电力电子技术
《电力电子技术》
电力电子技术
《电力电子技术》
引言 电力电子器件 电力电子电路 脉宽调制（PWM）技术和软开关技术
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电力电子技术
《电力电子技术》
➢ 什么是电力电子技术？ ➢ 电力电子技术的发展史 ➢ 电力电子技术的应用
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➢ 电子技术: 信息电子技术 电力电子技术
电力电子技术
IGBT的结构（显示图）
– 图a—N沟道VDMOSFET与GTR组合——N沟道IGBT
（N-IGBT）。 – IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区，形成了一个大面
积的P+N结J1。 – ——使IGBT导通时由P+注入区向N基区发射少子，从
而对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的通流 能力。 – 简化等效电路表明，IGBT是GTR与MOSFET组成的达林 顿结构，一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。 – RN为晶体管基区内的调制电阻。
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1.不可控器件——电力二极管
2.半控型器件——晶闸管 3. 典型全控型器件
（1）门极可关断晶闸管 （2）电力晶体管 （3）电力场效应晶体管 （4）绝缘栅双极晶体管
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1. IGBT的结构和工作原理
三端器件：栅极G、集电极C和发射极E
➢ 全控型器件（复合型器件）
80年代后期开始，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代 表的全控型器件因驱动功率小、开关速度快、载流能力大等得 到迅猛的发展。
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1）一般工业 2）交通运输 3）电力系统 4）电子装置用电源 5）家用电器 6）其他（不间断电源（UPS）、航天飞行器中的各 种电子仪器所需电源）
——电力电子技术的核心
➢ 电力电子器件制造技术
——电力电子技术的基础
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➢电力——交流和直流两种
从公用电网直接得到的是交流，从蓄电池和干电池得 到的是直流
➢电力变换四大基本类型
交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流
➢进行电力变换的技术称为变流技术
输入 输出
交流
直流
直流
整流
直流斩波
交流
交流电力控制 变频、变相
逆变
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静止器、旋转电机
电路、器件
电子学
电力学
电力 电子技术
连续、离散
控制 理论
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电力电子器件的发展对电力电子技术 的发展起着决定性的作用，因此，电力电 子技术的发展史是以电力电子器件的发展 史为纲的。
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MOSFET工作的基本原理
S G
N+ P N+
N+ P N+
沟道
N-
N+
G 栅极
D 漏极
D
S 源极
D
N沟道MOSFET
G
D N
P
N
VDS>0,VGS>0
S
D
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G 金属 氧化物 半导体
N
P
S N
G
N
P
N
VDS>0,VGS<0
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IGBT的原理 驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，通断
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概述 电力电子器件（IGBT） 电力电子器件器件辅助电路 电力电子器件器件的串联和并联使用
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➢ 电力电子器件的概念和特征 ➢ 电力电子器件的分类
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➢ 电力电子器件 ——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。
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➢ 1904年出现了电子管
能在真空中对电子流进行控制，并应用于通 信和无线电，从而开了电子技术之先河。
➢ 电动机—直流发电机组和水银整流器
广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所 以及轧钢用直流电动机的传动，甚至用于直流输 电等。
各种整流电路、逆变电路、周波变流电路的 理论已经发展成熟并广为应用。
信息电子技术 ——模拟电子技术和数字电子技术。（主要进行信息处理）
电力电子技术 ——应用于电力领域的电子技术，使用电力电子器件对电能 进行变换和控制的技术。（主要进行电力变换）
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➢ 变流技术（电力电子器件应用技术）
用电力电子器件构成电力变换电路和对其进行控制 的技术，及构成电力电子装置和电力电子系统的技术
同处理信息的电子器件相比，电力电子器 件的一般特征
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➢《电力电子技术》
1. 能处理电功率的大小，即承受电压和电流 的能力。
2. 电力电子器件一般都工作在开关状态。 3. 实用中，电力电子器件往往需要由信息电子
电路来控制。 4. 为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温
度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热 设计，在其工作时一般都要安装散热器。
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(1) 半控型器件——通过控制信号可以控制其导 通而不能控制其关断。
(2) 全控型器件——通过控制信号既可控制其导 通又可控制其关断，又称自关断器件。
(3) 不可控器件——不能用控制信号来控制其通 断。
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➢ 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导 电的情况分为三类： ➢单极型器件——由一种载流子参与导电的 器件。（电力MOSFET和SIT） ➢双极型器件——由电子和空穴两种载流子 参与导电的器件。（电力二极管、晶闸管、 GTO、GTR和SITH ） ➢复合型器件——由单极型器件和双极型器 件集成混合而成的器件。 （ IGBT和MCT ）
发 射 极栅 极
E
G
N+PN+ N+PN+
J3 J2
N-
N+
J1
P+
漂 移 区 缓 冲 区 G
注 入 区
C
IDRNV -J1+ IC
C
-+
+ - IDRon
G
C集 电 极
E
a)
b)
c)
图 IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号
a) 内部结构断面示意图 b) 简化等效电路 c) 电气图形符号
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➢晶闸管
1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管，这标志着电 力电子技术的诞生。
晶闸管因电气性能和控制性能优越，很快取代了水银整流器 和旋转变流机组，且其应用范围也迅速扩大。工业的迅速发展 也有力地推动了晶闸管的进步。电力电子技术的概念和基础就 是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的。