电力电子器件及应用

电力电子器件及应用
1.1　电力电子器件概述一、电力电子器件的分类
按照器件的控制能力分为以下三类：
半控型器件：晶闸管（Thyristor or SCR）及其大部分派生器件
其特征是：控制极只能控制器件导通，不能控制关断。
全控型器件：IGBT、MOSFET、GTO、GTR
其特征是：控制极可以控制器件导通和关断。
不可控器件：二极管(Power Diode)
按照器件控制信号特征分为两类：
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，如SCR、GTR、GTO
电压驱动型——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，其本质是通过加在控制端上的电压在器件的两个主电路端子之间产生可控的电场来改变流过器件的电流大小和通断状态，所以又称为场控器件，或场效应器件，如IGBT、MOSFET
按照器件内部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，如MOSFET
双极型器件——由电子和空穴两种载流子参与导电的器件，                                   如SCR、 GTR、 GTO
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，如IGBT
二、电力电子器件的一般工作特征：
（1）电力电子器件一般都工作在开关状态；
（2）电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制
        －－驱动电路、控制电路；
（3）工作时由于通态损耗、开关损耗等引起发热，在
        其工作时一般都要考虑散热设计或安装散热器。
三、本章重点
（１）电力电子器件
功率二极管（快恢复管、肖特基管）
晶闸管（SCR）
电力晶体管（GTR）
功率场效应晶体管（P-MOSFET）
绝缘栅双极型复合晶体管（IGBT）
（２）电力电子器件的应用技术
典型器件的驱动特点及要求
缓冲电路的结构与设计方法
器件知识重点：
     了解器件静态特性、动态特性，掌握器件开关控制的基本
       方法，建立静态损耗、动态损耗、器件安全工作区的概念，初步掌握器件的应用选择
器件应用技术重点：
      理解设置驱动电路的原因、常用驱动电路技术；设置缓冲
       吸收电路的原因、缓冲吸收电路基本结构、应用设计方法。
  1.2.1  功率二极管的主要类型
  1.2.2  功率二极管的基本特性
  1.2.3  功率二极管的主要参数
1. 普通二极管（General Purpose Diode）
又称整流二极管（Rectifier   Diode）
多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中
其反向恢复时间较长，一般在5s以上，这在开关频率不高时并不重要
正向电流定额和反向电压定额可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上

2. 快速恢复二极管（Fast Recovery Diode—FRD）
从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到20~30ns。
分为PN结型结构和PIN结构两种。采用外延型PIN结构的的快速恢复外延二极管（Fast Recovery Epitaxial Diodes—FRED），其反向恢复时间比较短（可低于50ns），正向压降也很低（0.9V左右），但其反向耐压多在1200V以下。
3. 肖特基二极管
以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode——SBD），简称为肖特基二极管
20世纪80年代以来，由于工艺的发展得以在电力电子电路中广泛应用
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
在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小（一般0.5V左
     右），明显低于快速恢复二极管（一般1V左右）
其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高
肖特基二极管的弱点
当反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此
     多用于200V以下
反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，
     而且必须更严格地限制其工作温度