電力電子技術知識點講義——電力電子器件

電力電子技術知識點講義——電力電子器件

電力電子器件與主電路的關係

(1)主電路:指能夠直接承擔電能變換或控制任務的電路。

(2)電力電子器件:指應用於主電路中,能夠實現電能變換或控制的電子器件。

電力電子器件一般都工作於開關狀態,以減小本身損耗。

電力電子系統基本組成與工作原理

(1)一般由主電路、控制電路、檢測電路、驅動電路、保護電路等組成。

(2)檢測主電路中的信號並送入控制電路,根據這些信號並按照系統工作要求形成電力電子器件的工作信號。

(3)控制信號通過驅動電路去控制主電路中電力電子器件的導通或關斷。

(4)同時,在主電路和控制電路中附加一些保護電路,以保證系統正常可靠運行。

電力電子技術知識點講義——電力電子器件

電力電子器件的分類

根據控制信號所控制的程度分類

(1)半控型器件:通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷的電力電子器件。如SCR晶閘管。

(2)全控型器件:通過控制信號既可以控制其導通,又可以控制其關斷的電力電子器件。如GTO、GTR、MOSFET和IGBT。

(3)不可控器件:不能用控制信號來控制其通斷的電力電子器件。如電力二極管。

根據驅動信號的性質分類

(1)電流型器件:通過從控制端注入或抽出電流的方式來實現導通或關斷的電力電子器件。如SCR、GTO、GTR。

(2)電壓型器件:通過在控制端和公共端之間施加一定電壓信號的方式來實現導通或關斷的電力電子器件。如MOSFET、IGBT。

根據器件內部載流子參與導電的情況分類

(1)單極型器件:內部由一種載流子參與導電的器件。如MOSFET。

(2)雙極型器件:由電子和空穴兩種載流子參數導電的器件。如SCR、GTO、GTR。

(3)複合型器件:有單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。如IGBT。

半控型器件—晶閘管SCR

晶閘管的結構與工作原理

電力電子技術知識點講義——電力電子器件

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將器件N1、P2半導體取傾斜截面,則晶閘管變成V1-PNP和V2-NPN兩個晶體管。

晶閘管的導通工作原理

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晶閘管的關斷工作原理

滿足下麵條件,晶閘管才能關斷:

(1)去掉AK間正向電壓;

(2)AK間加反向電壓;

(3)設法使流過晶閘管的電流降低到接近於零的某一數值以下。

晶閘管正常工作時的靜態特性

(1)當晶閘管承受反向電壓時,不論門極是否有觸發電流,晶閘管都不會導通。

(2)當晶閘管承受正向電壓時,僅在門極有觸發電流的情況下晶閘管才能導通。

(3)晶閘管一旦導通,門極就失去控制作用,不論門極觸發電流是否還存在,晶閘管都保持導通。

(4)若要使已導通的晶閘管關斷,只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近於零的某一數值以下。

GTO的結構

(1)GTO與普通晶閘管的相同點:是PNPN四層半導體結構,外部引出陽極、陰極和門極。

(2)GTO與普通晶閘管的不同點:GTO是一種多元的功率集成器件,其內部包含數十個甚至數百個供陽極的小GTO元,這些GTO元的陰極和門極在器件內部並聯在一起,正是這種特殊結構才能實現門極關斷作用。

GTO的靜態特性

(1)當GTO承受反向電壓時,不論門極是否有觸發電流,晶閘管都不會導通。

(2)當GTO承受正向電壓時,僅在門極有觸發電流的情況下晶閘管才能導通。

(3)GTO導通後,若門極施加反向驅動電流,則GTO關斷,也即可以通過門極電流控制GTO導通和關斷。

(4)通過AK間施加反向電壓同樣可以保證GTO關斷。

電力場效應晶體管MOSFET

(1)電力MOSFET是用柵極電壓來控制漏極電流的,因此它是電壓型器件。

(3)當Ugs大於某一電壓值Ut時,柵極下P區表面的電子濃度將超過空穴濃度,從而使P型半導體反型成N型半導體,形成反型層。

絕緣柵雙極晶體管IGBT

(1)GTR和GTO是雙極型電流驅動器件,其優點是通流能力強,耐壓及耐電流等級高,但不足是開關速度低,所需驅動功率大,驅動電路複雜。

(2)電力MOSFET是單極型電壓驅動器件,其優點是開關速度快、所需驅動功率小,驅動電路簡單。

(3)複合型器件:將上述兩者器件相互取長補短結合而成,綜合兩者優點。

(4)絕緣柵雙極晶體管IGBT是一種複合型器件,由GTR和MOSFET兩個器件複合而成,具有GTR和MOSFET兩者的優點,具有良好的特性。

IGBT的結構和工作原理

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(1)IGBT是三端器件,具有柵極G、集電極C和發射極E。

(2)IGBT由MOSFET和GTR組合而成。


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