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第1章NBA赌注平台电力电子器件

日期:2022/08/31 17:48

NBA赌注平台第一章电力电子器件第一节第一节概述概述第二节第二节功率二极管功率二极管第三节第三节电力晶体管电力晶体管第四节第四节功率场效应晶体管功率场效应晶体管第五节第五节绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管第六节第六节晶闸管晶闸管第七节第七节其他新型电力电子器件其他新型电力电子器件第八节第八节电力电子器件的应用问题电力电子器件的应用问题一、电力电子器件特点第一节电力电子器件概述自身的功率损耗较大,一般都要安装散热器。电力电子器件的损耗主要损耗通态损耗断态损耗开关损耗关断损耗开通损耗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,开关损耗成为器件功率损耗的主要因素。二、电力电子器件的分类第一节电力电子器件概述按照器件能够被控制的程度,分为三类:半控型器件(晶闸管Thyristor)——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,PowerMOSFET)——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断(自关断器件)不可控器件(PowerDiode)——不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。按照驱动信号的性质,分为两类:电压驱动型——通过施加电压控制信号可实现导通或者关断。

根据器件内部带电粒子参与导电的种类,分为三类:单极型——器件内部只有一种带电粒子参与导电,如PowerMOSFET。复合型——由双极型器件与单极型器件复合而成的新器件,如IGBT。一、功率二极管基本特性第二节功率二极管在于PN结的单向导电性状态参数正向导通反向截止反向击穿电流正向大几乎为零反向大电压维持1V反向大反向大对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压承受反向电压时,只有微小而数值恒定的反向漏电二、开关过程第二节功率二极管RPdidtdi2V关断过程须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力,进入截止状态。关断之前有较大的反向电流出现,并伴随有明显的反向电压过冲。开通过程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(如2V)。正向恢复时间tfr电流上升率越大,UFP越高三、主要参数第二节功率二极管正向平均电流IF(AV)F(AV)——应按有效值相等的原则选取电流定额,并应留有一定的裕量。反向重复峰值电压URRM反向恢复时间trr最高工作结温TJM浪涌电流IFSM指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。四、功率二极管的主要类型第二节功率二极管rr短(可低于50ns);开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。

一、电力晶体管基本特性第三节电力晶体管全控器件1、电力晶体管的静态特性第三节电力晶体管2、电力晶体管的动态特性第三节电力晶体管开通过程——GTR开通时间t和上升时间t主要是由发射结势垒电容和集电结势垒电容充电产生的;——增大IB1的幅值并增大di,从而加快开通过程。关断过程——GTR关断时间toff为储存时间ts和下降时间tf之和。ts是用来除去饱和导通时储存在基区的载流子,是主要部分;——减小导通时的饱和深度以减小储存的载流子,或增大基极抽取负电流IB2的幅值和负偏压,可缩短储存时间,加快关断速度。GTR开关时间在几微秒二、电力晶体管的使用第三节电力晶体管2、安全工作区为了保证GTR正常工作,GTR最大工作电流不能超过集电极的ICM,最大耗散功率不能超过集电极允许的PCM,工作电压不能超过最高电压UCEM,同时也不能超过二次击穿临界线。这些限制条件构成了GTR的安全工作区。1、二次击穿现象当GTR的集电极电压升高至击穿电压时,IC迅速增大,这种击穿首先出现的是雪崩击穿,称为一次击穿;在实际应用中常常发现当一次击穿发生时,IC增大到某个临界点时会突然急剧上升,并伴随电压的陡然下降,这种现象称为二次击穿;二次击穿是GTR特有的现象,持续时间很短,常常立即导致器件的永久损坏,对GTR危害极大。

NBA赌注平台3、安全措施防止过电流;防止关断过电压。一、PowerMOSFET基本特性第四节功率场效应晶体管电压驱动全控器件,需要的驱动功率小电力电子器件一般工作在,开关速度快,工作频率高;减小时间常数电力电子器件一般工作在,加快开关速度;关断过程非常迅速,开关时间在10~100ns之间,工作频率可达100kHz以上,是主要电力电子器件中最高的;热稳定性好、无二次击穿问题、安全工作区宽等优点1、PowerMOSFET的静态特性第四节功率场效应晶体管(开启电压)时,功率MOSFET工作在截止区。DS的增大,I几乎不变,只有改变UGS才能发生变化。在正向电阻区,功率MOSFET处于充分导通状态。正常工作时,随UGS的变化,功率MOSFET在截止区和正向电阻区间切换。2、PowerMOSFET的动态特性第四节功率场效应晶体管电流上升时间tri电压下降时间tfv关断过程(关断时间toff关断延迟时间td(off)电压上升时间trv电流下降时间tfi二、PowerMOSFET的主要参数第四节功率场效应晶体管通态电阻R是影响最大输出功率的重要参数。功率MOSFET是单极性器件,耐压等级越高的功率MOSFET其R越大,这是其耐压难以提高的原因之一。另外R的增加而增加,随UGS的升高而减小。

漏极电压最大值UDSM——功率MOSFET额定电压的参数,为避免功率MOSFET发生雪崩击穿,实际工作中的漏极和源极两端的电压不允许超过漏极电压最大值UDSM漏极电流最大值IDM——功率MOSFET电流额定的参数,实际工作中漏源极流过的电流应低于额定电流IDM的50%。UGS>20V将导致绝缘层击穿。一、IGBT基本特性第五节绝缘栅双极型晶体管GTR的优点——双极型,电流驱动,通流能力很强。MOSFET的优点——单极型,电压驱动,开关速度快,输入阻抗高,驱动电路简单。特点:GTR和MOSFET复合,取GTR通流能力强的优点,取MOSFET电压驱动(开关速度快)优点;是中功率电力电子设备的主导器件;1、IGBT静态特性第五节绝缘栅双极型晶体管GE大于开启电压UMOSFET内形成沟道,为晶体管提供基极电流,IGBT导通;栅射极间施加反压或不加信号时,MOSFET内的沟道消失,晶体管的基极电流被切断,IGBT关断。2、IGBT动态特性第五节绝缘栅双极型晶体管电压的下降过程分为tfu1fu2两段:fu1——IGBT中MOSFET单独工作的电压下降过程;fu2——MOSFET和PNP晶体管同时工作的电压下降过程。

关断过程(关断时间toff电流下降时间又可分为tf1f2两段:fi1——IGBT器件内部的MOSFET的关断过程,ifi2——IGBT内部的PNP晶体管的关断过下降较慢。二、IGBT主要参数第五节绝缘栅双极型晶体管最大集射极间电压——IGBT最大耐压值,由内部PNP晶体管的击穿电压确定; 最大集电极电流——在额定条件下,IGBT所允许的集电极最大直流电流IC; 最大集电极功耗PCM ——正常工作温度下允许的最大功耗。 驱动电压——推荐15V开通,-5V关断 三、IGBT的擎住效应 第五节 绝缘栅双极型晶体管 擎住效应或自锁效应——NPN晶体管基极与发射极之间存在体区短路电阻电力电子器件一般工作在,P形体区的横向空穴 电流会在该电阻上产生压降,相当于施加正偏压,栅极就会失去对集电极电 流的控制作用,电流失控。 IGBT往往与反并联的快速二极管封装在一起,制成模块,成为逆导器件。IGBT安全工作区 第六节晶闸管 晶闸管(Thyristor),以前称为可控硅,是电流驱动的半控器件。 一、导通和关断条件第六节 晶闸管 门极加负电压 门极加正电压 导通后门极加负电压 导通后撤除门极电压 导通后减小阳极电流 导通后减小阳极电压 晶闸管导通和关断条件第六节 晶闸管 晶闸管导通需具备两个条件:——应在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压; ——应在晶闸管的门极与阴极之间也加上正向电压和电流。

NBA赌注平台 为使晶闸管关断,必须使其阳极电流减小到一定数值以下,即使阳极电压减小到零或反向的方法来实现。 二、晶闸管特性 第六节 晶闸管 晶闸管承受正向电压时,仅门极有正向触发电流的情况下才能导通。导通 后的晶闸管特性和二极管的正向特性 相仿;晶闸管一旦导通,门极就失去 控制作用 正向电压超过正向转折电压Ubo 随着门极电流幅值的增大,正向转折电压降低(意味导通电流增大); 当反向电压达到反向击穿电压后,可能导致晶闸管发热损坏。 要使晶闸管关断,必须使晶闸管的电流下降到某一数值以下。 正向 雪崩击穿 RSM三、晶闸管主要参数 第六节 晶闸管 1、电压参数 断态重复峰值电压U DSM ——在门极断路而结温为额定值时,允许重 复加在器件上的正向峰值电压。 反向重复峰值电压U RSM ——在门极断路而结温为额定值时,允许重 复加在器件上的反向峰值电压。 DRM=80%U DSM RRM=80%U RSM 通常取晶闸管的UDRM RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。 选用时,一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍。三、晶闸管主要参数 第六节 晶闸管 2、电流参数 通态平均电流 T(AV)——在环境温度为40C和规定的冷却状态下,稳定结温不 超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值(额定电流的参 数)。

使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。 维持电流I ——使晶闸管维持导通所必需的最小电流。擎住电流 ——晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后,能维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说,通常I 浪涌电流ITSM ——指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复 性最大正向过载电流。 动态参数断态电压临界上升率du/dt ——指在额定结温和门极开路的情况下,不导致晶 态转换的外加电压最大上升率(电压上升率过大,使充电电流足够大,就会使晶闸管误导通)。 通态电流临界上升率di/dt ——指在规定条件下,晶闸管能承受而无有害影响的 最大通态电流上升率(如果电流上升太快,可能造成局部过热而使晶闸管损坏)。 四、晶闸管的触发 第六节 晶闸管 五、晶闸管的派生器件 第六节 晶闸管 1、门极可关断晶闸管(GTO) 晶闸管的一种派生器件; 通过在门极施加负的脉冲电流使其关断; GTO的容量较大; 由于是电流驱动,开关频率不高。 2、GTO改进型器件 IGCT是功率MOSFET和GTO复合而成。容量与GTO相当,适用 于功率1~10MW,开关频率50Hz~2kHz范围的应用在高压变频 调速系统和风力发电系统中得到应用。

门极驱动为电压型。 集成门极换流晶闸管(IGCT) 五、晶闸管的派生器件 第六节 晶闸管 第七节其他新型电力电子器件 智能功率模块(Intelligent Power Module——IPM) IPM是IGBT智能化功率模块,它将IGBT芯片、驱动电路、保护电路和钳位电路等 封装在一个模块内,不但便于使用而且大大有利于装置的小型化、高性能和高频化。 第八节电力电子器件的应用问题 一、驱动电路 驱动电路——主电路与控制电路之间的接口电力电子器件一般工作在,提供控制电路与主电路之间的 电气隔离,一般采用光隔离或磁隔离。 光隔离一般采用光耦合器; 高传输比型注:目前的趋势是采用专用集成驱动电路。 1、驱动电路的特点 第八节电力电子器件的应用问题 一、驱动电路 2、驱动电路的例子 MOSFET的驱动电路 (三菱的M57918L,驱动电压+15V和-10V 关断时施加负驱动电压(一般取-5V)。IGBT的驱动电路 常用的有三菱公司的M579 系列和富士公 司的EXB系列; 采用专用驱动板更为可靠, 如德国西门康 公司的驱动板。 第八节电力电子器件的应用问题 二、电力电子器件的保护 1、过电压保护 过电压主要来自器件的开关过程,过电压保护主要采用缓冲电路 缓冲电路(Snubber Circuit) :又称吸收电路。

NBA赌注平台 ——抑制器件的过电压、du/dt、di/dt,减小器件的开关损耗。 关断缓冲电路(du/dt抑制电路)——吸收器件的关断过电压和换相过电压电力电子器件一般工作在, 抑制du/dt,减小关断损耗; 开通缓冲电路(di/dt抑制电路)——抑制器件开通时的电流过冲和di/dt,减 小器件的开通损耗; 按能量的去向分类法:耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路(无损吸收电路) 第八节电力电子器件的应用问题 二、电力电子器件的保护 缓冲电路举例 didt 抑制电路 didt 抑制电路 有缓冲电路时无缓冲电路时 适用于中等容量的场合主要用于 小容量 主要用于中 大容量器件 第八节电力电子器件的应用问题 二、电力电子器件的保护 2、过电流保护 驱动电路中设置过电流保护环节:主要用于短路保护。(例如:对于10kHz工作的IGBT,容许短路时间小于10us)