电力电子习题1 - 图文(7)

2020-05-07 09:08

291.除前所述,还有哪些新型的电力电子器件?

答:电力电子技术的核心是电力电子器件。近十几年来,随着微电子技术、计算机技术的发展,不断涌现出新型的电力电子器件,从而使电力电子技术进入了一个新的时代。有专家预言,大功率集成电路的不断完善,将使电子学步入第二次革命的前沿。现将主要的新型电力电子器件简介如下:

(1)MOS控制晶闸管(MCT) MCT(MOS ControlledThyristor)是将MOSFET与晶闸管组合而成的复合器件。它具有MOSDET的高输入阻抗、低驱动功率、开关速度快和晶闸管的高电压、大电流、低导通压降的优点,也是Bi-MOS器件的一种。一个MCT器件由数以万计的MCT元组成,每个元都是由一个PNPN晶闸管、一个控制该晶闸管导通的MOSFET和一个控制该晶闸管关断的MOSFET组成。

(2)静电感应晶体管(SIT) SIT(Static InductionTransistor)是一种结型场效应晶体管,它是一种多子导电的器件,其工作频率和电力MOSFET相当,而功率容量比电力MOSFET要大,因而适合于高频、大功率场合,例如雷达通信设备和高频感应加热等。

(3)静电感应晶闸管(SITH) SITH(Static InductionThyristor)是在SIT的漏极层上附加一层与漏极层导电类型不同的发射极层而得到的,其工作原理与SIT类似,因而又叫场控晶闸管(FCT)。由于比SIT多了一个具有少子注入功能的PN结,因此SITH是两种载流子导电的双极型器件,具有电导调制效应,通态压降低、通流能力强,很多特性与GTO晶闸管相似,但开关速度比GTO晶闸管高。

(4)集成门极换流晶闸管(IGCT) IGCT(IntegratedGate-Commutated Thyristor)有时也叫GCT,即门极换流晶闸管。它将IGBT与GTO晶闸管的优点结合起来,容量和GTO晶闸管相当,开关速度比GTO晶闸管快一个数量级,且省去应用GTO晶闸管时复杂而庞大的缓冲电路,但所需驱动功率仍很大。

(5)功率模块与功率集成电路将多个相同的电力电子器件或多个相瓦配合使用不同的电力电子器件封装在一个模块中,可减小装置体积、降低成本、提高可靠性,更突出的是,当电路工作频率较高时,可大大减小线路电感量,可简化对保护电路和缓冲电路的要求。这种模块叫做功率模块(Power Module),或按照主要器件命名,例如IGBT模块等。

将电力电子器件与逻辑、保护、控制、检测、传感等功能单元制作在同一芯片上,则叫做功率集成电路(Power IntegratedCircuit——PIC)。与之类似的还有许多各自有所侧重的名称,例如高压集成电路(HVIC)、智能功率集成电路(SPIC)等,而智能功率模块(IPM)则专指IGBT及其辅助器件与其保护电路、驱动电路的单片集成,也称为智能IGBT。

292.什么是电力电子器件的驱动电路?

答:电力电子器件的驱动电路是主电路与控制电路之间的接口,它对设备的性能有很大的影响。驱动电路性能良好,可使器件工作在较理想的开关状态,缩短开关时间、减小开关损耗,对设备的运行效率、安全性和可靠性都有重要意义。

293.驱动电路的主要任务是什么?

答:驱动电路的主要任务是将信息电子电路传来的信号按照控制目标的要求,转换成使电力电子器件开通或关断的信号。此信号加在器件的控制端和公共端之间,对半控型器件只需要提供开通信号,例如晶闸管,品闸管的驱动电路常称之为触发电路(以后将单独讨论);对全控型器件需要提供开通与关断信号,例如GTO晶闸管、GTR、电力Mc)SFET和IGBT等,按照信号的性质,可将器件分为电流驱动型和电压驱动型。

294.什么是电流驱动型器件的驱动电路?

答:GTO晶闸管和GTR属于电流驱动型器件。

GTO晶闸管开通控制,要求触发脉冲前沿陡度高、幅值大,在整个导通期间要施加正的门极电流;关断时,需施加负的门极电流,对幅值和陡度要求更高,关断后,还应在门极施加约~5V电压,可提高抗干扰能力。建议GTO晶闸管的门极电压、电流波形如图3-18所示。

GTO晶闸管的驱动电路一般包括开通、关断驱动电路和门极反偏电路三部分。图3-19所示为应用较多典型的直接耦合式GTO晶闸管驱动电路。由高频电源经二极管VD1整流后提供该电路的电源,VDl、C1提供+5V电压,VD2、VD3、C2、C3构成倍压整流电路提供15V电压,VD4、C4提供-15V电压。场效应晶体管VF1开通时,输出正强脉冲,VF2开通时输出正强脉冲的平顶部分;VF2关断、VF3开通,则输出负脉冲;VF3关断后,电阻R3、R4提供门极负偏电压。

GTR开通的基极电流应使管子处于准饱和导通状态而不进入放大区或深饱和区。GTR关断时,施加一定的负基极电流有利于减小关断时间和关断损耗,关断后,在基一射极之间施加约6V左右的负偏电压,以提高抗干扰能力。理想的GTR基极电流波形如图3-20所示。

295.什么是电压驱动型器件的驱动电路?

答:电力MOSFET和IGBT属于电压驱动型器件。电力MOSFET的栅一源极之间、IGBT的栅一射极之间都有数千pF左右的极间电容,为快速建立驱动电压,要求驱动电路输出电阻要小。使电力MOSFET开通的栅一源极驱动电压一般为10~15v.使IGBT开通的栅一射极驱动电压为15~20V。关断时,也要施加负驱动电压(通常取-5~-15V),有利于减小关断时间和关断损耗。另外.在栅极串人数十欧左右的电阻可以减小寄生振荡。

图3-21给出了电力MOSFET的驱动电路,电路包括电气隔离和晶体管放大两部分。当无输入信号输入时,放大器A输出负电平,VT3导通输出负驱动电压;有输入信号时,A输出正电平,VT2导通输出正驱动电压。专为驱动电力MOSFFT而设汁的是三菱公司生产的M57918L混合集成电路,其输入信号电流幅值为16mA,输出驱动电压为+15V、-10V,输出最大脉冲电流为+2A、-3A。

IGBT多采用专用的混合集成电路。常用的有三菱公司的M579系列、富士公司的EXB系列。图3-22给出了M57962L的原理图和接线图,输出的正负驱动电压约为+15v、-10V。

296.可控整流电路有哪些形式?

答:常用的可控整流电路有单相和多相等形式。

(1)单相主要有单相半波、单相全波(又叫双半波)、单相桥式(又分单相全控桥和单相半控桥两种形式)。

(2)三相主要有三相半波(又叫三相零式)、三相桥式(又分三相全控桥和三相半控桥两种形式)、带平衡电抗器的双反星形。

上述各电路的主电路和参数如图3-23和表3-3所示。

297.哪些地方使用可控整流电路?

答:可控整流电路可以把交流电压变换成固定或可调的直流电压,凡是需要此类直流电源的地方,都能使用可控整流电路。例如轧机、龙门刨床、龙门铣床、


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