qiáng)烈正反饋使器件退出飽

43、和而關(guān)斷。 多元集成結(jié)構(gòu)還使GTO比普通晶閘管開通過程快，承受di/dt能力強(qiáng) 。Ø 開通過程：與普通晶閘管相同Ø 關(guān)斷過程：與普通晶閘管有所不同 儲(chǔ)存時(shí)間ts，使等效晶體管退出飽和。 下降時(shí)間tf 尾部時(shí)間tt 殘存載流子復(fù)合。 通常tf比ts小得多，而tt比ts要長(zhǎng)。 門極負(fù)脈沖電流幅值越大，ts越短。1.4.2 電力晶體管 電力晶體管（Giant TransistorGTR，直譯為巨型晶體管） 。 耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT），英文有時(shí)候也稱為Power BJT。  應(yīng)用：20世紀(jì)

44、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。1、GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理Ø 在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。 (1)  靜態(tài)特性Ø 共發(fā)射極接法時(shí)的典型輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。Ø 在電力電子電路中GTR工作在開關(guān)狀態(tài)。Ø 在開關(guān)過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時(shí)，要經(jīng)過放大區(qū)。開通過程：延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr，二者之和為開通時(shí)間ton。關(guān)斷過程：儲(chǔ)存時(shí)間ts和下降時(shí)間tf，二者之和為關(guān)斷時(shí)間toff 。 GTR的開關(guān)時(shí)間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多 。 1） 

45、最高工作電壓 Ø GTR上電壓超過規(guī)定值時(shí)會(huì)發(fā)生擊穿。Ø 擊穿電壓不僅和晶體管本身特性有關(guān)，還與外電路接法有關(guān)。Ø BUcbo> BUcex> BUces> BUcer> Buceo。Ø 實(shí)際使用時(shí)，最高工作電壓要比BUceo低得多。Ø 通常規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的1/21/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的Ic 。Ø 實(shí)際使用時(shí)要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一點(diǎn)。 2） 集電極最大耗散功率PcMØ 最高工作溫度下允許的耗散功率。Ø 產(chǎn)品說明書中給PcM時(shí)同時(shí)給出殼溫TC，間接表示了最高工作溫度 。&#

46、216; 一次擊穿：集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，Ic迅速增大。 只要Ic不超過限度，GTR一般不會(huì)損壞，工作特性也不變。Ø 二次擊穿：一次擊穿發(fā)生時(shí)，Ic突然急劇上升，電壓陡然下降。 常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變 。1.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管Ø 分為結(jié)型和絕緣柵型Ø 通常主要指絕緣柵型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）Ø 簡(jiǎn)稱電力MOSFET（Power MOSFET）Ø 結(jié)型電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管（Static Induction TransistorSIT）

47、16; 電力MOSFET的種類  按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道。 耗盡型當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道。 增強(qiáng)型對(duì)于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道。  電力MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型。Ø 電力MOSFET的結(jié)構(gòu) 小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷?電力MOSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱為VMOSFET（Vertical MOSFET）。 按垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的差異，分為利用V型槽實(shí)現(xiàn)垂直導(dǎo)電的VVMOSFET和具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散MOS結(jié)構(gòu)的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET）。 這里

48、主要以VDMOS器件為例進(jìn)行討論。截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。 P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無電流流過。導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS 當(dāng)UGS大于UT時(shí)，P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電 。（1）靜態(tài)特性Ø 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。Ø ID較大時(shí)，ID與UGS的關(guān)系近似線性，曲線的斜率定義為跨導(dǎo)Gfs。 截止區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的截止區(qū)） 飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的放大區(qū)） 非飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)GTR的飽和區(qū)） 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

49、轉(zhuǎn)換。 漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時(shí)器件導(dǎo)通。 通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對(duì)器件并聯(lián)時(shí)的均流有利。1.4.4 絕緣柵雙極晶體管1 IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理Ø 三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極EØ N溝道VDMOSFET與GTR組合N溝道IGBT。Ø IGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，具有很強(qiáng)的通流能力。Ø 簡(jiǎn)化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管。Ø RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。  驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相同，場(chǎng)控器件通斷由柵射極電

50、壓uGE決定。 導(dǎo)通：uGE大于開啟電壓UGE(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。 通態(tài)壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使通態(tài)壓降減小。 關(guān)斷：柵射極間施加反壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。2 IGBT的基本特性 (1) IGBT的靜態(tài)特性1.5 其他新型電力電子器件1.5.1 MOS控制晶閘管MCT MCT結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)：（1） 承受極高di/dt和du/dt，快速的開關(guān)過程，開關(guān)損耗小。（2） 高電壓，大電流、高載流密度，低導(dǎo)通壓降。（3） 一個(gè)MCT器件由數(shù)以萬計(jì)的MCT元組成。（4） 每個(gè)

51、元的組成為：一個(gè)PNPN晶閘管，一個(gè)控制該晶閘管開通的MOSFET，和一個(gè)控制該晶閘管關(guān)斷的MOSFET。（5） 其關(guān)鍵技術(shù)問題沒有大的突破，電壓和電流容量都遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期的數(shù)值，未能投入實(shí)際應(yīng)用。1.5.2 靜電感應(yīng)晶體管SIT 多子導(dǎo)電的器件，工作頻率與電力MOSFET相當(dāng)，甚至更高，功率容量更大，因而適用于高頻大功率場(chǎng)合。 在雷達(dá)通信設(shè)備、超聲波功率放大、脈沖功率放大和高頻感應(yīng)加熱等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。Ø 缺點(diǎn)： 柵極不加信號(hào)時(shí)導(dǎo)通，加負(fù)偏壓時(shí)關(guān)斷，稱為正常導(dǎo)通型器件，使用不太方便。 通態(tài)電阻較大，通態(tài)損耗也大，因而還未在大多數(shù)電力電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。1.5.3 靜電感應(yīng)晶閘管SI

52、TH（1） SITH是兩種載流子導(dǎo)電的雙極型器件，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通態(tài)壓降低、通流能力強(qiáng)。（2） 其很多特性與GTO類似，但開關(guān)速度比GTO高得多，是大容量的快速器件。（3）  SITH一般也是正常導(dǎo)通型，但也有正常關(guān)斷型。此外，電流關(guān)斷增益較小，因而其應(yīng)用范圍還有待拓展。1.5.4 集成門極換流晶閘管IGCT（1） 20世紀(jì)90年代后期出現(xiàn)，結(jié)合了IGBT與GTO的優(yōu)點(diǎn)，容量與GTO相當(dāng)，開關(guān)速度快10倍。（2） 可省去GTO復(fù)雜的緩沖電路，但驅(qū)動(dòng)功率仍很大。（3） 目前正在與IGBT等新型器件激烈競(jìng)爭(zhēng)，試圖最終取代GTO在大功率場(chǎng)合的位置。1.5.5 功率模塊與功率集成電路（1

53、） 20世紀(jì)80年代中后期開始，模塊化趨勢(shì)，將多個(gè)器件封裝在一個(gè)模塊中，稱為功率模塊。（2） 可縮小裝置體積，降低成本，提高可靠性。（3） 對(duì)工作頻率高的電路，可大大減小線路電感，從而簡(jiǎn)化對(duì)保護(hù)和緩沖電路的要求。（4） 將器件與邏輯、控制、保護(hù)、傳感、檢測(cè)、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）。1.5.5 功率模塊與功率集成電路（1） 高壓集成電路（High Voltage ICHVIC）一般指橫向高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成。（2） 智能功率集成電路（Smart Power ICSPIC）一般指縱向功率器件

54、與邏輯或模擬控制電路的單片集成。（3） 智能功率模塊（Intelligent Power ModuleIPM）則專指IGBT及其輔助器件與其保護(hù)和驅(qū)動(dòng)電路的單片集成，也稱智能IGBT（Intelligent IGBT）。1.5.5 功率模塊與功率集成電路（1） 功率集成電路的主要技術(shù)難點(diǎn)：高低壓電路之間的絕緣問題以及溫升和散熱的處理。（2） 以前功率集成電路的開發(fā)和研究主要在中小功率應(yīng)用場(chǎng)合。（3） 智能功率模塊在一定程度上回避了上述兩個(gè)難點(diǎn),最近幾年獲得了迅速發(fā)展。課后小結(jié)：（在下次課開始的10分鐘內(nèi)進(jìn)行）1、本次課要點(diǎn)內(nèi)容的回顧；2、GTR的導(dǎo)通和關(guān)斷過程分析，強(qiáng)調(diào)與小功率晶體管的比較。3

55、、P-MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷過程分析，強(qiáng)調(diào)與小功率MOS管的比較。IGBT的結(jié)構(gòu)和工作。4、原理分析，強(qiáng)調(diào)它是GTR和P-MOSFET的復(fù)合，注意與GTR和P-MOSFET的比較分析。授課時(shí)間第 5 次課，第 3 周星期 一 第 1、2 節(jié)課時(shí)2授課方式理論課 討論課 習(xí)題課 實(shí)驗(yàn)課 上機(jī)課 技能課 其他授課題目1.6電力電子器件的驅(qū)動(dòng)目的與要求了解全控型器件GTO、GTR、P-MOSFET、IGBT的門極驅(qū)動(dòng)電路。方法及手段用多媒體展示驅(qū)動(dòng)電路圖，進(jìn)行講解分析。重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：全控型器件GTO、GTR、P-MOSFET、IGBT的門極驅(qū)動(dòng)電路。教學(xué)內(nèi)容：上次課主要內(nèi)容小結(jié)。1.6 電力電子

56、器件器件的驅(qū)動(dòng) 使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗。 對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。 一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或通過驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)。1.6.1 驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)： 按控制目標(biāo)的要求施加開通或關(guān)斷的信號(hào)。 對(duì)半控型器件只需提供開通控制信號(hào)。 對(duì)全控型器件則既要提供開通控制信號(hào)，又要提供關(guān)斷控制信號(hào)。Ø 驅(qū)動(dòng)電路還要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。v 按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)分，可分為電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型。v 驅(qū)動(dòng)電路具體形式可為分立元件的，但目前的趨勢(shì)是采用專用集成驅(qū)動(dòng)電路。 雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內(nèi)的混合集成電路。 為達(dá)到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產(chǎn)廠家專門開發(fā)的集成驅(qū)動(dòng)電路。1.6.2 晶閘管的觸發(fā)電路v 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(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。v 晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：Ø 脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。Ø 觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。Ø 不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。Ø 有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。1.6.3 典