電力電子第二章第六講匯編資料

1、電 力 電 子 技 術(shù)Power Electronics共四十五頁2.9其它新型電力(dinl)電子器件 靜電感應(yīng)晶體管（SIT，Static Induction Transistor）：誕生于1970年。是一種多子導(dǎo)電的器件，工作頻率與功率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合。但SIT是在柵極不加信號時導(dǎo)通，加負(fù)偏壓(pin y)時關(guān)斷，使用不太方便；且通態(tài)電阻較大，通態(tài)損耗也大，因而還未得到廣泛應(yīng)用。靜電感應(yīng)晶閘管（SITH，Static Induction Thyristor）：誕生于1972年，因其工作原理與SIT類似，門極和陽極電壓均能通過電場控制陽極電

2、流，因此SITH又被稱為場控晶閘管（FCT ，F(xiàn)ield Controlled Thyristor）。SITH是兩種載流子導(dǎo)電的雙極型器件，通態(tài)壓降低、通流能力強(qiáng)。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；SITH一般也是正常導(dǎo)通型（柵極不加信號時導(dǎo)通），而且其制造工藝比GTO復(fù)雜得多，電流關(guān)斷增益較小，因而其應(yīng)用范圍還有待拓展。共四十五頁2.9.1 集成(j chn)門極換流晶閘管IGCT集成門極換流晶閘管（IGCT，Integrated Gate-Commutated Thyristor）結(jié)合了IGBT與GTO的優(yōu)點(diǎn)，容量與GTO相當(dāng)。20世紀(jì)90年代后期出現(xiàn)目

3、前的制造水平是6500V/4200A和4500V/5500A，適用于功率1MW10MW，開關(guān)頻率50Hz2kHz范圍的應(yīng)用，已在高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電(fdin)系統(tǒng)中得到應(yīng)用。圖2-35 4500/4000A的IGCT目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.9.1集成門極換流晶閘管 2.9.2MOS控制晶閘管 2.9.3功率模塊和功率集成電路2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問

4、題小結(jié)共四十五頁2.9.1 集成(j chn)門極換流晶閘管IGCTIGBT是在大功率晶體管基礎(chǔ)上的發(fā)展，過流時通過撤除門極電壓可關(guān)斷器件。而IGCT是在晶閘管基礎(chǔ)上的發(fā)展，其關(guān)斷機(jī)理是通過在門極上施加負(fù)的關(guān)斷電流脈沖，把陽極電流從陰極向門極分流，使原來的PNPN四層結(jié)構(gòu)變成PNP三層結(jié)構(gòu)，從而關(guān)斷器件。由于負(fù)的關(guān)斷電流脈沖限制(xinzh)，故IGCT有一個能關(guān)斷的最大陽極電流值，超過此值器件便關(guān)不斷，出現(xiàn)“直通”現(xiàn)象，器件的額定電流就定義為這個最大可關(guān)斷電流。目前，國產(chǎn)IGCT產(chǎn)品剛剛跨入應(yīng)用之門，還在等待實際應(yīng)用的結(jié)果。應(yīng)用好IGCT，本身就是一項復(fù)雜艱巨的系統(tǒng)工程。當(dāng)前主要的問題是沒有

5、實際經(jīng)驗，缺乏成熟的組件或裝置拓?fù)?。這些需要從事系統(tǒng)和線路設(shè)計的工程師們投入足夠的精力。目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.9.1集成門極換流晶閘管 2.9.2MOS控制晶閘管 2.9.3功率模塊和功率集成電路2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十五頁共四十五頁共四十五頁 由MOSFET與晶閘管復(fù)合而成的新型雙極復(fù)合型器件。每個MCT器件由成千上萬的MCT元組成，而每個

6、MCT元又是由1個晶閘管、1個控制MCT導(dǎo)通的MOSFET和1個控制MCT關(guān)斷的MOSFET組成。MCT的通態(tài)電阻遠(yuǎn)低于其它場效應(yīng)器。MCT既具備功率MOSFET輸入阻抗高、驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快的特性，又兼有晶閘管高電壓、大電流、低壓降的優(yōu)點(diǎn)。其芯片連續(xù)電流密度在各種器件中最高，通態(tài)壓降不過是GTR的1/3，而開關(guān)速度則超過GTR。此外，由于(yuy)MCT中的MOSFET元能控制MCT芯片的全面積通斷，故MCT具有很強(qiáng)的導(dǎo)通di/dt和阻斷du/dt 能力，其值高達(dá)2000A/s和2000V/s。其工作結(jié)溫亦高達(dá)150-200，被認(rèn)為是目前眾多的新型功率器件中很有發(fā)展前途的器件。2.9.2

7、 MOS控制(kngzh)晶閘管(MCT)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.9.1集成門極換流晶閘管 2.9.2MOS控制晶閘管 2.9.3功率模塊和功率集成電路2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十五頁2.9.3 功率(gngl)模塊和功率(gngl)集成電路 將器件與邏輯、控制、保護(hù)、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（PIC ，P

8、ower Integrated Circuit）。根據(jù)性能側(cè)重、要求：高壓集成電路（HVIC）、智能功率集成電路（SPIC）、智能功率模塊（IPM）其優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)成本低，重量輕，體積小，寄生電感低，提高(t go)電力電子變化和控制的可靠性。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。目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.9.1集成門極換流晶閘管 2.9.2MOS控制晶閘管 2.9.

9、3功率模塊和功率集成電路2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十五頁IPM共四十五頁2.10 電力(dinl)電子器件的發(fā)展趨勢新型電力(dinl)電子器件呈現(xiàn)出許多優(yōu)勢，其發(fā)展主要有以下特點(diǎn)：1）集成化 具有主回路、控制回路、檢測、保護(hù)功能于一體的智能功率集成電路發(fā)展迅速，其中IGBT的智能化模塊IPM已得到了廣泛的應(yīng)用。2）大容量 GTO是容量上與晶閘管最接近的具有自關(guān)斷能力的器件，但存在缺點(diǎn)和問題。由于IGBT、IGCT等器件的大容量化及實用化，在更多的領(lǐng)域，IGBT和IGCT將取代GTO。3）高頻化 GTO的工作頻率為12kHz，GTR可在10kHz

10、以下工作，IGBT工作頻率已達(dá)150kHz。工作頻率的高頻化，可大大減小電路中電壓器和濾波電感、電容的體積，使裝置小型化、輕量化。目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.9.1集成門極換流晶閘管 2.9.2MOS控制晶閘管 2.9.3功率模塊和功率集成電路2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十五頁4）高效率電力電子器件(din z q jin)的導(dǎo)通壓降在不斷的改善，降低了

11、導(dǎo)通損耗。同時開通和關(guān)斷過程的加快，也降低了開關(guān)損耗。 以上所述各種電力電子器件一般是由硅半導(dǎo)體材料制成的。除此之外，近年來還出現(xiàn)了一些性能優(yōu)良的新型化合物半導(dǎo)體材料，如砷化鎵（GaAs）和碳化硅（SiC）。由它們作為基礎(chǔ)材料制成的電力電子器件正不斷涌現(xiàn)。2.10 電力(dinl)電子器件的發(fā)展趨勢目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.9.1集成門極換流晶閘管 2.9.2MOS控制晶閘管 2.9.3功率模塊和

12、功率集成電路2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十五頁砷化鎵材料 砷化鎵是一種很有發(fā)展前景的半導(dǎo)體材料。與硅相比，砷化鎵有兩個優(yōu)點(diǎn)：砷化鎵整流元件可在350的高溫下工作（硅整流元件只能達(dá)200），具有很好的耐高溫特性，有利于模塊小型化；砷化鎵材料的電子遷移率是硅材料的5倍，因而同容量的器件幾何尺寸更小，從而可減小寄生電容，提高開關(guān)(kigun)頻率（1MHz以上）。其缺點(diǎn)是正向壓降比較大。 砷化鎵整流元件已由Motorola公司生產(chǎn)，并應(yīng)用于制作各種輸出電壓（12V、24V、36V、48V）的直流電源，用于通信設(shè)備和計算機(jī)中。2.10 電力(dinl)電子

13、器件的發(fā)展趨勢目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.9.1集成門極換流晶閘管 2.9.2MOS控制晶閘管 2.9.3功率模塊和功率集成電路2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十五頁碳化硅材料碳化硅作為硅和砷化鎵的重要補(bǔ)充，不但擊穿電場強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好，還具有載流子飽和漂移速度高、熱導(dǎo)率高等特點(diǎn)，可以用來制造各種耐高溫的高頻大功率器件，應(yīng)用于硅器件難以勝任的場合，或在一般

14、應(yīng)用中實現(xiàn)硅器件難以達(dá)到的效果。在額定( dng)阻斷電壓相同的前提下，碳化硅功率開關(guān)器件不但通態(tài)電阻很低，其工作頻率一般也要比硅器件高10倍以上。2.10 電力(dinl)電子器件的發(fā)展趨勢目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.9.1集成門極換流晶閘管 2.9.2MOS控制晶閘管 2.9.3功率模塊和功率集成電路2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十五頁由于單極功率器件

15、的通態(tài)電阻隨其阻斷電壓(diny)的提高而迅速增大，硅材料的Power MOSFET只在電壓等級不超過100V時才有開關(guān)較大電流的能力，具有較好的性能價格比。如果用碳化硅制造單極性器件，在阻斷電壓高達(dá)10kV的情況下，其通態(tài)壓降仍然會比硅雙極器件低，而單極器件在工作頻率等方面相對于雙極器件有很多明顯的優(yōu)勢。因此，對碳化硅電力電子器件的研究和開發(fā)，從一開始就比較集中于肖特基勢壘二極管和Power MOSFET這些單極性器件，其總體效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過碳化硅器件與硅器件之間的價格差異造成的成本升高。2.10 電力(dinl)電子器件的發(fā)展趨勢目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3

16、功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.9.1集成門極換流晶閘管 2.9.2MOS控制晶閘管 2.9.3功率模塊和功率集成電路2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十五頁2.10 電力(dinl)電子器件的發(fā)展趨勢目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型(xnxng)電力電

17、子器件 2.9.1集成門極換流晶閘管 2.9.2MOS控制晶閘管 2.9.3功率模塊和功率集成電路2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十五頁2.11 電力電子器件應(yīng)用共性(gngxng)問題1過電壓保護(hù) 電力電子裝置可能的過電壓原因分為外因和內(nèi)因。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因，如由分閘、合閘等開關(guān)操作引起過電壓。而內(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(jj)減小，會因線路電感在器件

18、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。目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2.11.2電力電子器件的散熱 2.11.3電感和電容小結(jié)共四十五頁1過電壓保護(hù)(boh)2.11 電力電子器件(din z q jin)應(yīng)用共性問題目錄2.1電力電子器

19、件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2.11.2電力電子器件的散熱 2.11.3電感和電容小結(jié)器件換相過電壓抑制用RC電路壓敏電阻過電壓抑制器浪涌過電壓抑制用RC電路變壓器靜電屏蔽層避雷器靜電感應(yīng)過電壓抑制電容直流側(cè)RC抑制電路器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路共四十五頁2過電流(dinli)保護(hù)圖2-37 快速熔斷器聯(lián)接(lin ji

20、)方法2.11.1 電力電子器件的保護(hù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2.11.2電力電子器件的散熱 2.11.3電感和電容小結(jié)共四十五頁對重要的全控型器件（很難用快熔保護(hù)），需采用電子電路進(jìn)行過電流保護(hù)。將uR與預(yù)先設(shè)定(sh dn)的基準(zhǔn)Vref進(jìn)行比較，當(dāng)uRVref時，比較電路動作，關(guān)閉驅(qū)動電路的輸出

21、信號，可達(dá)到過流保護(hù)的作用。圖2-38 通過驅(qū)動(q dn)電路實現(xiàn)過流保護(hù)的方法2.11.1 電力電子器件的保護(hù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2.11.2電力電子器件的散熱 2.11.3電感和電容小結(jié)共四十五頁2.11.1 電力(dinl)電子器件的保護(hù)在控制電路與主回路需要隔離的場合，一般采用電流互感器

22、檢測(jin c)主電路電流，轉(zhuǎn)換成直流電壓后送給電壓比較器，與設(shè)定值進(jìn)行比較。優(yōu)點(diǎn)一是響應(yīng)迅速，二是設(shè)定過流值方便?；魻栯娏鱾鞲衅鞴菜氖屙搱D2-39 di/dt抑制電路(dinl)、RCD緩沖電路和波形a)電路 b)uce和ic波形 3du/dt、di/dt限制和緩沖電路 緩沖電路也可以使功率管的主電極電壓變化率du/dt和電流(dinli)變化率di/dt得到有效的抑制。當(dāng)V導(dǎo)通時，由于有電感Li存在，i的上升速度變慢；而V截止時，負(fù)載電流通過VDS向CS分流，減輕V的負(fù)擔(dān)，可抑制di/dt和及由Ldi/dt引起的過電壓。2.11.1 電力電子器件的保護(hù)V導(dǎo)通時，Cs上能量通過Rs釋放。

23、 目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2.11.2電力電子器件的散熱 2.11.3電感和電容小結(jié)共四十五頁2.11.1 電力(dinl)電子器件的保護(hù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管

24、2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它(qt)新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2.11.2電力電子器件的散熱 2.11.3電感和電容小結(jié)RCD緩沖電路對波形的影響 無RCD吸收電路時的VDS波形引入RCD吸收電路時的VDS波形優(yōu)化RCD吸收電路后的VDS波形共四十五頁2.11.1 電力電子器件(din z q jin)的保護(hù)共四十五頁2.11.1 電力電子器件(din z q jin)的保護(hù)共四十五頁2.11.2 電力(dinl)電子器件的散熱 電力電子器件的功率損耗(snho)包括通態(tài)損耗(snho)、斷

25、態(tài)損耗(snho)和開關(guān)損耗(snho)。 各項功率損耗可以用器件兩端的電壓u和流過的電流i的乘積所得的平均功率損耗P來表示，分別用下式來表示，關(guān)斷時的漏電流非常小，斷態(tài)損耗很小，可以忽略不計。 （2-8） （2-9） （2-10） （2-11）目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2.11.2電力電子器件的散熱

26、2.11.3電感和電容小結(jié)共四十五頁圖2-40 電力電子器件的功率(gngl)損耗在器件開關(guān)頻率不高時，通態(tài)損耗(snho)為器件損耗(snho)的主要部分，而器件開關(guān)頻率較高時，開關(guān)損耗(snho)則成為器件功率損耗(snho)的主要因素。2.11.2 電力電子器件的散熱目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2.

27、11.2電力電子器件的散熱 2.11.3電感和電容小結(jié)共四十五頁SGH60N80UFD共四十五頁為了保證器件正常工作，必須規(guī)定最高允許結(jié)溫，與最高結(jié)溫對應(yīng)的器件耗散功率即是器件的最大允許耗散功率。器件正常工作時不應(yīng)超過最高結(jié)溫和功耗的最大允許值，否則，器件特性與參數(shù)將要產(chǎn)生變化，甚至導(dǎo)致器件產(chǎn)生永久性的燒壞現(xiàn)象。管芯溫度的高低與器件內(nèi)部功耗的大小、管芯到外界環(huán)境的傳熱條件(傳熱機(jī)構(gòu)、材料、冷卻方式等)以及環(huán)境溫度等有關(guān)。設(shè)法減小器件的內(nèi)部功耗、改善傳熱條件，對保證器件長期可靠運(yùn)行有極重要的作用(zuyng)。為了便于散熱，功率器件多加裝散熱器，結(jié)溫升高后的散熱過程和路線如下：管芯內(nèi)部功耗產(chǎn)生的

28、熱能以傳導(dǎo)方式由管芯傳到固定它的外殼的底座上，再由外殼將部分熱能以對流和輻射的形式傳到環(huán)境中去，大部分熱能則是通過底座直接傳到散熱器上，最后由散熱器傳到空氣中。2.11.2 電力(dinl)電子器件的散熱目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2.11.2電力電子器件的散熱 2.11.3電感和電容小結(jié)共四十五頁工程實

29、際中，由于功率器件的芯片較大，溫度分布是不均勻的，可能出現(xiàn)局部比最高允許結(jié)溫高得多的過熱點(diǎn)，導(dǎo)致器件損壞。所以規(guī)定的最高允許結(jié)溫遠(yuǎn)低于其本征失效溫度，這被稱為結(jié)溫減額使用(shyng)。散熱設(shè)計的主要任務(wù)就是根據(jù)器件的耗散功率Pd設(shè)計一個具有適當(dāng)熱阻的散熱方式和散熱器，以確保器件的管芯溫度不高于額定結(jié)溫Tjm。當(dāng)散熱器的環(huán)境溫度為Ta時，從管芯到環(huán)境的總熱阻為： 在實際情況中常把總熱阻分成三部分。第一部分為(fn wi)從管芯到管殼的結(jié)-殼熱阻，第二部分為從管殼到散熱器的接觸熱阻，第三部分為從散熱器到環(huán)境的散熱器熱阻。 2.11.2 電力電子器件的散熱目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電

30、力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2.11.2電力電子器件的散熱 2.11.3電感和電容小結(jié)共四十五頁2.11.2 電力(dinl)電子器件的散熱目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ)(jch) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9

31、 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2.11.2電力電子器件的散熱 2.11.3電感和電容小結(jié)共四十五頁 對器件用戶來說，結(jié)-殼熱阻是不能改變的一個參數(shù)。接觸熱阻決定于器件的封裝形式、界面平整度和散熱器的安裝壓力，管殼與散熱器之間是否加絕緣墊片和導(dǎo)熱脂。一般情況下，增加安裝壓力可減小接觸熱阻。在管殼和散熱器之間涂導(dǎo)熱脂也可減小接觸熱阻，但加絕緣墊片會增加接觸熱阻。盡量選用導(dǎo)熱性好的材料，并涂敷導(dǎo)熱脂。散熱器熱阻與散熱器材料、形狀、表面狀況、功耗元件的安裝位置以及冷卻介質(zhì)的性質(zhì)等多種因素(yn s)有關(guān)。散熱

32、器采用指狀或枝狀結(jié)構(gòu)，可增加散熱面積。強(qiáng)迫風(fēng)冷是降低散熱器熱阻的一種有效形式，常用的風(fēng)冷和自然冷卻散熱器由鋁板或鋁型材料制成。使用液體作為散熱介質(zhì)的液冷方式對于降低熱阻的效力更高，所用的散熱器體積更小，特別適用于特大功率耗散情況。 2.11.2 電力(dinl)電子器件的散熱目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2

33、.11.2電力電子器件的散熱 2.11.3電感和電容小結(jié)共四十五頁2.11.2 電力(dinl)電子器件的散熱共四十五頁使用風(fēng)機(jī)降低散熱器溫度目前有兩種控制方式，一種是風(fēng)機(jī)與裝置同步工作，適合于負(fù)載基本不變的情況，如PC機(jī)電源(dinyun)；另一種是風(fēng)機(jī)的起、停受裝置的內(nèi)部溫度（尤其是散熱器的溫度）控制。這種方式適合負(fù)載變化的情況，例如以蓄電池為后備電源的整流裝置。該控制方式在達(dá)到降溫目的的同時，能大大提高風(fēng)機(jī)的壽命，進(jìn)而提高整個裝置的壽命。 2.11.2 電力(dinl)電子器件的散熱目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶

34、閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2.11.2電力電子器件的散熱 2.11.3電感和電容小結(jié)共四十五頁圖2-41 散熱器溫控風(fēng)冷滯環(huán)控制方式(fngsh)2.11.2 電力(dinl)電子器件的散熱目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件

35、 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2.11.2電力電子器件的散熱 2.11.3電感和電容小結(jié) 另外，使用散熱器對功率開關(guān)管進(jìn)行散熱時，可采用帶常閉觸頭的溫度繼電器來實現(xiàn)過熱保護(hù)，將溫度繼電器測量面固定在散熱器表面，其常閉觸頭用來控制功率開關(guān)管的驅(qū)動回路，一旦散熱器溫度過高，溫度繼電器動作，驅(qū)動電路停止工作，功率開關(guān)管截止。共四十五頁2.11.3 電感(din n)和電容 電感是電力電子電路中常用的元件，由于它的電流、電壓相位不同，因此理論(lln)損耗為零，故常用作儲能元件，也常與電容共用在輸入濾波器和輸出濾波器上，用于平滑電

36、流。由于“磁通連續(xù)”性，電感上的電流必須是連續(xù)的。目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2.11.2電力電子器件的散熱 2.11.3電感和電容小結(jié)共四十五頁2.11.3 電感(din n)和電容電容是電子線路中應(yīng)用非常廣泛的電子元件，它與電感一樣也是儲存電能和傳遞電能的元件，但對頻率的特性卻剛好相反。應(yīng)用在電力電子

37、電路上，主要是“吸收”紋波，具有平滑電壓(diny)波形的作用。電容的種類也多種多樣，在電力電子主回路中，主要用到鋁電解電容和無感電容。目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2.11.2電力電子器件的散熱 2.11.3電感和電容小結(jié)共四十五頁2.11.3 電感(din n)和電容鋁電解電容管腳有正、負(fù)之分，容量為0

38、.4712000F，工作電壓為16450V，主要(zhyo)用作整流電路的電壓平滑濾波電容。目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 2.11.1電力電子器件的保護(hù) 2.11.2電力電子器件的散熱 2.11.3電感和電容小結(jié)共四十五頁 在功率開關(guān)管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷瞬間，流過功率管的電流會迅速下降(xijing)，由于電路中電感量的作用，會產(chǎn)生較高的尖峰

39、電壓，若該電壓超過功率管所能承受的電壓，則會發(fā)生器件擊穿，造成器件永久損壞。因此一般都要在功率管兩端并聯(lián)吸收電路，如RC和RCD電路。在這其中電容是很關(guān)鍵的吸收元件，但實際的電容等效電路上有一個串聯(lián)的電感，因此難以實現(xiàn)很好的吸收電壓尖峰的效果。無感電容對吸收電壓尖峰有很好的效果，但由于其價格偏貴，通常只用于中、大功率開關(guān)管的電壓尖峰吸收電路中。 對于鋁電解電容和無感電容來說，其主要參數(shù)為額定電壓和容量閥值。在使用時應(yīng)根據(jù)電路中的電壓并留有余量后確定電容的額定電壓，容量閥值決定其使用效果。隨著額定電壓和容量閥值的增加，電容體積呈增長趨勢。共四十五頁小結(jié)(xioji) 本章(bn zhn)介紹了功

40、率二極管、晶閘管SCR、可關(guān)斷晶閘管GTO、電力晶體管GTR、功率場效應(yīng)管Power MOSFET、絕緣柵雙極型晶體管IGBT等幾種常用的半導(dǎo)體電力電子器件。1.根據(jù)開關(guān)器件開通、關(guān)斷可控性的不同，可將開關(guān)器件分為三類： 1）不可控器件只有功率二極管是不可控器件；其處于正向偏置時自然導(dǎo)通，而處于反向偏置時自然關(guān)斷； 目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共

41、性問題小結(jié)共四十五頁 2）半控型器件 只有普通晶閘管及其派生器件屬于半控型器件，當(dāng)晶閘管承受正壓時，在其控制極和陰極之間外加正向觸發(fā)脈沖電流后，晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)。一旦晶閘管導(dǎo)通后，撤除觸發(fā)脈沖，晶閘管仍然處于通態(tài)，即控制極只能(zh nn)控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷，要使晶閘管關(guān)斷，只能(zh nn)使其陽極和陰極之間的電壓為零或反向，使其陽極電流低于維持電流。 3）全控型器件 GTO、GTR、Power MOSFET和IGBT都是全控型器件，即通過控制極施加驅(qū)動信號既能控制其開通也能控制其關(guān)斷。小結(jié)(xioji)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2

42、.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件 2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十五頁2根據(jù)開通和關(guān)斷所需控制極驅(qū)動信號的不同要求，可控開關(guān)器件又可分為(fn wi)電流型控制器件和電壓型控制器件。SCR、GTO和GTR為電流型控制器件，而Power MOSFET和IGBT為電壓型控制器件。電流型控制器件的特點(diǎn)是導(dǎo)通壓降小，通態(tài)損耗?。℅TO除外），但所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路較復(fù)雜，工作頻率較低。電壓型控制器件的特點(diǎn)是輸入阻抗高，所需驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單，工作頻率高。小結(jié)(xioji)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2