发 帖  
原厂入驻New

[经验] 电力电子技术的概念

2019-7-10 18:18:46  427 电力电子技术
分享
0
1、电力电子技术的概念
①可以认为,所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。电力电子技术中所变换的“电力” 有区别于“电力系统”所指的“电力” ,后者特指电力网的“电力” ,前者则更一般些。电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。

②具体地说,电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。

③电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。

④变流技术则是电力电子技术的核心。

⑤美国学者W. Newell认为电力电子学是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。

⑥电力电子器件的制造技术和用于信息变换的电子器件制造技术的理论基础(都是基于半导体理论)是一样的,其大多数工艺也是相同的。

⑦电力电子电路和信息电子电路的许多分析方法也是一致的。

⑧电力电子技术广泛用于电气工程中,这是电力电子学和电力学的主要关系。

⑨控制理论广泛用于电力电子技术中,它使电力电子装置和系统的性能不断满足人们日益增长的各种需求。电力电子技术可以看成是弱电控制强电的技术,是弱电和强电之间的接口。而控制理论则是实现这种接口的一条强有力的纽带。另外,控制理论是自动化技术的理论基础,二者密不可分,而电力电子装置则是自动化技术的基础元件和重要支撑技术。
bctwerwer 2019-7-11 04:54:50
已收藏,加油~~~~~
字体多大的,一般最少论坛16号字体看起来才舒服些,大量文字的时候可以通过段落间空行来避免过于密集带来的阅读不便~~~~~
回复

举报

jiecai5388 2019-7-11 05:11:47
你是做电源的么
回复

举报

sdsgsf 2019-7-11 05:20:37
1.2 电力电子发展史

①电子管:1904年诞生,能在真空中对电子流进行控制,并应用于通信和无线电,从而开启了电子技术用于电力领域的先河。
②水银整流器:广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传动,甚至用于直流输电。这一时期,各种整流电路、逆变电路、周波变流电路的理论已经发展成熟并广为应用。在这一时期,也应用直流发电机组来变流。 
③晶体管:晶体管(transistor)是一种固体半导体器件,可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管作为一种可变开关,基于输入的电压,控制流出的电流,因此晶体管可做为电流的开关,和一般机械开关(如Relay、switch)不同处在于晶体管是利用电讯号来控制,而且开关速度可以非常之快,在实验室中的切换速度可达100GHz以上。主要分两大类:双极性晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET)。
ⅰ、晶体管有三个极: 双极性晶体管的三个极,分别由N型跟P型组成发射极(Emitter)、基极(Base)和集电极(Collector); 场效应晶体管的三个极,分别是源极(Source)、栅极(Gate)和漏极(Drain)。
ⅱ、晶体管因为有三种极性,所以也有三种的使用方式,分别是发射极接地(又称共射放大、CE组态)、基极接地(又称共基放大、CB组态)和集电极接地(又称共集放大、CC组态、发射极随隅器)。
ⅲ、在双极性晶体管中,射极到基极的很小的电流,会使得发射极到集电极之间,产生大电流;在场效应晶体管中,在栅极施加小电压,来控制源极和泄极之间的电流。
ⅳ、在模拟电路中,晶体管用于放大器、音频放大器、射频放大器、稳压电路;在计算机电源中,主要用于开关电源。晶体管也应用于数字电路,主要功能是当成电子开关。数字电路包括逻辑门、随机存取内存(RAM)和微处理器。
④晶闸管:晶闸管(Thyristor)是晶体闸流管的简称,又可称做可控硅整流器,以前被简称为可控硅;1957年美国通用电气公司开发出世界上第一款晶闸管产品,并于1958年将其商业化;晶闸管是PNPN四层半导体结构,它有三个极:阳极,阴极和门极; 晶闸管具有硅整流器件的特性,能在高电压、大电流条件下工作,且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
ⅰ、晶闸管导通条件为:加正向电压且门极有触发电流;其派生器件有:快速晶闸管,双向晶闸管,逆导晶闸管,光控晶闸管等。它是一种大功率开关型半导体器件,在电路中用文字符号为"V"、"VT"表示(旧标准中用字母"SCR"表示)。
ⅱ、晶闸管在工作过程中,它的阳极(A)和阴极(K)与电源和负载连接,组成晶闸管的主电路,晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接,组成晶闸管的控制电路。晶闸管为半控型电力电子器件,它的工作条件如下:
1. 晶闸管承受反向阳极电压时,不管门极承受何种电压,晶闸管都处于反向阻断状态。
2. 晶闸管承受正向阳极电压时,仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。这时晶闸管处于正向导通状态,这就是晶闸管的闸流性,即可控特性。
3. 晶闸管在导通情况下,只要有一定的正向阳极电压,不论门极电压如何,晶闸管保持导通,即晶闸管导通后,门极失去作用。门极只起触发作用。
4. 晶闸管在导通情况下,当主回路电压(或电流)减小到接近于零时,晶闸管关断。
注意:晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件,属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式,简称相控方式。晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实现。这就使得晶闸管的应用受到了很大的局限。
⑤全控型器件和电力电子集成电路(PIC)
70年代后期,以门极可关断晶闸管(GTO)、电力双极型晶体管(BJT)和电力场效应晶体管(Power-MOSFET)为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是,通过对门极(基极、栅极)的控制既可使其开通又可使其关断。
采用全控型器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制(PWM)方式。相对于相位控制方式,可称之为斩波控制方式,简称斩控方式。
在80年代后期,以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)为代表的复合型器件异军突起。它是MOSFET和BJT的复合,综合了两者的优点。与此相对,MOS控制晶闸管(MCT)和集成门极换流晶闸管(IGCT)复合了MOSFET和GTO。
回复

举报

Ryita 2019-7-11 05:39:03
楼主又向前迈了一步,加油~~~~~
回复

举报

jj568318653 2019-7-11 05:58:41
1、电力电子器件的特征
①所能处理电功率的大小,也就是其承受电压与电流的能力,是其最重要的参数,一般都远大于处理信息的电子器件。
②为了减小本身的损耗,提高效率,一般工作在开关状态。
③由信息电子电路控制,而且需要驱动电路。
④自身的功率损耗通常远大于信息电子器件,在工作时通常需要安装散热器。
2、电力电子器件的功率损耗
一般分为通态损耗(电力电子器件功率损耗的主要原因)、断态损耗、开关损耗(开通损耗、关断损耗)。当器件的开关频率较高时,开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素。
3、应用电力电子器件的系统组成
电力电子器件在实际的应用中,一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。如图所示:
4、电力电子器件的分类
按照能够被控制电路信号控制的程度可分为:
①半控型器件:主要是指晶闸管及其大部分派生器件。器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。
②全控型器件:目前最常用的是IGBT和Power MOSFET。通过控制信号既可以控制其导通,又可以控制其关断。
(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。)
③不可控器件:电力二极管(Power Diode),不能用控制信号控制其关断。
(电力二极管(Power Diode)在20世纪50年代初期就获得应用,当时也被称为半导体整流器;它的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管是一样的,都以半导体PN结为基础,实现正向导通、反向截止的功能;电力二极管是不可控器件,其导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的,从外形上看,主要有螺栓型和平板型两种封装。)
按驱动信号的性质分类:
①电流驱动型:通过从控制端注入或抽出电流来实现导通和关断的控制。
②电压驱动型:仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可以实现导通和关断的控制。
按照驱动信号的波形分(电力二极管除外):
①脉冲触发型:通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或关断控制。
②电平控制型:必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件开通并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态。
按照载流子参与导电的情况分:
①单极型器件:由一种载流子参与导电。
②双极型器件:由电子和空穴两种载流子参与导电。
③复合型器件:由单极型器件和双极型器件集体混合而成。
回复

举报

60user70 2019-7-11 06:04:58
不可控器件——电力二极管
①在采用全控型器件的电路中电力二极管往往是不可缺少的,特别是开通和关断速度很快的快恢复二极管和肖特基二极管,具有不可替代的地位。

②电力二极管是以半导体PN结为基础的,实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。从外形看,可以有平板型、螺栓型等多种封装。

③二极管的工作原理——PN结的单向导电性
ⅰ、当PN结外加正向电压时(正向偏置)时,在外电路上则形成自P区流入而从N区流出的电流,称为正向电流,这就是PN结的正向导通状态。

ⅱ、当PN结外加反向电压时(反向偏置),反向偏置的PN结表现为高阻态,几乎没有电流流过,被称为反向截止状态。

ⅲ、PN结具有一定的反向耐压能力,但当施加的反向电压过大,反向电流将会急剧增大,破坏PN结反向偏置为截止的工作状态,这就是反向击穿。

ⅳ、按照机理不同有雪崩击穿和齐纳击穿两种方式:
雪崩击穿:材料掺杂浓度较低的PN结中,当PN结反向电压增加时,空间电荷区中的电场随着增强。这样通过空间电荷区的电子和空穴,就会在电场作用下,使获得的能量增大。在晶体中运行的电子和空穴将不断的与晶体原子发生碰撞,通过这样的碰撞可使束缚在共价键中的价电子碰撞出来,产生自由电子-空穴对。新产生的载流子在电场作用下撞出其他价电子,又产生新的自由电子和空穴对。如此连锁反应,使得阻挡层中的载流子的数量雪崩式地增加,流过PN结的电流就急剧增大击穿PN结,这种碰撞电离导致击穿称为雪崩击穿,也称为电子雪崩现象。
齐纳击穿:在高掺杂的情况下,因耗尽层宽度很小,不大的反向电压就可在耗尽层形成很强的电场,而直接破坏共价键,使价电子脱离共价键束缚,产生电子-空穴对,致使电流急剧增大,这种击穿称为齐纳击穿。也称为隧道击穿。齐纳击穿是暂时性的,可以恢复。齐纳击穿一般发生在低反压、高掺杂的情况下。

④PN结的电容效应
ⅰ、称为结电容,又称为微分电容
ⅱ、按其产生机制和作用的差别分为势垒电容和扩散电容:
势垒电容只在外加电压变化时才起作用,外加电压频率越高,势垒电容作用越明显。在正向偏置时,当正向电压较低时,势垒电容为主。扩散电容仅在正向偏置时起作用。正向电压较高时,扩散电容为结电容主要成分。结电容影响PN结的工作频率,特别是在高速开关的状态下,可能使其单向导电性变差,甚至不能工作。

⑤电力二极管的基本特性
静态特性:正向电压大到一定值(门槛电压UTO),正向电流才开始明显增加,处于稳定导通状态。与IF对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降UF。承受反向电压时,只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。
(静态特性反映的是当信号为定值或变化缓慢时,系统的输出与输入的关系)

动态特性:
ⅰ、因为结电容的存在,电压—电流特性是随时间变化的,这就是电力二极管的动态特性,并且往往专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性。电力二极管并不能立即关断,而是须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力,进入截止状态。在关断之前有较大的反向电流出现,并伴随有明显的反向电压过冲。
延迟时间:td=t1-t0    
电流下降时间:tf =t2- t1         
反向恢复时间:trr=td+ tf          
恢复特性的软度: tf /td,或称恢复系 数,用Sr表示。

ⅱ、由零偏置转换为正向偏置
先出现一个过冲UFP,经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值。
出现过冲的原因:电导调制效应起作用所需的大量少子需要一定的时间来储存,在达到稳态导通之前管压降较大;正向电流的上升会因器件自身的电感而产生较大压降。电流上升率越大,UFP越高。
⑥电力二极管的主要参数
正向平均电流IF(AV)
ⅰ、指电力二极管长期运行时,在指定的管壳温度(简称壳温,用TC表示)和散热条件下,其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
ⅱ、IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的,使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额,并应留有一定的裕量。

正向压降UF
ⅰ、指电力二极管在指定温度下,流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。
反向重复峰值电压URRM
ⅰ、指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。
ⅱ、使用时,应当留有两倍的裕量。
最高工作结温TJM
ⅰ、结温是指管芯PN结的平均温度,用TJ表示。
ⅱ、最高工作结温是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。 
ⅲ、TJM通常在125~175°C范围之内。

反向恢复时间trr
浪涌电流IFSM:指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。

⑦电力二极管的主要类型
ⅰ、普通二极管(General&nbspurpose Diode):又称整流二极管(Rectifier Diode),多用于开关频率不高(1kHz以下)的整流电路中。其反向恢复时间较长,一般在5s以上 。其正向电流定额和反向电压定额可以达到很高。
 
ⅱ、快恢复二极管(Fast Recovery Diode——FRD):恢复过程很短,特别是反向恢复过程很短(一般在5s以下)。

ⅲ、肖特基二极管(Schottky Barrier Diode——SBD):属于多子器件,优点在于:反向恢复时间很短(10~40ns),正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲;在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小,明显低于快恢复二极管;因此,其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小,效率高。弱点在于:当所能承受的反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求,因此多用于200V以下的低压场合;反向漏电流较大且对温度敏感,因此反向稳态损耗不能忽略,而且必须更严格地限制其工作温度。
回复

举报

HELLOKITTYNEW 2019-7-11 06:11:37
顶楼主,加油哦
回复

举报

iwqudwnd 2019-7-11 06:25:38

(字符补丁)
回复

举报

60user14 2019-7-11 06:43:32
牛.
回复

举报

cnm5 2019-7-11 06:58:37
半控器件——晶闸管
①晶闸管(Thyristor)是晶体闸流管的简称,又称作可控硅整流器(Silicon Controlled Rectifier——SCR),以前被简称为可控硅。
1956年美国贝尔实验室(Bell Laboratories)发明了晶闸管,到1957年美国通用电气公司(General Electric)开发出了世界上第一只晶闸管产品,并于1958年使其商业化。
由于其能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的,而且工作可靠,因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。

②晶闸管的结构
从外形看,晶闸管也主要有螺栓型和平板型两种封装结构。引出阳极A、阴极K和门极(控制极)G三个连接端。内部时PNPN四层半导体结构。
③、晶闸管的工作原理
ⅰ、按照晶体管的工作原理,可列出如下方程:
式中α1和α2分别是晶体管V1和V2的共基极电流增益;ICBO1和ICBO2分别是V1和V2的共基极漏电流。
由以上式(2-1)~(2-4)可得:
ⅱ、晶体管的特性是:在低发射极电流下α是很小的,而当发射极电流建立起来之后,α迅速增大。在晶体管阻断状态下,IG=0,而α1+α2是很小的。由上式可看出,此时流过晶闸管的漏电流只是稍大于两个晶体管漏电流之和。
ⅲ、如果注入触发电流使各个晶体管的发射极电流增大以致α1+α2趋近于1的话,流过晶闸管的电流IA(阳极电流)将趋近于无穷大,从而实现器件的饱和导通。
ⅳ、由于外电路负载的限制,IA实际上会维持有限值。
注意,除门极触发外其他几种可能导通的情况:
ⅰ、阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应
ⅱ、阳极电压上升率du/dt过高
ⅲ、结温较高
ⅳ、光触发
这些情况除了光触发由于可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中之外,其它都因不易控制而难以应用于实践,只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。
④晶闸管的基本特性
静态特性
1)、正常工作时的特性
ⅰ、当晶闸管承受反向电压时,不论门极是否有触发电流,晶闸管都不会导通。
ⅱ、当晶闸管承受正向电压时,仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。
ⅲ、晶闸管一旦导通,门极就失去控制作用,不论门极触发电流是否还存在,晶闸管都保持导通。
ⅳ、若要使已导通的晶闸管关断,只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于0的某一数值以下。
2)、晶闸管的伏安特性
ⅰ、正向特性
当IG=0时,如果在器件两端施加正向电压,则晶体管处于正向阻断状态,只有很小的正向漏电流流过。
如果正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo,反向击穿,阳极电流急剧上升,特性曲线突然由A点跳到B点,晶闸管处于导通状态。
随着门极电流幅值的增大,正向转折电压降低,晶闸管本身的压降很小,在1V左右。
如果门极电流为0,并且阳极电流降至接近于0的某一数值IH以下,则晶闸管又回到正向阻断状态,IH成为维持电流。
ⅱ、反向特性
其伏安特性类似二极管的反向特性。
晶闸管处于反向阻断状态时,只有极小的反向漏电流通过。
当反向电压超过一定限度,到反向击穿电压后,外电路如无限制措施,则反向漏电流急剧增大,导致晶体管发热损坏。
动态特性
1)、开通过程
ⅰ、由于晶闸管内部的正反馈过程需要时间,再加上外电路电感的限制,晶闸管受到触发后,其阳极电流的增长不可能是瞬时的。
ⅱ、延迟时间td (0.5~1.5s)、上升时间tr (0.5~3s)、开通时间tgt=td+tr
ⅲ、延迟时间随门极电流的增大而减小,上升时间除反映晶闸管本身特性外,还受到外电路电感的严重影响。提高阳极电压,延迟时间和上升时间都可显著缩短。
2)、关断过程
ⅰ、由于外电路电感的存在,原处于导通状态的晶闸管当外加电压突然由正向变为反向时,其阳极电流在衰减时必然也是有过渡过程的。
ⅱ、反向阻断恢复时间trr、正向阻断恢复时间tgr、关断时间tq=trr+tgr
ⅲ、关断时间约几百微妙
ⅳ、在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压,晶闸管会重新正向导通,而不是受门极电流控制而导通。
⑤晶闸管的主要参数
1)、电压定额
ⅰ、断态重复峰值电压UDRM 是在门极断路而结温为额定值时,允许重复加在器件上的正向峰值电压。国标规定断态重复峰值电压UDRM为断态不重复峰值电压(即断态最大瞬时电压)UDSM的90%。断态不重复峰值电压应低于正向转折电压Ubo。
ⅱ、反向重复峰值电压URRM 是在门极断路而结温为额定值时,允许重复加在器件上的反向峰值电压。规定反向重复峰值电压URRM为反向不重复峰值电压(即反向最大瞬态电压)URSM的90%。反向不重复峰值电压应低于反向击穿电压。
ⅲ、通态(峰值)电压UT 晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时,一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍。
2)、电流定额
ⅰ、通态平均电流IT 国标规定通态平均电流为晶闸管在环境温度为40℃和规定的冷却状态下,稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。按照正向电流造成的器件本身的通态损耗的发热效应来定义的。一般取其通态平均电流为按发热效应相等(即有效值相等)的原则所得计算结果的1.5~2倍。  
ⅱ、维持电流IH 维持电流是指使晶闸管维持导通所必需的最小电流,一般为几十到几百毫安。结温越高,则IH越小。 
ⅲ、擎住电流 IL 擎住电流是晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号
后,能维持导通所需的最小电流。约为IH的2~4倍。 
ⅳ、浪涌电流ITSM 指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。
3)、动态参数
ⅰ、开通时间tgt和关断时间tq
ⅱ、断态电压临界上升率du/dt 在额定结温和门极开路的情况下,不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。电压上升率过大,使充电电流足够大,就会使晶闸管误导通 。 
ⅲ、通态电流临界上升率di/dt在规定条件下,晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。如果电流上升太快,可能造成局部过热而使晶闸管损坏。
⑥晶闸管的派生器件
1)快速晶闸管(Fast Switching Thyristor——FST):有快速晶闸管和高频晶闸管。
ⅰ、快速晶闸管的开关时间以及du/dt和di/dt的耐量都有了明显改善。 
ⅱ、从关断时间来看,普通晶闸管一般为数百微秒,快速晶闸管为数十微秒,而高频晶闸管则为10μs左右。
ⅱ、高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。
ⅲ、由于工作频率较高,选择快速晶闸管和高频晶闸管的通态平均电流时不能忽略其开关损耗的发热效应。
2)、双向晶闸管(Triode AC Switch——TRIAC或Bidirectional triode thyristor)
ⅰ、可以认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。
ⅱ、门极使器件在主电极的正反两方向均可触发导通,在第I和第III象限有对称的伏安特性。 
ⅲ、双向晶闸管通常用在交流电路中,因此不用平均值而用有效值来表示其额定电流值。
3)、逆导晶闸管(Reverse Conducting Thyristor——RCT)
ⅰ、是将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件,不具有承受反向电压的能力,一旦承受反向电压即开通。
ⅱ、具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点,可用于不需要阻断反向电压的电路中。
 
4)、光控晶闸管(Light Triggered Thyristor——LTT)
ⅰ、是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。
ⅱ、由于采用光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘,而且可以避免电磁干扰的影响,因此光控晶闸管目前在高压大功率的场合。
回复

举报

uywuuwewd 2019-7-11 07:11:07
顶一下,支持++
回复

举报

wenlonghbo 2019-7-11 07:20:36
典型全控型器件——门极可关断晶闸管
 
①门极可关断晶闸管在晶闸管问世后不久出现。20世纪80年代以来,电力电子技术进入了一个崭新时代。典型代表——门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。

②门极可关断晶闸管是晶闸管的一种派生器件,但可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断,因而属于全控型器件。
 
ⅰ、GTO的结构和工作原理:
GTO是PNPN四层半导体结构。是一种多元的功率集成器件,虽然外部同样引出个极,但内部则包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元,这些GTO元的阴极和门极则在器件内部并联在一起。
 
 
仍然可以用如图2-8所示的双晶体管模型来分析,V1、V2的共基极电流增益分别是α1、α2。α1+α2=1是器件临界导通的条件,大于1导通,小于1则关断。
 
ⅱ、GTO与普通晶闸管的不同,设计α2较大,使晶体管V2控制灵敏,易于GTO关断。导通时α1+α2更接近1,导通时接近临界饱和,有利门极控制关断,但导通时管压降增大。多元集成结构,使得P2基区横向电阻很小,能从门极抽出较大电流。
 
ⅲ、GTO的导通过程与普通晶闸管是一样的,只不过导通时饱和程度较浅。
 
ⅳ、而关断时,给门极加负脉冲,即从门极抽出电流,当两个晶体管发射极电流IA和IK的减小使α1+α2<1时,器件退出饱和而关断。
 
ⅴ、GTO的多元集成结构使得其比普通晶闸管开通过程更快,承受di/dt的能力增强。
 
③GTO的动态特性
开通过程与普通晶闸管类似。关断过程则有储存时间ts、下降时间tf、尾部时间tt。通常tf比ts小得多,而tt比ts要长。门极负脉冲电流幅值越大,前沿越陡, ts就越短。使门极负脉冲的后沿缓慢衰减,在tt阶段仍能保持适当的负电压,则可以缩短尾部时间。
 
④GTO的主要参数
GTO的许多参数都和普通晶闸管相应的参数意义相同。
 
最大可关断阳极电流IATO,用来标称GTO额定电流。
 
电流关断增益βoff,最大可关断阳极电流IATO与门极负脉冲电流最大值IGM之比。βoff一般很小,只有5左右,这是GTO的一个主要缺点。
 
开通时间ton,延迟时间与上升时间之和。延迟时间一般约1~2ms,上升时间则随通态阳极电流值的增大而增大。 
 
关断时间toff,一般指储存时间和下降时间之和,而不包括尾部时间。储存时间随阳极电流的增大而增大,下降时间一般小于2s。不少GTO都制造成逆导型,类似于逆导晶闸管。当需要承受反向电压时,应和电力二极管串联使用。
回复

举报

细水爱长流 2019-7-11 07:33:30
电力晶体管
①电力晶体管(Giant Transistor——GTR),按英文直译为巨型晶体管,是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor——BJT)。
 
②GTR的结构和工作原理,与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的。最主要的特性是耐压高、电流大、开关特性好。
 
 
③GTR的结构
采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构,并采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成。GTR是由三层半导体(分别引出集电极、基极和发射极)形成的两个PN结(集电结和发射结)构成,多采用NPN结构。
③GTR应用
在应用中,GTR一般采用共发射极接法。集电极电流ic与基极电流ib之比为:
 
β称为GTR的电流放大系数,它反映了基极电流对集电极电流的控制能力。当考虑到集电极和发射极间的漏电流Iceo时,ic和ib的关系为:
 
单管GTR的β值比处理信息用的小功率晶体管小得多,通常为10左右,采用达林顿接法可以有效地增大电流增益。
 
④GTR的基本特性
静态特性,在共发射极接法时的典型输出特性分为截止区、放大区和饱和区三个区域。在电力电子电路中,GTR工作在开关状态,即工作在截止区或饱和区。在开关过程中,即在截止区和饱和区之间过渡时,一般要经过放大区。
 
 
动态特性:
开通过程需要经过延迟时间td和上升时间tr,二者之和为开通时间ton。增大基极驱动电流ib的幅值并增大dib/dt,可以缩短延迟时间,同时也可以缩短上升时间,从而加快开通过程。
 
关断过程需要经过储存时间ts和下降时间tf,二者之和为关断时间toff。减小导通时的饱和深度以减小储存的载流子,或者增大基极抽取负电流Ib2的幅值和负偏压,可以缩短储存时间,从而加快关断速度。
 
GTR的开关时间在几微秒以内,比晶闸管和GTO都短很多。
 
⑤GTR的主要参数
电流放大倍数b、直流电流增益hFE、集电极与发射极间漏电流Iceo、集电极和发射极间饱和压降Uces、开通时间ton和关断时间toff。
 
最高工作电压,GTR上所加的电压超过规定值时,就会发生击穿。击穿电压不仅和晶体管本身的特性有关,还与外电路的接法有关。
 
发射极开路时集电极和基极间的反向击穿电压BUcbo
 
基极开路时集电极和发射极间的击穿电压BUceo
 
发射极与基极间用电阻联接或短路联接时集电极和发射极间的击穿电压BUcer和BUces
 
发射结反向偏置时集电极和发射极间的击穿电压BUcex 
 
且存在以下关系:
 
实际使用GTR时,为了确保安全,最高工作电压要比BUceo低得多。
 
集电极最大允许电流IcM:规定直流电流放大系数hFE下降到规定的1/2~1/3时所对应的Ic。实际使用时要留有较大裕量,只能用到IcM的一半或稍多一点。 
 
集电极最大耗散功率PcM:指在最高工作温度下允许的耗散功率。产品说明书中在给出PcM时总是同时给出壳温TC,间接表示了最高工作温度。 
 
⑥GTR的二次击穿现象与安全工作区 
当GTR的集电极电压升高至击穿电压时,集电极电流迅速增大,这种首先出现的击穿是雪崩击穿,被称为一次击穿。
 
发现一次击穿发生时如不有效地限制电流,Ic增大到某个临界点时会突然急剧上升,同时伴随着电压的陡然下降,这种现象称为二次击穿。
 
出现一次击穿后,GTR一般不会损坏,二次击穿常常立即导致器件的永久损坏,或者工作特性明显衰变,因而对GTR危害极大。
 
安全工作区(Safe Operating Area——SOA):将不同基极电流下二次击穿的临界点 连接起来,就构成了二次击穿临界线。GTR工作时不仅不能超过最高电压UceM,集电极最大电流IcM和最大耗散功率PcM,也不能超过二次击穿临界线。
 
回复

举报

qwe044 2019-7-11 07:53:11
送上6个赞,赞赞赞赞赞~~~~~
回复

举报

xyz628 2019-7-11 08:11:38
龙神加油哦,哈哈
回复

举报

大洼球王 2019-7-11 08:24:12
电力场效应晶体管
①分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),简称电力MOSFET(Power MOSFET)。
②电力MOSFET是用栅极电压来控制漏极电流的,它的特点有:
ⅰ、驱动电路简单,需要的驱动功率小。
ⅱ、开关速度快,工作频率高。
ⅲ、热稳定性优于GTR。
ⅳ、电流容量小,耐压低,多用于功率不超过10kW的电力电子装置。 
③电力MOSFET的结构和工作原理
ⅰ、电力MOSFET的种类
按导电沟道可分为P沟道和N沟道。
当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道的称为耗尽型。
对于N(P)沟道器件,栅极电压大于(小于)零时才存在导电沟道的称为增强型。
在电力MOSFET中,主要是N沟道增强型。
ⅱ、电力MOSFET的结构
是单极型晶体管(只有一种载流子参与导电)。结构上与小功率MOS管有较大区别,小功率MOS管是横向导电器件,而目前电力MOSFET大都采用了垂直导电结构,所以又称为VMOSFET(Vertical MOSFET),这大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。 
按垂直导电结构的差异,分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET(Vertical V-groove MOSFET)和具有垂直导电双扩散MOS结构的DMOSFET(Vertical Double-diffused MOSFET)。
电力MOSFET也是多元集成结构。
ⅲ、电力MOSFET的工作原理
截止:当漏源极间接正电压,栅极和源极间电压为零时,P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏,漏源极之间无电流流过。
导通:在栅极和源极之间加一正电压UGS,正电压会将其下面P区中的空穴推开,而P区中的少子——电子吸引到栅极下面的P区表面。当UGS大于某一电压值UT时,使P型半导体反型成N型半导体,该反型层形成N沟道而使PN结J1消失,漏极和源极导电。
UT称为开启电压(或阈值电压),UGS超过UT越多,导电能力越强,漏极电流ID越大。
ⅳ、电力MOSFET的基本特性
静态特性——转移特性:
指漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系,反映了输入电压和输出电流的关系 。
ID较大时,ID与UGS的关系近似线性,曲线的斜率被定义为MOSFET的跨导Gfs,即:
  
电力MOSFET是电压控制型器件,其输入阻抗极高,输入电流非常小。
静态特性——输出特性:
是MOSFET的漏极伏安特性。
截止区(对应于GTR的截止区)、饱和区(对应于GTR的放大区)、非饱和区(对应于GTR的饱和区)三个区域,饱和是指漏源电压增加时漏极电流不再增加,非饱和是指漏源电压增加时漏极电流相应增加。
工作在开关状态,即在截止区和非饱和区之间来回转换。
本身结构所致,漏极和源极之间形成了一个与MOSFET反向并联的寄生二极管。
通态电阻具有正温度系数,对器件并联时的均流有利。
 
动态特性:
开通过程,开通延迟时间td(on) 、电流上升时间tr 、电压下降时间tfv 、开通时间ton= td(on)+tr+ tfv 
关断过程,关断延迟时间td(off) 、电压上升时间trv 、电流下降时间tfi 、关断时间toff = td(off) +trv+tfi 
MOSFET的开关速度和其输入电容的充放电有很大关系,可以降低栅极驱动电路的内阻Rs,从而减小栅极回路的充放电时间常数,加快开关速度。
 不存在少子储存效应,因而其关断过程是非常迅速的。开关时间在10~100ns之间,其工作频率可达100kHz以上,是主要电力电子器件中最高的。在开关过程中需要对输入电容充放电,仍需要一定的驱动功率,开关频率越高,所需要的驱动功率越大。 
④电力MOSFET的主要参数
跨导Gfs、开启电压UT以及开关过程中的各时间参数。
漏极电压UDS:标称电力MOSFET电压定额的参数。
漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM:标称电力MOSFET电流定额的参数。
栅源电压UGS:栅源之间的绝缘层很薄,?UGS?>20V将导致绝缘层击穿。
极间电容:CGS、CGD和CDS。
漏源间的耐压、漏极最大允许电流和最大耗散功率决定了电力MOSFET的安全工作区。
回复

举报

fywyesfw 2019-7-11 08:32:09
赞!!!!!!!!
回复

举报

abc1763613206 2019-7-11 08:43:54
绝缘栅双极晶体管
①   GTR和GTO是双极型电流驱动器件,由于具有电导调制效应,其通流能力很强,但开关速度较低,所需驱动功率大,驱动电路复杂。而电力MOSFET是单极型电压驱动器件,开关速度快,输入阻抗高,热稳定性好,所需驱动功率小而且驱动电路简单。绝缘栅双极晶体管(Insulated-gateBipolar Transistor——IGBT或IGT)综合了GTR和MOSFET的优点,因而具有良好的特性。
 
②   IGBT的结构和工作原理
ⅰ、IGBT的结构
是三端器件,具有栅极G、集电极C和发射极E。
 
由N沟道VDMOSFET与双极型晶体管组合而成的IGBT,比VDMOSFET多一层P+注入区,实现对漂移区电导率进行调制,使得IGBT具有很强的通流能力。
 
简化等效电路表明,IGBT是用GTR与MOSFET组成的达林顿结构,相当于一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。



ⅱ、IGBT的工作原理
IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同,是一种场控器件。
 
其开通和关断是由栅极和发射极间的电压UGE决定的。当UGE为正且大于开启电压UGE(th)时,MOSFET内形成沟道,并为晶体管提供基极电流进而使IGBT导通。当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时,MOSFET内的沟道消失,晶体管的基极电流被切断,使得IGBT关断。
 
电导调制效应使得电阻RN减小,这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。
 
③   IGBT的基本特性
ⅰ、静态特性——转移特性
描述的是集电极电流 IC与栅射电压UGE之间的关系。开启电压UGE(th)是IGBT能实现电导调制而导通的最低栅射电压,随温度升高而略有下降。

ⅱ、静态特性——输出特性
描述的是以栅射电压为参考变量时,集电极电流IC与集射极间电压UCE之间的关系。
 
分为三个区域:正向阻断区、有源区和饱和区。当UCE<0时,IGBT为反向阻断工作状态。在电力电子电路中,IGBT工作在开关状态,因而是在正向阻断区和饱和区之间来回转换。
 
ⅲ、动态特性
开通过程,开通延迟时间td(on) 、电流上升时间tr、电压下降时间tfv、开通时间ton= td(on)+tr+ tfv,tfv分为tfv1和tfv2两段。 
 
关断过程,关断延迟时间td(off)、电压上升时间trv、电流下降时间tfi、关断时间toff = td(off)+trv+tfi,tfi分为tfi1和tfi2两段。
 
引入了少子储存现象,因而IGBT的开关速度要低于电力MOSFET。


④   IGBT的特性和参数特点可以总结如下:
ⅰ、开关速度高,开关损耗小。
 
ⅱ、在相同电压和电流定额的情况下,IGBT的安全工作区比GTR大,而且具有耐脉冲电流冲击的能力。
 
ⅲ、通态压降比VDMOSFET低,特别是在电流较大的区域。
 
ⅳ、输入阻抗高,其输入特性与电力MOSFET类似。
 
ⅴ、与电力MOSFET和GTR相比,IGBT的耐压和通流能力还可以进一步提高,同时保持开关频率高的特点。
 
⑤   IGBT的擎住效应和安全工作区
ⅰ、IGBT的擎住效应
在IGBT内部寄生着一个N-PN+晶体管和作为主开关器件的P+N-P晶体管组成的寄生晶闸管。其中NPN晶体管的基极与发射极之间存在体区短路电阻,P形体区的横向空穴电流会在该电阻上产生压降,相当于对J3结施加一个正向偏压,一旦J3开通,栅极就会失去对集电极电流的控制作用,电流失控,这种现象称为擎住效应或自锁效应。
 
引发擎住效应的原因,可能是集电极电流过大(静态擎住效应),dUCE/dt过大(动态擎住效应),或温度升高。
 
动态擎住效应比静态擎住效应所允许的集电极电流还要小,因此所允许的最大集电极电流实际上是根据动态擎住效应而确定的。
 
ⅱ、IGBT的安全工作区
正向偏置安全工作区(Forward Biased Safe Operating Area——FBSOA):根据最大集电极电流、最大集射极间电压和最大集电极功耗确定。
 
反向偏置安全工作区(Reverse Biased Safe Operating Area——RBSOA):根据最大集电极电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率dUCE/dt。
回复

举报

link_jin 2019-7-11 09:03:23
功率二极管特性在simulink下的仿真
diode.mdl (35.05 KB )
回复

举报

只有小组成员才能发言,加入小组>>

123下一页

67个成员聚集在这个小组

加入小组

创建小组步骤

关闭

站长推荐 上一条 /10 下一条

快速回复 返回顶部 返回列表