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变频器主电路常用电力半导体器件
•晶闸管的基本特性
➢ 晶闸管的伏安特性
第I象限的是正向特性 第III象限的是反向特性
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•晶闸管的伏安特性
•IG2>IG1>IG
变频器主电路常用电力半导体器件
•晶闸管的基本特性
1) 正向特性
➢ IG=0时，器件两端施加正向电压，正 向阻断状态，只有很小的正向漏电流 流过，正向电压超过临界极限即正向 转折电压Ubo，则漏电流急剧增大， 器件开通。
电力二极管的伏安特性
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变频器主电路常用电力半导体器件
•电力二极管的基本特性
2. 动态特性
➢ 动态特性 • 因结电容的存在，三种状态之间的转换必然有一个过 渡过程，此过程中的电压—电流特性是随时间变化的。
➢ 开关特性 • 反映通态和断态之间的转换过程
➢ 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，
1-4变频器主电路常用电 力半导体器件
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2020/11/14
变频器主电路常用电力半导体器件
电力、电子器件
➢ 电子技术的基础
电子器件：晶体管和集成电路 电力电子电路的基础
电力电子器件
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变频器主电路常用电力半导体器件
电力电子器件的概念和特征
电力电子电路的基础 —— 电力电子器件
1. 概念:
➢ 电力电子器件（power electronic device）—— 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（main power circuit）——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
2. 广义上分为两类:
电真空器件 (汞弧整流器、闸流管等电真空器件)
– 光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应 用于高压电力设备中，其它都因不易控制而难以应用于 实践，称为光控晶闸管（Light Triggered Thyristor—— LTT）。
➢ 只有门极触发（包括光触发）是最精确、迅速而可靠 的控制手段
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变频器主电路常用电力半导体器件
➢ 基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样 ➢ 以半导体PN结为基础 ➢ 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的 ➢ 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装
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•电力二极管的外形、结构和电气图形符号 • a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
变频器主电路常用电力半导体器件
变频器主电路常用电力半导体器件
•电力二极管的基本特性
1. 静态特性
➢ 主要指其伏安特性
• 当电力二极管承受的正向 电压大到一定值（门槛电压 UTO），正向电流才开始明显增 加，处于稳定导通状态。与正 向电流IF对应的电力二极管两 端的电压UF即为其正向电压降。 当电力二极管承受反向电压时， 只有少子引起的微小而数值恒 定的反向漏电流。
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。
变频器主电路常用电力半导体器件
•1.1.2 •应用电力电子器件的系统组成
➢ 电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以 电力电子器件为核心的主电路组成
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•控
•检测
•电路
变频器主电路常用电力半导体器件
•不可控器件—电力二极管
➢ Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自 20世纪50年代初期就获得应用。
➢ 快恢复二极管和肖特基二极管，分别 在中、 高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合， 具有不可替代的地位。
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变频器主电路常用电力半导体器件
•PN结与电力二极管的工作原理
a) 双晶体管模型 b) 工作原理
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变频器主电路常用电力半导体器件
•晶闸管的结构与工作原理
➢ 晶体管的特性是：在低发射极电流下 是很小的，而 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
接且安装方便 ➢ 平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间
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晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
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•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
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•平板型晶闸管外形及结构
变频器主电路常用电力半导体器件
• 1956年美国贝尔实验室（Bell Lab）发明了晶闸管 • 1957年美国通用电气公司（GE）开发出第一只晶闸管产品 • 1958年商业化 • 开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代 • 20世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代 • 能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场合具
半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅)
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变频器主电路常用电力半导体器件
•电力电子器件的概念和特征
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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① 能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能 力，是最重要的参数。
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。
有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式，可能导致热击穿。
➢ PN结的电容效应：
PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容 CJ，又称为微分电容。
结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容 CD 。
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•PN结与电力二极管的工作原理
➢ 造成电力二极管和信息电子电路中的普通二极 管区别的一些因素：
有重要地位
➢ 晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型——普通晶闸管， 广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件
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•晶闸管的结构与工作原理
➢ 外形有螺栓型和平板型两种封装 ➢ 引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端 ➢ 对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联
•PN结与电力二极管的工作原理
➢ N型半导体和P型半导体结合后构成PN结。
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•PN结的形成
•其内漂向两离•空电角空交方的另侧子移扩间荷度间界向少一分。运散电构不电处是子区别这动运荷成同荷电阻（的留些。动量的也建子止对下不扩和达 范 被立和扩 本 了 能散漂到围称的空散区带移运移稳，为电穴运而正动动运定被耗场的动言、的，动值称尽被浓的则负正到最，为层称度，为电、对终形空、为差另多荷负方达成间阻别内一子但电区到了电挡，电方）不荷内动一荷层造场面向能称成态个区或成或又本任为为平稳，势了自吸区意空少衡定按垒各建引运移间子，的所区区电对动电，正由。强的场方，的在荷、空调多，区即杂界。负间的子质面
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•晶闸管的基本特性
Hale Waihona Puke 2. 动态特性PPT文档演模板
晶闸管的开通和关断过程波形
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•晶闸管的基本特性
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。
2) 全控型器件
➢ 绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar
•通过Tr控an制sis信tor号——既IG可B控T）制其导通又可控制其关断， 又➢ 称电自力关场断效器应晶件体。管（电力MOSFET）
➢ 门极可关断晶闸管（GTO）
3) 不可控器件
➢ 电力二极管（Power Diode）
2) 电压驱动
仅通过在控制端和公共端之间施加一定 的电压信号就可实现导通或者关断的控制
➢ 按型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：
1)
件 2)
件 3)
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件
单极型器 双极型器 复合型器
由一种载流子参与导电的器件
由电子和空穴两种载流子参与导电的器件
由单极型器件和双极型器件集成混合而 成的器件
•晶闸管的结构与工作原理
Ic1=1 IA + ICBO1
Ic2=2 IK + ICBO2
IK=IA+IG
IA=Ic1+Ic2 ➢ 式中1和2分别是晶体管V1
和 V2 的 共 基 极 电 流 增 益 ； ICBO1和ICBO2分别是V1和V2的 共基极漏电流。由以上式可 得
晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
➢驱不动只电能电有压用路两和控。个 电端制流子决信，定号器的来件。控的通制和其断通是断由其, 因在主此电也路就中不承受需的要
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•电力电子器件的分类
➢ 按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号 的性质，分为两类：
1) 电流驱动型
通过从控制端注入或者抽出电流来实 现导通或者关断的控制
电流增大以致1+2趋近于1的话，流过晶闸管的电流
IA（阳极电流）将趋近于无穷大，实现饱和导通。IA实 际由外电路决定。
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变频器主电路常用电力半导体器件
•晶闸管的结构与工作原理
➢ 其他几种可能导通的情况： • 阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应 • 阳极电压上升率du/dt过高 • 结温较高 • 光直接照射硅片，即光触发