电力电子器件的串联和并联使用
讲课串联电路和并联电路
R总 R1 R2 R3
R总
R 2R 3
R1R 2R 3 R1R3
R1R 2
由左侧
推论我们可 以得出三个 不同的电阻 并联，总电 阻小于其中 最小的电阻 从而扩充到 若干不同的 电阻并联。
R总 R1
串并联练习题
练习1:如图，测 得R1上的电压为 10V，则R2两端 的电压是多少？
练习1变形:如图， 求两电阻两端的 电压分别是多少？
流电阻，该电流表的内阻为________Ω. 解析：电压表的改装要串联一个电阻 R，则 RV＝Rg＋R＝UIg， 解得 RV＝2 000 Ω，R＝1 600 Ω；电流表的改装要并联一个电阻 R′，则 R′＝II－gRIgg＝0.668 Ω，RA＝RR′′＋RRg g＝0.667 Ω.
答案：串 1 600 2 000 并 0.668 0.667
2.并联电路:
I I1 I2
I I1 I2 U U1 U2
I I1 I2 U UU 11 1 R R1 R2
讨论：多个电阻并联呢？
11 1 1
R R1 R2
Rn
并联电路总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数之和
五、串、并联电路特点
I I1 I2 In
1.串联电路
U U1 U2 Un R R1 R2 Rn
Rx＝UIx额＝06.2 Ω＝30 Ω Px＝IxU 额＝0.2×6 W＝1.2 W.
【答案】 (1)5 Ω 0.8 W (2)30 Ω
1.2 W
返回
变式训练1 如图2－4－6所示电路中有三个电
阻，已知R1∶R2∶R3＝1∶3∶6，则电路工作时， 电压U1∶U2为( )
A．1∶6 C．1∶3 答案：D
R1=20Ω R2=40Ω R1=20Ω R2=40Ω
电力电子技术(第4版)第3讲 电力电子器件
电力电子技术
第1章：
电力电子器件
⑵ GTO的动态特性
iG
开通过程：与普通晶闸管相同 关断过程：与普通晶闸管有所不同 储存时间 t s ，使等效晶体退出饱 和 。 下降时间 t f ，
O t
尾部时间 t —残存载流子复
t
iA IA 90%合。
10%IA 0
电力电子器件
③最大可关断阳极电流 I A T O ——GTO额定电流。 ④ 电流关断增益off ——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电 流最大值IGM 之比称为电流关断增益。
o ff
I ATO I GM
off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。
1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A 。 电力电子技术
A 强 G K O U AK 光强度 弱
a)
b)
因此目前在高压大功率 的场合。
图1-10 光控晶闸管的电气 图形符号和伏安特性
a) 电气图形符号 b) 伏安特性
电力电子技术
第1章：
电力电子器件
1.6
典型全控型器件
1.6.0 引言
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。
第1章：
电力电子器件
1.6.2
术语用法：
电力晶体管
电力晶体管（Giant Transistor——GTR，直译为 巨型晶体管） 。
耐 高 电 压 、 大 电 流 的 双 极 结 型 晶 体 管 （ Bipolar Junction Transistor——BJT），英文有时候也称 为Power BJT。 应用:
电力电子器件概述
5. 反向恢复时间trr 6. 浪涌电流IFSM
1.2.4 主要类型
1. 普通二极管——又称整流二极管 1KHZ以下 数千安和数千伏以上
2. 快恢复二极管 5μs以下 3. 肖特二极管
1.3 半控型器件——晶闸管(SCR)
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
Id
1
2
3
Im
sin td
t
3
4
Im
0.24Im
I
1
2
Im
sin t
2
d
t
0.46Im
3
Kf
I Id
0.46 0.24
1.92
IT ( AV )
100 2
50
Id
1.57 50 1.92
41 A
Im
Id 0.24
41 0.24
171
A
⑵ 维持电流IH 使晶闸管维持通态所必需的最小主电流。 ⑶ 擎住电流IL ⑷ 浪涌电流ITSM
4. 光控晶闸管LTT
⑴又称光触发晶闸 管，是利用一定 波长的光照信号 触发导通的晶闸 管。
⑵光触发保证了主 电路与控制电路 之间的绝缘，且 可避免电磁干扰 的影响。
⑶在高压大功率的 场合占有重要地位。
1.4 典型全控型器件
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。
不可控器件：电力二极管
半控型器件：晶闸管及其派生器件 全控型器件：功率场效应管、绝缘栅双极性晶体管、
门极可关断晶闸管
⑵ 按照控制信号性质可分为： 电流控制型 电压控制型：控制功率小
第1章 电力电子器件概述(第一部分)(2)
1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
1.1.3 电力电子器件的分类 1.1.4 本章内容和学习要点
华东理工大学
1-3
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件
1）概念:
电力电子器件（Power Electronic Device）
——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电 子器件。
主电路（Main Power Circuit）
和控制电 路中附加 一些电路， 以保证电 力电子器 件和整个 系统正常 可靠运行
V1 L R
V2
主电路
电气隔离 图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
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1-7
注重对器件的保护：通常采用吸收（缓冲） 保护电路（ Snubber ）来限制器件的 du/dt 和di/dt，减小由于大电流跃变在引线（寄 生）电感上形成的反电势尖峰，以防器件 过压击穿。 需要驱动与隔离：强、弱电系统之间电气 隔离，不共地，消除相互影响，减小干扰， 提高可靠性。
通态损耗是器件功率损耗的主要成因。 器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损 耗的主要因素。
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1-6
1.1.2 应用电力电子器件系统组成
电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路组成。 在主电路
控 制 控制电路 电 路 检测 电路 保护 电路 驱动 电路
额定电流 —— 在指定的管壳温度和散热条件下， 其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。 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。 在工频正弦半波的情况下：
平均值 IF(AV) 有效值 1.57 IF(AV)
电路中的串联与并联
电路中的串联与并联电路是电子设备中最基本的组成部分之一，而串联与并联则是电路中常见的两种连接方式。
了解串联与并联的原理和应用，对于理解电路工作原理和进行电路设计都非常重要。
本文将详细介绍电路中的串联与并联的概念、特点和应用。
一、串联电路串联电路是指将多个电器或电子元件依次连接在同一电路中，电流通过每个元件都会依次流过。
在串联电路中，电流在各个元件之间是相等的，而电压会分配给不同的元件。
在现实生活中，我们常见的串联电路的例子有家庭电路和电池串联电路。
在家庭电路中，多个电器通过电线依次连接在一起，共享同一个电流。
而电池串联电路中，多节电池按照正负极连接在一起，增加了电压输出。
串联电路的特点是：电流相同，电压分配。
二、并联电路并联电路是指将多个电器或电子元件同时连接在同一电路中，电流分配给各个元件，而电压在各个元件之间是相等的。
在并联电路中，电压在各个元件之间是相等的，而电流会根据元件的阻抗不同而分配。
我们常见的并联电路的例子有家庭电路中的开关并联以及并联电池充电器。
在家庭电路中，多个开关并联连接在一起，可以独立控制不同的电器。
而并联电池充电器则是将多个电池同时进行充电，提高充电效率。
并联电路的特点是：电流分配，电压相同。
三、串联与并联的应用串联与并联在电路中有着广泛的应用。
了解它们的特点和应用可以帮助我们合理设计和使用电子设备。
1. 串联电路的应用串联电路通常用于以下场景：- 在家庭电路中，串联电路可以实现对电器的分别控制和独立运行，提高用电的灵活性和效率；- 在电池组中，串联电路可以增加电压输出，提供更大的电压；- 在信号传输中，串联电路可以实现数据的传输和处理。
2. 并联电路的应用并联电路通常用于以下场景：- 在家庭电路中，多个电器的并联连接可以实现电器的同时运行，提供更大的电流；- 在电池充电器、电源供应器等设备中，多个电池或电源的并联连接可以提高充电或供电效率；- 在通信系统中，多个电话、电脑的并联连接可以实现多个设备的同时通信。
电力电子技术课程教学大纲
《电力电子技术》课程教学大纲课程类别：专业基础课程性质：必修英文名称：Power Electronic Technology总学时：64讲授学时：48 实验学时：16学分：3.5先修课程：电路原理、模拟电子技术、数字电子技术适用专业：自动化开课单位：信息工程学院自动化教研室一、课程简介《电力电子技术》是电气工程及其自动化专业、自动化专业本科生的一门专业基础课，是一门理论与应用相结合，实践性很强的课程。
它包括电力电子器件、电力电子变流技术以及以微电子技术和计算机为代表的控制技术三大组成部分。
本课程的目的和任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标，培养学生的分析问题和解决问题的能力，为《运动控制》等后续课程以及从事与电气工程有关的技术工作和科学研究打下一定的基础。
二、教学内容及基本要求0 绪论（2学时）教学内容：0.1电力电子技术的定义0.2电力电子技术的发展历史(自学)0.3电力电子技术的内涵及其相关工业0.4电力电子技术所研究的基本问题0.5电力电子技术的主要内容0.6本课程的学习方法及考核方法教学要求：1.理解电力电子技术的定义，电力电子技术所研究的基本问题。
2.了解电力电子学科的发展历史、电力电子技术的内涵及其相关工业、电力电子技术的主要内容以本课程的学习方法及考核方法。
授课方式：讲授+自学第一章：电力电子器件（10 学时）教学内容：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教学要求：1.掌握各种电力电子器件的基本特性、应用场合和使用方法。
2.理解各种全控型器件、半控型器件的工作原理和主要参数选择依据.3.了解典型触发、驱动和缓冲电路的组成、工作原理和特点。
电力电子器件的串联和并联使用
2. IGBT的并联连接
(1)并联时的注意事项
应考虑栅极电路、线路布线、电流不平衡和器件之间的温度不平衡等问题。
(2)并联时的接线方法
在各模块的栅极上分别接上各模块推荐值的栅极电阻RG。栅极到各模块驱动级的配线长短及引线电感要相等，否则会引起各模块电流的分配不均匀，并会造成工作过程中开关损耗的不均匀。
器件并联后，必须降低电流的额定值使用，
晶闸管并联连接时
1应尽可能选择参数比较接近的晶闸管进行并联；
2触发脉冲的前沿要陡，触发脉冲的电流要大，使并联的各晶闸管开通时间之差要小。
3在安装时使各并联支路铜线长短相同，使各支路的分布电感和导线电阻相近。布线尽可能对称,以减少磁场的影响。
在晶闸管装置需要同时采取串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法。
控制回路的接线应使用双芯线或屏蔽线。
主电路需采用低电感接线。使接线尽量靠近各模块的引出端，使用铜排或扁条线，以尽可能降低接线的电感量。
[归纳小结]
1、晶闸管的串并联注意事项。
2、双极型功率晶体管的串并联注意事项。
[布置作业]
为什么有的电力电子器件不采用串联连接？
[课后预习]
三相半波可控整流电路
湖南省技工学校
理论教学教案
教师姓名：
学
科
变频
调速
执行记录
日期
星期
检查
签字
班级
节次
课题
电力电子器件的串联和并联使用
课的
类型
复习
教
学
目
的
掌握电力电子器件的串联和并联原理与使用注意事项。
教
学
重
点
电力电子器件的串联和并联原理与使用注意事项。
1.8 电力电子器件器件的串联和并联使用
电力电子器件器件的串联和并联使用 当单个器件的电压或电流定额不能满足要求时， 需将器件串联或并联或者将装置串联或
晶闸管的串联 目的：当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联 问题：理想串联希望器件分压相等，但因特性差异，使器件电压分配不均匀 静 态 不 均 压 ：串 联 的 器 件 流 过 的 漏 电 流 相 同 ，但 因 静 态 伏 安 特 性 的 分 散 性 ，各 器 件 分 压
不等
承 受 电 压 高 的 器 件 首 先 达 到 转 折 电 压 而 导 通 ，使 另 一 个 器 件 承 担 全 部 电 压 也 导 通 ，失 去
控制作用
反向时，可能使其中一个器件先反向击穿，另一个随之击穿 静态均压措施 选用参数和特性尽量一致的器件 采 用 电 阻 均 压 ， Rp 的 阻 值 应 比 器 件 阻 断 时 的 正 、 反 向 电 阻 小 得 多
I
VT1 VT2 VT1 RP R C R C
IR O UT1 UT2 U VT2 RP
a)
图 1 - 4 1 图1-41 晶闸管的串联 a) 伏安特性差异 b)
b)——由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压 动态均压措施： 选择动态参数和特性尽量一致的器件
注 意 选 用 Ron、 UT、 Gfs 和 Ciss 尽 量 相 近 的 器 件 并 联 电路走线和布局应尽量对称 可在源极电路中串入小电感，起到均流电抗器的作用 I GBT 并 联 运 行 的 特 点 在 1/2 或 1/3 额 定 电 流 以 下 的 区 段 ， 通 态 压 降 具 有 负 的 温 度 系 数 在 1/2 或 1/3 额 定 电 流 以 上 的 区 段 ， 通 态 压 降 具 有 正 的 温 度 系 数 因 而 I GB T 在 并 联 使 用 时 也 具 有 电 流 的 自 动 均 衡 能 力
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主电路需采用低电感接线。使接线尽量靠近各模块的引出端，使用铜排或扁条线，以尽可能降低接线的电感量。
[归纳小结]
1、晶闸管的串并联注意事项。
2、双极型功率晶体管的串并联注意事项。
[布置作业]
为什么有的电力电子器件不采用串联连接？
[课后预习]
三相半波可控整流电路
三、双极型功率晶体管的串并联
1 BJT的串联连接
由于BJT对过电压敏感，通常BJT是不进行串联运行的。
2 BJT的并联连接
大电流BJT管芯中采用了若干小电流的BJT并联，因此用并联来增大BJT电流容量是比较常用的方法。
当负载电流比较小时，并联的两个管子的集电极电流分配是极不均匀的，但是随着负载电流的增大，电流分配将大为改善。
使用同一个厂家同一型号的管子，多管并联时可以不采用负载均衡措施。
开关过程中，BJT的负载分配是不均匀的，必须设计一种合适的电路，使它能够在动态下自动保持并联的管子的均衡负载能力。
四、功率MOSFET的串并联
1功率MOSFET的串联连接
一般来说，因功率MOSFET经常工作在高频开关电路中，常用的电阻与电容串并联在解决动态均压时，由于分布参数的影响，难以做到十分满意，所以除非必要，通常不将它们串联工作。
器件并联后，必须降低电流的额定值使用，
晶闸管并联连接时
1应尽可能选择参数比较接近的晶闸管进行并联；
2触发脉冲的前沿要陡，触发脉冲的电流要大，使并联的各晶闸管开通时间之差要小。
3在安装时使各并联支路铜线长短相同，使各支路的分布电感和导线电阻相近。布线尽可能对称,以减少磁场的影响。
在晶闸管装置需要同时采取串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法。
晶闸管在开通和关断的过程中，由于各器件的开通时间和关断时间等参数不一致，而造成的动态不均压问题。
晶闸管在开关过程中瞬时电压的分配决定于各晶闸管的结电容﹑导通时间和关断时间等差别，为了使开关过程中的电压分配均匀，减小电容C对晶闸管放电造成过大的di/dt，还应在电容C支路中串联电阻R。
晶闸管串联连接时
1.晶闸管的串联连接
（1）静态均压
由于串联各器件的正向(或反向)阻断特性不同，但在电路中却流过相等的漏电流，因而各器件所承受的电压是不同的。给每个晶闸管并联均压电阻Rj。如果均压电阻Rj大大小于晶闸管的漏电阻，则电压分配主要决定于Rj。但如Rj过小，则会造成Rj上损耗增大，因此要综合考虑。
（2）动态均压
GTO并联要解决的是在开通和关断过程中产生的动态不均流问题。随结温的上升，开通时间将缩短，而关断时间却有延长的趋势，这就更加大了并联工作的GTO1与GTO2之间的开关时间差异，从而导致GTO的开关损耗进一步增大，温度再增高，这样继续下去，恶性循环的结果就会烧坏器件。
除了严格挑选并联工作的GTO通态电压相等外，精心设计门极控制电路，采用强触发脉冲驱动，力争做到并联的GTO同时开通和同时关断。
教
具
挂
图
无
教学
环节
时间
分配
1、组织教学时间
2
3、讲授新课时间
70
2、复习导入时间
8
4、归纳小结时间
5、作业布置时间
5
教
学
后
记
[复习导入]
尽管电力电子器件的电流容量和电压等级在不断提高，但仍然不能满足大容量整机应用的要求，需要串联使用以提高它们的电压等级或并联使用以提高它们的电流容量。
[讲授新课]
一、晶闸管的串并联
与MOSFET一样，通常IGBT不串联使用。
2. IGBT的并联连接
(1)并联时的注意事项
应考虑栅极电路、线路布线、电流不平衡和器件之间的温度不平衡等问题。
(2)并联时的接线方法
在各模块的栅极上分别接上各模块推荐值的栅极电阻RG。栅极到各模块驱动级的配线长短及引线电感要相等，否则会引起各模块电流的分配不均匀，并会造成工作过程中开关损耗的不均匀。
2.功率MOSFET的并联连接
由于功率MOSFET的导通电阻是单极载流子承载的，具有正的电阻温度系数。当电流意外增大时，附加发热使导通电阻自行增大，对电流的正增量有抑制作用，所以功率MOSFET对电流有一定的自限流能力，比较适合于并联使用而不必采用并联均流措施。
五、IGBT的串并联
1.IGBT的串联连接
湖南省技工学校
理论教学教案
教师姓名：
学
科
变频
调速
执行记录
日期
星期
检查
签字
班级
节次
课题
电力电子器件的串联和并联使用
课的
类型
复习
教
学
目
的
掌握电力电子器件的串联和并联原理与使用注意事项。
教
学
重
点
电力电子器件的串联和并联原理与使用注意事项。
教
学
难
点
电力电子器件的串联和并联原理与使用注意事项。
主要
教学
方法
借助PPT演示、板书等多种形式启发式教学
二、GTO的串并联
1 GTO的串联连接
GTO串联时，采用与晶闸管相似的方法解决均压问题。
GTO的动态不均压的过电压产生于器件开通瞬间电压的后沿和关断瞬间电压的前沿，精心设计门极控制电路，采用强触发脉冲驱动，以消除动态不均压的影响。
2. GTO的并联连接
一个GTO内部就是由几百个小GTO单元并联工作的。也可以采用串联电阻或电抗器等均流措施。
应尽可能选择参数比较接近的晶闸管串联，串联的各晶闸管开通时间之差要小；
要求门极触发脉冲前沿要陡，触发脉冲的电流要大，使晶闸管的开通时间短，趋于一致。
器件串联后，必须降低电压的额定值使用
2.晶闸管的并联连接
串联电阻法
由于串联电阻增大损耗，对电力电子器件而言无实用价值。
串联电抗法
用一个均流电抗器(铁心上带有两个相同的线圈)接在两个并联的晶闸管电路中。电流不等时产生电动势形成环流,使电流小的支路电流增大,电流大的器件支路电流减小,达到均流目的。