第3章 直流斬波電路

電力電子技術

第3章直流斬波電路電氣工程學院第3章直流斬波電路全控電力電子器件直流斬波工作原理基本直流斬波電路其他直流斬波電路4123直流斬波電路應用53.1全控電力電子器件3.1.1可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管簡稱GTO，是一種通過門極來控制器件導通和關斷的電力半導體器件。GTO既具有普通晶閘管的優(yōu)點（耐壓高，電流大，耐浪涌能力強，價格便宜），同時又具有GTR的優(yōu)點（自關斷能力，無需輔助關斷電路，使用方便）。是目前應用于高壓、大容量場合中的一種大功率開關器件。廣泛應用于電力機車的逆變器、電網(wǎng)動態(tài)無功補償和大功率直流斬波調(diào)速等領域。1．GTO的結(jié)構與工作原理圖3-1GTO的結(jié)構、等效電路及符號(a)結(jié)構(b)符號圖3-2GTO的外形圖2．GTO的主要特性（1）陽極伏安特性（2）通態(tài)壓降特性（3）開通特性（4）關斷特性3．GTO的主要參數(shù)（1）最大可關斷陽極電流IATO（2）關斷增益β

off（3）陽極尖峰電壓UP

4．GTO門極驅(qū)動要求（1）導通觸發(fā)（2）關斷觸發(fā)5．可關斷晶閘管的測試（1）可關斷晶閘管電極的判定（2）判定可關斷晶閘管的好壞①用萬用表R×10檔或R×100檔測量晶閘管陽極（A）與陰極（K）之間的電阻，或測量陽極（A）與門極（G）之間的電阻。如果讀數(shù)小于1k?，說明可關斷晶閘管嚴重漏電，器件已擊穿損壞。②用萬用表R×10檔或R×100檔測量測量門極（G）與陰極（K）之間的電阻。如正反向電阻均為無窮大（∞），說明被測晶閘管門極、陰極之間斷路，該管也已損壞。（3）可關斷晶閘管觸發(fā)特性測試（4）可關斷晶閘管關斷能力的初步檢測3.1.2電力晶體管電力晶體管（GTR）是一種耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管(BJT)。1．GTR的結(jié)構和工作原理

2．GTR的基本特性(1)靜態(tài)特性(2)

動態(tài)特性3．GTR的基本參數(shù)(1)最高工作電壓：(2)集電極最大允許電流ICM(3)集電極最大耗散功率PCM

4．GTR的二次擊穿和安全工作區(qū)1）二次擊穿現(xiàn)象2）安全工作區(qū)3.1.3功率場效應晶體管1．功率MOSFET的結(jié)構與工作原理2．功率MOSFET的主要特性1）輸出特性2）轉(zhuǎn)移特性3）開關特性3．功率MOSFET的主要參數(shù)1）通態(tài)電阻Ron2）開啟電壓UGS（th）3）跨導gm4）漏源擊穿電壓BUDS5）柵源擊穿電壓BUGS4．功率MOSFET的安全工作區(qū)1）正向偏置安全工作區(qū)2）開關安全工作區(qū)5．功率MOSFET柵極驅(qū)動的特點及其要求功率MOSFET對柵極驅(qū)動電路的要求主要有：1）觸發(fā)脈沖要具有足夠快的上升和下降速度，即脈沖前后沿要求陡峭。2）開通時以低電阻對柵極電容充電，關斷時為柵極電荷提供低電阻放電回路，以提高功率MOSFET的開關速度。3）為了使功率MOSFET可靠觸發(fā)導通，觸發(fā)脈沖電壓應高于管子的開啟電壓；為了防止誤導通，在其截止時應提供負的柵源電壓。4）功率MOSFET開關時所需的驅(qū)動電流為柵極電容的充放電電流。功率MOSFET的極間電容越大，在開關驅(qū)動中所需的驅(qū)動電流也越大。6．功率MOSFET在使用中的靜電保護措施防止靜電擊穿應注意：1）器件應存放在抗靜電包裝袋、導電材料袋或金屬容器中，不能存放在塑料袋中。2）取用功率MOSFET時，工作人員必須通過腕帶良好接地，且應拿在管殼部分而不是引線部分。3）接入電路時，工作臺應接地，焊接的烙鐵也必須良好接地或斷電焊接。4）測試器件時，測量儀器和工作臺都要良好接地。器件三個電極沒有全部接入測試儀器前，不得施加電壓。改換測試范圍時，電壓和電流要先恢復到零。3.1.4絕緣柵雙極晶體管1．IGBT工作原理2．IGBT主要特性1）靜態(tài)特性2）動態(tài)特性3．IGBT的鎖定效應4．IGBT的主要參數(shù)1）集射極擊穿電壓BUCES2）開啟電壓UGE（th）3）通態(tài)壓降UCE（on）4）最大柵射極電壓UGES5）集電極連續(xù)電流IC和峰值電流ICM5．IGBT的安全工作區(qū)6．IGBT對驅(qū)動電路的要求7．IGBT容量的選擇8．IGBT與MOSFET和GTR的比較3.1.5智能型器件IPM3.2直流斬波工作原理斬波電路有三種電壓控制方式：1)定頻調(diào)寬控制(脈沖寬度調(diào)制——PWM)保持斬波周期T不變，只改變斬波器的導通時間ton，這種控制方式的特點是，斬波器的基本頻率不變，所以濾除高次諧波的濾波器設計比較簡單。2)定寬調(diào)頻(脈沖頻率調(diào)制——PFM)保持斬波器的導通時間ton不變，只改變斬波周期T。這種控制方式的特點是，斬波回路和控制回路變得簡單，但頻率是變化的，因而濾波器的設計比較困難。3)調(diào)頻調(diào)寬混合控制這種控制方式不但改變斬波器的工作頻率，而且改變斬波器的導通時間。這種控制方式的特點是可以大幅度地變化輸出，但也存在著由于頻率變化所引起的設計濾波器較困難的問題。3.3基本直流斬波電路3.3.1降壓斬波電路3.3.2升壓斬波電路3.3.3升降壓斬波電路3.4其他直流斬波電路3.4.1雙象限斬波電路1．橋臂式雙象限斬波電路（A型雙象限斬波電路）2．混合橋式雙象限斬波電路（B型雙象限斬波電路）3.4.2四象限斬波電路3.4.3多象多重斬波電路多相多重斬波電路具有以下特點：1）輸出電流脈動率減小，有利于電機的運行。2）平波電抗器的重量和體積可明顯降低。3）濾波器的效果會增加。4）線路較單個斬波電路復雜，尤其是控制電路。5）由單個斬波器并聯(lián)構成，總的可靠性可提高。3.5直流斬波電路應用3.5.1無軌電車1．直流斬波器工作原理2．主電路中各元件的作用L0和C0和組成輸