第1部分電力電子器件-13-09-11

第1部分電力電子器件上海電力學院電子教研室

現代電力電子技術2023/2/3上海電力學院電子技術教研室2本章主要內容1.1電力電子器件的特征及分類1.2決定電力電子器件實際效能的主要因素1.3電路運行條件對電力電子器件性能的影響1.4電力電子器件的緩沖電路和驅動電路第1部分電力電子器件2023/2/3上海電力學院電子技術教研室31.1.1

電力電子器件的特征同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的一般特征：(1)電功率大小至毫瓦級，大至兆瓦級,大多都遠大于處理信息的電子器件(2)工作在開關狀態(tài)1.1電力電子器件的特征和分類導通時（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阻斷時（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作電路分析時，為簡單起見往往用理想開關來代替第1部分電力電子器件2023/2/3上海電力學院電子技術教研室4(4)散熱在主電路和控制電路之間，對控制電路的信號進行放大，為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導致器件溫度過高而損壞，不僅在器件封裝上講究散熱設計，在其工作時一般都要安裝散熱器。應用電力電子器件的系統(tǒng)組成(3)需要由信息電子電路來控制第1部分電力電子器件1.1電力電子器件的特征和分類1.1.1

電力電子器件的特征電氣隔離2023/2/3上海電力學院電子技術教研室5對某些器件來講，驅動電路向其注入的功率也是造成器件發(fā)熱的原因之一電力電子器件的損耗包括：通態(tài)損耗、斷態(tài)損耗、開關損耗導通時器件上有一定的通態(tài)壓降阻斷時器件上有微小的斷態(tài)漏電流開通損耗和關斷損耗的總稱器件開通或關斷的轉換過程中產生器件功率損耗的主要成因斷態(tài)漏電流極小，器件開關頻率較高時，開關損耗會隨之增大可能成為器件功率損耗的主要因素1.1.1電力電子器件的特征第1部分電力電子器件1.1電力電子器件的特征和分類2023/2/3上海電力學院電子技術教研室61.1.2

電力電子器件的分類電力電子器件控制功能不控型可控型導電機理PN結型勢壘型反向恢復速度普通型快速及超快速型反向電流衰減速度硬恢復型軟恢復型開關狀態(tài)可控性控制信號性質半控型全控型電流控制型電壓控制型載流子類型單極型雙極型復合型芯片材料硅（多晶硅和單晶硅）碳化硅、金剛石等集成度分立型功率模塊集成電路第1部分電力電子器件1.1電力電子器件的特征和分類2023/2/3上海電力學院電子技術教研室71.2決定電力電子器件實際效能的主要因素所有電力電子器件在其裝置中的實際效能取決于兩方面：●電力電子器件的設計和制作（參數設計、結構安排、材料性能、工藝水平和散熱能力等）；●器件所在電路的運行條件（電路結構、負載性質、控制信號、開關頻率、環(huán)境溫度和冷卻條件等）?！锉竟?jié)重點：分析開關環(huán)境對器件性能的影響。實踐證明，器件開關性能與電路結構、負載性質、控制策略、開關頻率和開關方式等條件密切相關。第1部分電力電子器件2023/2/3上海電力學院電子技術教研室81.3電路運行條件對電力電子器件性能的影響第1部分電力電子器件——IGBT的開關過程分析1、IGBT開關電路2、IGBT的開通過程、關斷過程Lko包括：外引線分布電感、器件內引線分布電感、

外接附加電感Lko

：負載Ugeo：臨界驅動柵壓2023/2/3上海電力學院電子技術教研室91.3電路運行條件對電力電子器件性能的影響第1部分電力電子器件——IGBT的開關過程分析1）結溫對單次開關能耗的影響3、電路環(huán)境對開關能耗的影響（IGBT內置反并聯(lián)二極管）2023/2/3上海電力學院電子技術教研室101.3電路運行條件對電力電子器件性能的影響第1部分電力電子器件——IGBT的開關過程分析3、電路環(huán)境對開關能耗的影響（IGBT內置反并聯(lián)二極管）2）柵極串聯(lián)電阻RG對單次開關能耗的影響2023/2/3上海電力學院電子技術教研室111.3電路運行條件對電力電子器件性能的影響第1部分電力電子器件——IGBT的開關過程分析3、電路環(huán)境對開關能耗的影響（IGBT內置反并聯(lián)二極管）2）柵極串聯(lián)電阻RG對單次開關能耗的影響表1-13柵極電阻RG的推薦值2023/2/3上海電力學院電子技術教研室121.3電路運行條件對電力電子器件性能的影響第1部分電力電子器件——IGBT的開關過程分析4、短路狀態(tài)下IGBT的載流能力電路初態(tài)負載短路后的電路終態(tài)保護動作后的電路終態(tài)VG1：短接負載的無觸點高速開關VG2：被測試器件2023/2/3上海電力學院電子技術教研室131.3電路運行條件對電力電子器件性能的影響第1部分電力電子器件——IGBT的開關過程分析4、短路狀態(tài)下IGBT的載流能力短路時升流過程：ic2↗至ISC后再上升，VG2→放大狀態(tài)，uce↗→ic2

↗，ic2↗至ISCm→uce

使ucgc2↗→Rg產生反壓→uge2>Ug1→VG2

增益↘→ic2↘ISC2023/2/3上海電力學院電子技術教研室14負載正常時關斷軌跡處于SOA中1.3電路運行條件對電力電子器件性能的影響第1部分電力電子器件——IGBT的開關過程分析4、短路狀態(tài)下IGBT的載流能力切斷短路電流：短路后撤去柵壓直接關斷VG2，強制ic2下降，產生電壓超量ΔU，Uces/VUdUd/VLkuHdic/dtkA/us△U/VUcem/V12000.6Uces5500.30.51507002.57501300短路關斷軌跡超出SOA2023/2/3上海電力學院電子技術教研室151.3電路運行條件對電力電子器件性能的影響第1部分電力電子器件——IGBT的開關過程分析4、短路狀態(tài)下IGBT的載流能力短路安全工作區(qū)SCSOA短路電流耐量負載短路動態(tài)軌跡不應超出SCSOASCSOA在單脈沖（非重復）條件下測得，過流保護方法必須精確可靠，防止連續(xù)出現短路—保護—再短路的情況。2023/2/3上海電力學院電子技術教研室161.4電力電子器件的緩沖電路和驅動電路第1部分電力電子器件1、緩沖電路——改善器件開關環(huán)境卓有成效——實現軟開關方法之一（1）正常開關狀態(tài)下的負載