电力电子器件教学课件PPT
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电力电子器件ppt课件
■ SIT + GTO ■又称为场控晶闸管（Field Controlled Thyristor——FCT） ■与GTO类似，开关速度比GTO高得多，是大容量的快速器件 ■驱动功率仍然很大 ■电流关断增益较小，应用范围还有待拓展
MOS控制晶闸管MCT
■ MOSFET + 晶闸管 ■ MCT（MOS Controlled Thyristor） ■结合MOSFET的高输入阻抗、低驱动功率、快速开关和晶闸管
☞ 关断过程没有没有少子存储效应 ☞ 常闭型、电压驱动型、驱动功率小
静电感应晶体管SIT
■ 结型场效应晶体管 ■ 多子导电，工作频率与MOSFET相当，功率容量比MOSFET
大，适用于高频大功率场合 ■ 不加栅极驱动时，SIT导通，加负偏压时关断，使用不方便 ■ 通态电阻大，还未得到广泛应用
集成门极换流晶闸管IGCT
■基本概念 ◆ 20世纪80年代，多个器件封装在一个模块成为趋势 ◆可缩小装置体积，降低成本，提高可靠性 ◆大大减小线路电感，简化对保护和缓冲电路的要求 ◆将器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自诊断等信 息电子电路制作在同一芯片上，称为功率集成电路 （Power Integrated Circuit——PIC）
电力电子器件分类“树”
电力电子器件分类之一（载流子参与导电的情况） 单极型：电力MOSFET 双极型：电力二极管、晶闸管、GTO、GTR 复合型：IGBT
电力电子器件分类之二 （驱动控制的情况） 电压驱动型：单极型器件和复合型器件 特点：输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单， 工作频率高。 电流驱动型：双极型器件 特点：具有电导调制效应，因而通态压降低，导通损耗小， 但工作频率较低，所需驱动功率大,驱动电路较复杂
MOS控制晶闸管MCT
■ MOSFET + 晶闸管 ■ MCT（MOS Controlled Thyristor） ■结合MOSFET的高输入阻抗、低驱动功率、快速开关和晶闸管
☞ 关断过程没有没有少子存储效应 ☞ 常闭型、电压驱动型、驱动功率小
静电感应晶体管SIT
■ 结型场效应晶体管 ■ 多子导电，工作频率与MOSFET相当，功率容量比MOSFET
大，适用于高频大功率场合 ■ 不加栅极驱动时，SIT导通，加负偏压时关断，使用不方便 ■ 通态电阻大，还未得到广泛应用
集成门极换流晶闸管IGCT
■基本概念 ◆ 20世纪80年代，多个器件封装在一个模块成为趋势 ◆可缩小装置体积，降低成本，提高可靠性 ◆大大减小线路电感，简化对保护和缓冲电路的要求 ◆将器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自诊断等信 息电子电路制作在同一芯片上，称为功率集成电路 （Power Integrated Circuit——PIC）
电力电子器件分类“树”
电力电子器件分类之一（载流子参与导电的情况） 单极型：电力MOSFET 双极型：电力二极管、晶闸管、GTO、GTR 复合型：IGBT
电力电子器件分类之二 （驱动控制的情况） 电压驱动型：单极型器件和复合型器件 特点：输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单， 工作频率高。 电流驱动型：双极型器件 特点：具有电导调制效应，因而通态压降低，导通损耗小， 但工作频率较低，所需驱动功率大,驱动电路较复杂
电力电子器件课件2
UBO——正向转折电压
曲线族。Ig＝0时，逐渐增大阳极电压Ua， 只有很小的正向漏电流，晶闸管正向阻断； 随着阳极电压的增大，当达到正向转折电压 UBO时，漏电流突然剧增，晶闸管由正向阻断突
变为正向导通状态。这种在Ig＝0时，依靠增大 阳极电压而强迫晶闸管导通的方式称为“硬开
URO——反向击穿电压
通过控制信号既可以控制其导通,又可以控制其关断的 电力电子器件称为全控型器件.常用的有门极可关断晶 闸管,大功率晶体管,功率场效应管,绝缘栅双极型晶体管, 静电感应晶体管及静电感应晶闸管等.
根据器件内部载流子参与导电的种类不同全控型器件又 分为单极型,双极型和复合型.
第3页，共43页。
1.1 普通晶闸管
第16页，共43页。
1.2 全控型电力电子器件
1.2.2 电力晶体管
⑤饱和压降UCES：GTR工 作在深饱和区时，集射 极间的电压值。
⑥共射直流电流增益β： β＝IC/IB表示GTR的电 流放大能力。
⑦动态参数如图2.2.5 开通时间 ton=td+tr 关断时间 toff=ts+tf
第17页，共43页。
第5页，共43页。
1.1 晶闸管
综述：晶闸管的导通条件是 晶闸管的内部结构和等效电路 阳极与阴极之间为正偏和 门极与阴极之间为正偏。 晶闸管导通后，即使撤除 门极驱动信号Ug，也不能使
晶闸管关断，只有设法使阳极
电流Ig减小到维持电流IH以
下，导致内部已建立的正反馈 无法维持，晶闸管才能恢复阻 断能力。门极电压只能触发晶 闸管开通，不能控制它的关断， 故称为半控型器件。
3、GTO有能承受反压和不能承受反 压两种类型，使用时应注意。
常用的GTO驱动电路。
a图中，T导通时，E经过T使GTO触发导 通，同时C被充电，极性左＋右－。当 T关断时，C经L、SCR、GTO阴极、GTO 门极放电，反向电流使GTO关断。
曲线族。Ig＝0时，逐渐增大阳极电压Ua， 只有很小的正向漏电流，晶闸管正向阻断； 随着阳极电压的增大，当达到正向转折电压 UBO时，漏电流突然剧增，晶闸管由正向阻断突
变为正向导通状态。这种在Ig＝0时，依靠增大 阳极电压而强迫晶闸管导通的方式称为“硬开
URO——反向击穿电压
通过控制信号既可以控制其导通,又可以控制其关断的 电力电子器件称为全控型器件.常用的有门极可关断晶 闸管,大功率晶体管,功率场效应管,绝缘栅双极型晶体管, 静电感应晶体管及静电感应晶闸管等.
根据器件内部载流子参与导电的种类不同全控型器件又 分为单极型,双极型和复合型.
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1.1 普通晶闸管
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1.2 全控型电力电子器件
1.2.2 电力晶体管
⑤饱和压降UCES：GTR工 作在深饱和区时，集射 极间的电压值。
⑥共射直流电流增益β： β＝IC/IB表示GTR的电 流放大能力。
⑦动态参数如图2.2.5 开通时间 ton=td+tr 关断时间 toff=ts+tf
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第5页，共43页。
1.1 晶闸管
综述：晶闸管的导通条件是 晶闸管的内部结构和等效电路 阳极与阴极之间为正偏和 门极与阴极之间为正偏。 晶闸管导通后，即使撤除 门极驱动信号Ug，也不能使
晶闸管关断，只有设法使阳极
电流Ig减小到维持电流IH以
下，导致内部已建立的正反馈 无法维持，晶闸管才能恢复阻 断能力。门极电压只能触发晶 闸管开通，不能控制它的关断， 故称为半控型器件。
3、GTO有能承受反压和不能承受反 压两种类型，使用时应注意。
常用的GTO驱动电路。
a图中，T导通时，E经过T使GTO触发导 通，同时C被充电，极性左＋右－。当 T关断时，C经L、SCR、GTO阴极、GTO 门极放电，反向电流使GTO关断。
第二章 电力电子器件PPT课件
或者关断的控制，这类电力电子器件被称为电压控制型电力电子器件或者电 压驱动型电力电子器件。
第4页/共82页
2.1 电力电子器件概述
电力电子器件的使用特点 从使用角度出发，主要可从以下五个方面考察电力电子器件的性能特点。 (1)导通压降。电力电子器件工作在饱和导通状态时仍产生一定的管耗，管耗 与器件导通压降成正比。 (2)运行频率。受到开关损耗和系统控制分辨率的限制，器件的开关时间越短， 器件可运行的频率越高。 (3)器件容量。器件容量包括输出功率、电压及电流等级、功率损耗等参数。 (4)耐冲击能力。这主要是指器件短时间内承受过电流的能力。半控型器件的 耐冲击能力远高于全控型器件。 (5)可靠性。这主要是指器件防止误导通的能力。
不可控型、半控型和全控型器件 双极型、单极型和混合型器件 电流控制型和电压控制型器件
第1页/共82页
2.1 电力电子器件概述
1. 不可控型、半控型和全控型器件
1) 不可控型器件：电力二极管
不可控型器件是指不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。这种
器件只有两个端子，导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决
第5页/共82页
2.1 电力电子器件概述
电力电子器件的现状和发展趋势 目前电力电子器件的种类和发展历史如图2.2所示。电力电子器件的主要
性能指标为电压、电流和工作频率三个参数，通过对这三项参数的比较即可 明白每种器件的应用范围。
图2.2 电力电子器件的种类和发展历史
第6页/共82页
2.1 电力电子器件概述
时在门极施加正向电压。正向阳极电压和正向门极电压两者缺一不可。 (4) 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。晶闸管门极只能控制其导通，
而不能使已导通的晶闸管关断。 (5) 要使晶闸管关断，必须去掉阳极正向电压，或者给阳极加反压，或者
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2.1 电力电子器件概述
电力电子器件的使用特点 从使用角度出发，主要可从以下五个方面考察电力电子器件的性能特点。 (1)导通压降。电力电子器件工作在饱和导通状态时仍产生一定的管耗，管耗 与器件导通压降成正比。 (2)运行频率。受到开关损耗和系统控制分辨率的限制，器件的开关时间越短， 器件可运行的频率越高。 (3)器件容量。器件容量包括输出功率、电压及电流等级、功率损耗等参数。 (4)耐冲击能力。这主要是指器件短时间内承受过电流的能力。半控型器件的 耐冲击能力远高于全控型器件。 (5)可靠性。这主要是指器件防止误导通的能力。
不可控型、半控型和全控型器件 双极型、单极型和混合型器件 电流控制型和电压控制型器件
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2.1 电力电子器件概述
1. 不可控型、半控型和全控型器件
1) 不可控型器件：电力二极管
不可控型器件是指不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。这种
器件只有两个端子，导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决
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2.1 电力电子器件概述
电力电子器件的现状和发展趋势 目前电力电子器件的种类和发展历史如图2.2所示。电力电子器件的主要
性能指标为电压、电流和工作频率三个参数，通过对这三项参数的比较即可 明白每种器件的应用范围。
图2.2 电力电子器件的种类和发展历史
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2.1 电力电子器件概述
时在门极施加正向电压。正向阳极电压和正向门极电压两者缺一不可。 (4) 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。晶闸管门极只能控制其导通，
而不能使已导通的晶闸管关断。 (5) 要使晶闸管关断，必须去掉阳极正向电压，或者给阳极加反压，或者
电力电子技术基础课件：电力电子器件
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2.1 电力电子器件概述
3、电力电子器件的分类
2）按照控制信号的性质分：
电流驱动型：SCR、GTO、GTR； 电压驱动型：MOSFET、IGBT。
3）按照控制信号的信号波形分：
脉冲触发型
电平控制型
4）按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分：
单极型器件
双极型器件
复合型器件 11
思考：晶闸管的出现带来了电气工程领域的哪些变化？
对人类生活社会产生了哪些影响？
24
2.3半控型电力电子器件-晶闸管
1、晶闸管的结构
晶闸管为“三端四层”结构。
“三端”指外部有三个极：阳极A，阴极K，门极G；
“四层”指内部有“四层三个PN结”,即四层半 导体P1、N1、P2、N2形成三个PN结。
不论阳极和阴极间施加什么样的电压，总 有PN结被反向偏置，SCR不会导通。
电路3：阳极与阴极之间经指示灯与负电源相连， 门极接负电源，指示灯不亮；
电路4：阳极与阴极之间经指示灯与负电源相连， 门极接正电源，指示灯不亮。
由电路3和电路4知，当晶闸管阳极和阴 极之间施加负电压时，无论门极施加什么样的 电压，晶闸管不会导通。
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2.3半控型电力电子器件-晶闸管
2、晶闸管的开通与关断条件
电力二极管的主要参数有额定电压、额定电流、结温、管压降等。 1）额定电压
能够反复施加在二极管上，二极管不会被击穿的最高反向 重复峰值电压URRM。
在使用时，额定电压一般取二极管在电路中可能承受的最 高反向电压，并增加一定的安全裕量，如下式：
式中 （2~3）——电压安全裕量；UDM——二极管承受的最大峰值电压。19
那么晶闸管怎么能关断呢？
28
电力电子器件综合概述PPT课件( 83页)
也加正向电压。
关断条件： 阳极电流IA小于维持电流IH
实现方法：1）减小阳极电源电压或增大阳极回路电阻； 2）将阳极电源反向。
16
晶闸管的结构与工作原理
A
A
P1
N1 N1
G
P2 P2
N2
K
IA
PNP
IB1V1 NhomakorabeaG
I
G
I c1I B2
Ic2
R
V
NPN 2
S
E
I
A
E
K
G
K
IG
IB2
IC2 =IB1
IC1
模块型电力晶体管的内部结构既有单管型，也有达林顿复合型， 其容量范围从30A／450V～800A／1400V不等。
在一个模块的内部有一单元结构、二单元结构、四单元结构和 六单元结构。
39
电力晶体管（GTR）
1. GTR的结构和工作原理
模块型电力晶体管的内部结构既有单管型，也有达林顿复合型， 其容量范围从30A／450V～800A／1400V不等。
第1章 电力电子器件
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——电力二极管 1.3 半控型器件——晶闸管 1.4 典型全控型器件 1.5 其他新型电力电子器件 1.6 电力电子器件的驱动 1.7 电力电子器件的保护 1.8 电力电子器件的串联和并联使用
本章小结
1
1.1 电力电子器件概述
1.1.1 电力电子器件的概念和特征 1.1.2 电力电子电路系统组成 1.1.3 电力电子器件的分类
电主电 压电流
路
关断
反应快、可靠性高、寿命长、功率大、价格低，且具 有节能的特点。
9
电力电子器件的分类
关断条件： 阳极电流IA小于维持电流IH
实现方法：1）减小阳极电源电压或增大阳极回路电阻； 2）将阳极电源反向。
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晶闸管的结构与工作原理
A
A
P1
N1 N1
G
P2 P2
N2
K
IA
PNP
IB1V1 NhomakorabeaG
I
G
I c1I B2
Ic2
R
V
NPN 2
S
E
I
A
E
K
G
K
IG
IB2
IC2 =IB1
IC1
模块型电力晶体管的内部结构既有单管型，也有达林顿复合型， 其容量范围从30A／450V～800A／1400V不等。
在一个模块的内部有一单元结构、二单元结构、四单元结构和 六单元结构。
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电力晶体管（GTR）
1. GTR的结构和工作原理
模块型电力晶体管的内部结构既有单管型，也有达林顿复合型， 其容量范围从30A／450V～800A／1400V不等。
第1章 电力电子器件
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——电力二极管 1.3 半控型器件——晶闸管 1.4 典型全控型器件 1.5 其他新型电力电子器件 1.6 电力电子器件的驱动 1.7 电力电子器件的保护 1.8 电力电子器件的串联和并联使用
本章小结
1
1.1 电力电子器件概述
1.1.1 电力电子器件的概念和特征 1.1.2 电力电子电路系统组成 1.1.3 电力电子器件的分类
电主电 压电流
路
关断
反应快、可靠性高、寿命长、功率大、价格低，且具 有节能的特点。
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电力电子器件的分类
第2章-电力电子器件 ppt课件
也称混合型器件。
ppt课件
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2.1.4 本章内容和学习要点
■本章内容 ◆按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其 它新型器件的顺序，分别介绍各种电力电子器件的工作 原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的 一些问题。 ■学习要点 ◆最重要的是掌握其基本特性。 ◆掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性 曲线的使用方法。 ◆了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。 ◆了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。
ppt课件
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2.1 电力电子器件概述
2.1.1 电力电子器件的概念和特征 2.1.2 应用电力电子器件的系统组成 2.1.3 电力电子器件的分类 2.1.4 本章内容和学习要点
ppt课件
3/89
2.1.1 电力电子器件的概念和特征
一、电力电子器件的概念 ◆电力电子器件（Power Electronic Device）是 指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的 变换或控制的电子器件。 ☞主电路：在电气设备或电力系统中，直接 承担电能的变换或控制任务的电路。 ☞广义上电力电子器件可分为电真空器件和 半导体器件两类，目前往往专指电力半导体器件。
ppt课件 6/89
2.1.2 电力电子器件应用系统的组成
■电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路、检测
电路、保护电路、和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系 统。
控 制 电 路
检测 电路 保护 电路 驱动 电路
V 1 L V 2 R
主电路
电气隔离
图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
结内漂移运动加剧
施加PN结反 向电压过大 反向电流 急剧增大 破坏PN结反向偏置 为截止的工作状态
ppt课件
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2.1.4 本章内容和学习要点
■本章内容 ◆按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其 它新型器件的顺序，分别介绍各种电力电子器件的工作 原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的 一些问题。 ■学习要点 ◆最重要的是掌握其基本特性。 ◆掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性 曲线的使用方法。 ◆了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。 ◆了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。
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2.1 电力电子器件概述
2.1.1 电力电子器件的概念和特征 2.1.2 应用电力电子器件的系统组成 2.1.3 电力电子器件的分类 2.1.4 本章内容和学习要点
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2.1.1 电力电子器件的概念和特征
一、电力电子器件的概念 ◆电力电子器件（Power Electronic Device）是 指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的 变换或控制的电子器件。 ☞主电路：在电气设备或电力系统中，直接 承担电能的变换或控制任务的电路。 ☞广义上电力电子器件可分为电真空器件和 半导体器件两类，目前往往专指电力半导体器件。
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2.1.2 电力电子器件应用系统的组成
■电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路、检测
电路、保护电路、和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系 统。
控 制 电 路
检测 电路 保护 电路 驱动 电路
V 1 L V 2 R
主电路
电气隔离
图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
结内漂移运动加剧
施加PN结反 向电压过大 反向电流 急剧增大 破坏PN结反向偏置 为截止的工作状态
电力电子技术第四版电力电子器件概述优秀课件
➢ 平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
电力电子技术(第四版)电力电子器件概述
优秀课件
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1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
➢ 常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
电力电子技术(第四版)电力电子器件概述
优秀课件
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1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
✓ 按晶体管的工作原理 ，得：
➢ 肖特基二极管的弱点
• 反向耐压提高时正向压降会提高，多用于200V以下。 • 反向稳态损耗不能忽略，必须严格地限制其工作温度。
➢ 肖特基二极管的优点
• 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。 • 反向耐压较低时其正向压降明显低于快恢复二极管。 • 效率高，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。
I IF
O UTO UF
U
图1-4 电力二极管的伏安特性
电力电子技术(第四版)电力电子器件概述
优秀课件
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1.2.2 电力二极管的基本特性2) 动态特性FFra bibliotekdiF
dt
trr
——二极管的电压-电流特性随时间变 UF
td
tf
化的 ——结电容的存在
tF t0
t1 t2
UR
t
diR
dt
延迟时间：td= t1- t0, 电流下降时间：tf= t2- t1
优秀课件
6
1.1.3 电力电子器件的分类
➢ 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
半控型器件（Thyristor）(半导体闸流管)
——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。 全控型器件（IGBT,MOSFET)
第二章 电力电子器件53751 210页PPT
1、结构 2、工作原理 3、特性 4、参数
2.2 电力二极管
2.2.1 电力二极管及其工作原理 2.2.2 电力二极管的特性与参数
2.2.1 电力二极管及其工作原理
一、电力二极管：
1、电力二极管（Power Diode）也称为半导 体整流器（Semiconductor Rectifier，简称 SR），属不可控电力电子器件，是20世纪最早 获得应用的电力电子器件。
二极管反向恢复过程示意图
（2）开通特性：如图（b）所示
电力二极管由零偏置转换为正向偏置的通态过程。
图2.2.3 电力二极管开关过程中电压、电流波形
电力二极管的正向压降先出现一个过冲UFP，经过一段时间才趋于 接近稳态压降的某个值（如 2V）。这一动态过程时间被称为正向恢复 时间tfr。 电导调制效应起作用需一定的时间来储存大量非平衡少子，达到
扩散电容仅在正向偏置时起作用，多数载流子 运动引起。
在正向偏置时，当正向电压较低时，势垒电容 为主；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，应用时应加以注意。
势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。 当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子 薄层的厚度也相应地随之改变，这相当PN结 中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。 势垒电容的示意图如下。
2.1.1 电力电子器件的 基本模型与特性
一、基本模型：
在对电能的变换和控制过程中，电力电子器件可以抽 象成下图2.1.1所示的理想开关模型，它有三个电极，其中 A和B代表开关的两个主电极，K是控制开关通断的控制极。 它只工作在“通态”和“断态”两种情况，在通态时其电 阻为零，断态时其电阻无穷大。导通、截止两种瞬态。
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IG2> IG1> IG0
UBO UA
_+ 反向特性
正向转折电压
四、主要参数
UDRM: 正向重复峰值电压（晶闸管耐压值） 晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允 许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。
URRM：反向重复峰值电压 控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元 件上的反向峰值电压。
IF：正向平均电流
(2) 晶闸管导通后，其阳极电流的大小（ c ）。 (a) 受控制电流控制 (b) 受控制电压控制 (c) 不受控制极控制，即控制极失去控制作用
(3) 晶闸管导通后，其正向压降约等于（ c ）。 (a) 0 (b) 0.3V (c) 1V左右
(4) 一般晶闸管导通后，要使其阻断，则必须（ b ）。 (a) 去掉控制极的正向电压 (b) 使阳极与阴极之间的正向电压降到零或加反向 电压 (c) 控制极加反向电压
+O
RL –uoUO21ππud(t)
t1
2
t
–
O
t
当u >0时:
在(0 ~ t1)，uG= 0，晶闸管不导通
uo= 0， uT= u
在t1，uG加触发脉冲，晶闸管导通
uo = u，uT≈ 0
当u < 0 时: 晶闸管承受反向电压不导通
uo = 0，uT = u
(3) 工作波形 u
O
uG
t1
2
t2
G IG
+ UG
-
IB1
T1 IC2
12IG
T2 IB2
形成正反馈过程
+ UA
-
No Image
No Image
R
No Image
No Image
K
在极短时间内使两个晶体管均饱和导通，
此过程称触发导通。
2、晶闸管导通原理
A
G IG
+ UG
-
IB1
T1 IC2
12IG
T2 IB2
形成正反馈过程
+ UA
第19章 电力电子器件
19.1 电力电子器件 19.2 可控整流电路 *19.3 逆变电路 *19.4 交流调压电路 *19.5 直流斩波电路
19.1 电力电子器件
19.1.1 电力电子器件的分类
(1)不控器件： 导通和关断无 可控的功能
(2)半控器件： 通过控制信号只 能控制其导通而 不能控制其关断
19.2 可控整流电路
整流电路：将交流电能变换成直流电能的电路。 可控整流电路：将交流电能变换成可调的直流电能。
常见的可控 整流电路
单相可控半波整流 单相可控桥式整流 三相可控桥式整流
19.2.1 可控整流电路
一、单相半波可控整流电路
1、电阻性负载 (1) 电路结构
当u > 0 时：
T
io
+ u
额定正向平均电流(IF) 普通型 （晶闸管类型）
P--普通晶闸管 K--快速晶闸管 S --双向晶闸管 晶闸管
如KP5-7表示额定正向平均电流为5A，额定电压为700V 的晶闸管。
练习：
(1) 晶闸管导通后，若仅使控制极电流消失，则晶 闸管处于（ a ）。 (a) 导通状态 (b) 关断状态 (c) 放大状态
t
uO
0.9U1coαs
2
t
uOT
导通角
t
O
t
控制角
= 180-
(4) 整流输出电压及输出电流的平均值
uG
0.45U1coαs 2
UUo18020V0 0.9 0.9
改变控制角，可改变输出电压Uo 当 = 0时，Uo=0.45U，即为单相半波整流电压。 当 = 180时，Uo=0，晶闸管全关断。
(3)全控器件：通过控制
信号既能控制其导通又
能控制其关断
A
C
A
A
G
B
K D(二极管)
G K
普通晶闸管
K
GTO D
E GTR
C
G S
VDMOS
G
E IGBT
19.1.2 晶闸管
晶闸管，又称可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier），是在晶体管基础上发展起来的一种大功 率半导体器件。
UO0.4U 51c2os
-+
开关S合上，灯亮 这时再断开S，灯仍亮
-
A
K GS
+ -+
无论开关S断开还是合 上，灯都不亮
1、晶闸管的等效电路
A
A
A
IA
P1
P1
P1 N1
N1
N1 N1
P2
T1
G
P2 N2
G
P2 P2
IG
N2
G
N1 P2 T2
IK N2
K
K
K
晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
2、晶闸管导通原理
A
+ uT –
RL
+ uo –
–
若uG= 0，晶闸管不导通
uo= 0， uT= u
控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导通
uo= u， uT = 0 当u < 0 时: 晶闸管承受反向电压不导通
uo = 0，uT = u ，故称可控整流。
(2) 工作原理
UFMURM2U22230V10
T
io
+ u
+ uT –
-
No Image
No Image
R
No Image
No Image
K
晶闸管导通后，去掉UG，依靠管子本身的正反 馈，仍可维持导通状态。
3、晶闸管导通条件：
(1) 晶闸管的阳极和阴极之间加正向电压； (2) 控制极电路加适当的正向电压(一般为正触发
脉冲信号)。 晶闸管导通后，控制极便失去了控制作用。
环境温度为40C及标准散热条件下，晶闸管
可以连续通过的工频正弦维持导 通状态所必须的最小电流。
五、晶闸管的型号和含义
KP
导通时平均电压组别
共九级, 用字母A~I表示0.4~1.2V 额定电压,用百位数或千位数表 示，取UDRM或URRM较小者
输出电压的范围为： 0 <Uo < 0.45U
例1：单相半波可控整流电路，已知交流电压有效值
U=220V，输出电压平均值 UO=90V ，输出电流平均 值IO=45A。计算： (1) 晶闸管的导通角。 (2) 通过晶闸管的平均电流。 (3) 晶闸管承受的最高正向，反向电压。
u 解：(1) 由 ο
可得：
4、晶闸管关断条件：
必须使阳极电流减小到不能维持正反馈过程。
或者将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间 加反向电压。
三、伏安特性
——在不同的IG值的条件下，IA= f (UA)
IA
维持电流
反向转折电压 IH
UBR URRM
O
+_ 正向特性 导通 (导通压降 约1V左右) IG2 IG1 IG0=0
主要用于可控整流、逆变、调压及开关等方面。
螺栓型晶闸管
uG
塑料封装型晶闸管
平板型晶闸管
常用晶闸管的外形图
一、基本结构 晶闸管是具有三个PN结的四层结构。 A 阳极
P N
A 1830.151.944
G
P
G
控制极
N
K
外形
符号
K 阴极
结构图
二、工作原理
A +
GS K -
-+
开关S断开，灯不亮 A
+ K GS
UBO UA
_+ 反向特性
正向转折电压
四、主要参数
UDRM: 正向重复峰值电压（晶闸管耐压值） 晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允 许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。
URRM：反向重复峰值电压 控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元 件上的反向峰值电压。
IF：正向平均电流
(2) 晶闸管导通后，其阳极电流的大小（ c ）。 (a) 受控制电流控制 (b) 受控制电压控制 (c) 不受控制极控制，即控制极失去控制作用
(3) 晶闸管导通后，其正向压降约等于（ c ）。 (a) 0 (b) 0.3V (c) 1V左右
(4) 一般晶闸管导通后，要使其阻断，则必须（ b ）。 (a) 去掉控制极的正向电压 (b) 使阳极与阴极之间的正向电压降到零或加反向 电压 (c) 控制极加反向电压
+O
RL –uoUO21ππud(t)
t1
2
t
–
O
t
当u >0时:
在(0 ~ t1)，uG= 0，晶闸管不导通
uo= 0， uT= u
在t1，uG加触发脉冲，晶闸管导通
uo = u，uT≈ 0
当u < 0 时: 晶闸管承受反向电压不导通
uo = 0，uT = u
(3) 工作波形 u
O
uG
t1
2
t2
G IG
+ UG
-
IB1
T1 IC2
12IG
T2 IB2
形成正反馈过程
+ UA
-
No Image
No Image
R
No Image
No Image
K
在极短时间内使两个晶体管均饱和导通，
此过程称触发导通。
2、晶闸管导通原理
A
G IG
+ UG
-
IB1
T1 IC2
12IG
T2 IB2
形成正反馈过程
+ UA
第19章 电力电子器件
19.1 电力电子器件 19.2 可控整流电路 *19.3 逆变电路 *19.4 交流调压电路 *19.5 直流斩波电路
19.1 电力电子器件
19.1.1 电力电子器件的分类
(1)不控器件： 导通和关断无 可控的功能
(2)半控器件： 通过控制信号只 能控制其导通而 不能控制其关断
19.2 可控整流电路
整流电路：将交流电能变换成直流电能的电路。 可控整流电路：将交流电能变换成可调的直流电能。
常见的可控 整流电路
单相可控半波整流 单相可控桥式整流 三相可控桥式整流
19.2.1 可控整流电路
一、单相半波可控整流电路
1、电阻性负载 (1) 电路结构
当u > 0 时：
T
io
+ u
额定正向平均电流(IF) 普通型 （晶闸管类型）
P--普通晶闸管 K--快速晶闸管 S --双向晶闸管 晶闸管
如KP5-7表示额定正向平均电流为5A，额定电压为700V 的晶闸管。
练习：
(1) 晶闸管导通后，若仅使控制极电流消失，则晶 闸管处于（ a ）。 (a) 导通状态 (b) 关断状态 (c) 放大状态
t
uO
0.9U1coαs
2
t
uOT
导通角
t
O
t
控制角
= 180-
(4) 整流输出电压及输出电流的平均值
uG
0.45U1coαs 2
UUo18020V0 0.9 0.9
改变控制角，可改变输出电压Uo 当 = 0时，Uo=0.45U，即为单相半波整流电压。 当 = 180时，Uo=0，晶闸管全关断。
(3)全控器件：通过控制
信号既能控制其导通又
能控制其关断
A
C
A
A
G
B
K D(二极管)
G K
普通晶闸管
K
GTO D
E GTR
C
G S
VDMOS
G
E IGBT
19.1.2 晶闸管
晶闸管，又称可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier），是在晶体管基础上发展起来的一种大功 率半导体器件。
UO0.4U 51c2os
-+
开关S合上，灯亮 这时再断开S，灯仍亮
-
A
K GS
+ -+
无论开关S断开还是合 上，灯都不亮
1、晶闸管的等效电路
A
A
A
IA
P1
P1
P1 N1
N1
N1 N1
P2
T1
G
P2 N2
G
P2 P2
IG
N2
G
N1 P2 T2
IK N2
K
K
K
晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
2、晶闸管导通原理
A
+ uT –
RL
+ uo –
–
若uG= 0，晶闸管不导通
uo= 0， uT= u
控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导通
uo= u， uT = 0 当u < 0 时: 晶闸管承受反向电压不导通
uo = 0，uT = u ，故称可控整流。
(2) 工作原理
UFMURM2U22230V10
T
io
+ u
+ uT –
-
No Image
No Image
R
No Image
No Image
K
晶闸管导通后，去掉UG，依靠管子本身的正反 馈，仍可维持导通状态。
3、晶闸管导通条件：
(1) 晶闸管的阳极和阴极之间加正向电压； (2) 控制极电路加适当的正向电压(一般为正触发
脉冲信号)。 晶闸管导通后，控制极便失去了控制作用。
环境温度为40C及标准散热条件下，晶闸管
可以连续通过的工频正弦维持导 通状态所必须的最小电流。
五、晶闸管的型号和含义
KP
导通时平均电压组别
共九级, 用字母A~I表示0.4~1.2V 额定电压,用百位数或千位数表 示，取UDRM或URRM较小者
输出电压的范围为： 0 <Uo < 0.45U
例1：单相半波可控整流电路，已知交流电压有效值
U=220V，输出电压平均值 UO=90V ，输出电流平均 值IO=45A。计算： (1) 晶闸管的导通角。 (2) 通过晶闸管的平均电流。 (3) 晶闸管承受的最高正向，反向电压。
u 解：(1) 由 ο
可得：
4、晶闸管关断条件：
必须使阳极电流减小到不能维持正反馈过程。
或者将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间 加反向电压。
三、伏安特性
——在不同的IG值的条件下，IA= f (UA)
IA
维持电流
反向转折电压 IH
UBR URRM
O
+_ 正向特性 导通 (导通压降 约1V左右) IG2 IG1 IG0=0
主要用于可控整流、逆变、调压及开关等方面。
螺栓型晶闸管
uG
塑料封装型晶闸管
平板型晶闸管
常用晶闸管的外形图
一、基本结构 晶闸管是具有三个PN结的四层结构。 A 阳极
P N
A 1830.151.944
G
P
G
控制极
N
K
外形
符号
K 阴极
结构图
二、工作原理
A +
GS K -
-+
开关S断开，灯不亮 A
+ K GS