电力电子复习资料

2020-04-14 06:00

1、电导调制效应——当PN结上流过的正向电流较大时,注入并积累在低掺杂N区的

少子空穴浓度将很大。为了维持半导体的中性条件,其多子浓度(即电子浓度)也相应大幅度增加,使得其电阻率明显下降,也就是电导率大大增加。

电导调制效应使得PN结在正向电流较大时压降仍然很低,约0.7—1V左右。即流过二极管的电流增大时,其内阻由于电导调制效应,反而减小,从而维持端电压基本不变。 当PN 结外加反向电压时外加电场与PN结自建电场方向相同,使少子的漂移运动大于多子的扩散运动,形成漂移电流,但由于少子的浓度很低,故反向电流很小,一般只为微安数量级。故反向偏置时,PN结呈现高阻态,几乎无电流流过,称为截止状态。

2、普通二极管,又称整流二极管(Rectifier Diode)如: IN4007 IN5408

(1)多用于开关频率不高(1kHz以下)的整流电路中 (2)其反向恢复时间较长,一般在以上,这在开关频率不高时并不重要。 (3)正向电流定额和反向电压定额可以达到很高,分别可达数千安和数千伏以上。

快恢复二极管(Fast Recovery Diode——FRD)

(1)恢复过程很短特别是反向恢复过程很短(以下)的二极管,也简称快速二极管。 如:FR107 MUR840

(2)工艺上多采用了掺金措施 (3)有的采用PN结型结构 (4)有的采用改进的PiN结构

采用外延型PiN结构的的快恢复外延二极管,其反向恢复时间更短(可低于50ns),正向压降也很低(0.9V左右),但其反向耐压多在1200V以下。 如HFA25TB60

从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长,后者则在100ns以下,甚至达到20~30ns。

肖特基二极管

a.肖特基二极管的弱点

(1)当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

(2)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

b.肖特基二极管的优点

(1)反向恢复时间很短(10~40ns)

(2)正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲

(3)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 (4)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 如:IPS59SB20 40V/0.5A IPS74SB23 40V/1A PBYL1025 25V/10A 1N5819 40V/1A

3、P15晶闸管的特性是:在低发射极电流下? 很小,当发射极电流建立起来之后,

? 迅速增大。

阻断状态:IG=0,?1+?2很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。

开通(门极触发):注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致?1+?2趋近于1,

流过晶闸管的电流IA(阳极电流)趋近于无穷大,实现饱和导通。IA实际由外电路决定。

静态特性

晶闸管正常工作时的特性如下:

(1)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。 (2)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开通。 (3)晶闸管一旦导通,门极就失去控制作用。

(4)要使晶闸管关断,只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下 。

正向阻断状态:

Uak加正压,门极电流为零时,J2结反向偏置,承受电压(Uak ),器件不导通。

如果门极电流为零,且阳极电压Uak上升速度较小,在最大转折电压以下时晶闸管处于正向阻断状态。当Uak达到相应转折电压时,使J2结击穿,晶闸管进入导通状态。这种击穿具有破坏性。

随着门极电流的增大,正向电压减小,最后在IG处,器件相当于二极管导通特性。压降为1V。

2) 反向阻断状态

当Uak为负电压时同J1,J3结反向偏置,主要由J1结承受反压,器件不导通。当Uak超过反向击穿。 3) 触发导通

如果晶闸管阳极电压Uak为正值,且注入足够的门极电流,从而使器件进入饱和导通,称为晶闸管的触发导通。

(4)关断

维持电流IH:是指晶闸管稳定导通之后,逐渐减小通过器件的阳极电流IA,仍能维持住导通状态不变的最小阳极电流。维持电流大小为接近于零。当IA减小到IH以下时,晶闸管就维持不住导通,而进入阻断状态。 在导通期间,如果要求器件返回到正阻断状态必须使门极电流为零,且将阳极电流降低到一个称为维持电流的临界极限值以下,并保持一段时间。称为自然关断。

也可以通过加一反向电压,即Uak <0, 并保持一段时间使其关断,称为强迫关断。在实际电路中是采用阳极电压反向,减小阳极电压或增大电路阻抗等方式,使阳极电流小于维持电流,晶闸管关断。 动态特性

(1)开通过程:

延迟时间td:门极电流阶跃时刻开始,到阳极电流上升到稳态值的10%的时间。 上升时间tr:阳极电流从10%上升到稳态值的90%的时间。 开通时间tgt: tgt=td+ tr

普通晶闸管延迟时间为0.5-1.5us,上升时间为0.5-3.0uS。 延迟时间随门极电流的增大而减小。

和阳极电压的大小有关。提高阳极电压可以增大晶体管T2的电流增益。加速正反馈、缩短开通时间。

还受到外电路电感的严重影响。

4、IGBT(绝缘栅双极晶体管) GTR(电力晶体管) SCR MOSFET(场效应

管)器件各自优缺点,速度,全控,半控,电流,电压,载流子 项目名称 控制类型 自关断性 工作频率 驱动功率 开关损耗 导通损耗 电压电流等级 SCR 脉冲触发 换向关断 <1khz GTR 电流控制 自关断器件 <30khz 大 大 小 大 电子整流器 较低 有 MOS 电压控制 自关断器件 20khz-Mhz 小 小 大 最小 开关电源 处于中间 无 IGBT 电压控制 自关断器件 <40khz 小 大 小 较大 UPS变频器 最贵 有 用于UPS和变换器 P23

大 大 小 最大 典型应用场合 中频感应加热 价格 电导调制效应 其他请见书本P23—P31

最低 有 用于电子镇流器 用于开关电源

GTR:

静态特性:截止区 有源区 饱和区 失控区

GTR为电流驱动型器件,驱动功率较大,但饱和压降较小,一般应用在30-40khz以下工作频率范围内。GTR器件具有电导调制效应,GTR的开关时间在几微秒以内

MOSFET: 特点——用栅极电压来控制漏极电流

驱动电路简单,需要的驱动功率小。 开关速度快,工作频率高。 热稳定性优于GTR。

电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置 。

IGBT:IGBT特性和参数特点

1. IGBT开关速度高,损耗小。

2. 在相同电压和电流定额下,IGBT安全工作区比GTR大 3. IGBT通态压降比MOS低 4. IGBT输入阻抗高

5. 与MOSFET和GTR相比,IGBT的耐压和耐流能力可进一步提高, ,同时保持开

关频率高的特点

5、正向平均电流定义,电流有效值、平均值、波形系数

正向平均电流IF(AV)

额定电流——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

正向平均电流是按照电流的发热效应来定义,因此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。

当用在频率较高的场合时,开关损耗造成的发热往往不能忽略

当采用反向漏电流较大的电力二极管时,其断态损耗造成的发热效应也不小 电流有效值:将一直流电与一交流电分别通过相同阻值的电阻,如果相同时间内两电流通过电阻产生的热量相同,就说这一直流电的电流值是这一交流电的有效值。 ?平均电流:某一时间内,电流的平均大小 波形系数=电流有效值/电流平均值 例1.

设流过电力二级管的电流波形如图1-1所示,其最大值为Im,试求各流形的电流平均值Id,有效值I和波形系数KF? Im1????I=Isintd(t)?md 2?22?

Im1?2 I=???(Isint)d(t)?m?2222

波形系数K=I/Id=2.22F 100A的二级管所能送出的平均电流??ID=157?70.7AKFa

6、SCR/GTR驱动电路分析,电路各部分的作用,缓冲电路的功能、原理和作用P35

图1-31是一种典型的GTR基极驱动电路。图中VD2和VD3构成贝克钳位电路,可使GTR处于临界饱和导通。图中C2为开通加速电容。 电路分析:

A端高电平——>光耦通电流——>V2导通——>V3截止——>V4通——>V5通,V6截止——>通过C2,R5在GTR基极加入脉冲电流

A端低电平——>光耦不通——>V2截止——>V3导通——>V4,V5截止——>V6导通——>通过VD4,R5,GTR基极反向抽流,加速GTR截止

缓冲电路又称吸收电路。其作用是抑制电力电子器件的内因过电压、du/dt电压上升率、di/dt电流上升率,减小器件的开关损耗

缓冲电路可分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。

A. 关断缓冲电路又称du/dt抑制电路,用于吸收器件的关断电压和换相过电压,抑制du/dt


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