電力電子器件及應(yīng)用

電力電子器件及應(yīng)用
1.1　電力電子器件概述一、電力電子器件的分類(lèi)
按照器件的控制能力分為以下三類(lèi)：
半控型器件：晶閘管（Thyristor or SCR）及其大部分派生器件
其特征是：控制極只能控制器件導(dǎo)通，不能控制關(guān)斷。
全控型器件：IGBT、MOSFET、GTO、GTR
其特征是：控制極可以控制器件導(dǎo)通和關(guān)斷。
不可控器件：二極管(Power Diode)
按照器件控制信號(hào)特征分為兩類(lèi)：
電流驅(qū)動(dòng)型——通過(guò)從控制端注入或者抽出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制，如SCR、GTR、GTO
電壓驅(qū)動(dòng)型——僅通過(guò)在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制，其本質(zhì)是通過(guò)加在控制端上的電壓在器件的兩個(gè)主電路端子之間產(chǎn)生可控的電場(chǎng)來(lái)改變流過(guò)器件的電流大小和通斷狀態(tài)，所以又稱(chēng)為場(chǎng)控器件，或場(chǎng)效應(yīng)器件，如IGBT、MOSFET
按照器件內(nèi)部載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類(lèi)：
單極型器件——由一種載流子參與導(dǎo)電的器件，如MOSFET
雙極型器件——由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件，                                   如SCR、 GTR、 GTO
復(fù)合型器件——由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件，如IGBT
二、電力電子器件的一般工作特征：
（1）電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)；
（2）電力電子器件往往需要由信息電子電路來(lái)控制
        －－驅(qū)動(dòng)電路、控制電路；
（3）工作時(shí)由于通態(tài)損耗、開(kāi)關(guān)損耗等引起發(fā)熱，在
        其工作時(shí)一般都要考慮散熱設(shè)計(jì)或安裝散熱器。
三、本章重點(diǎn)
（１）電力電子器件
功率二極管（快恢復(fù)管、肖特基管）
晶閘管（SCR）
電力晶體管（GTR）
功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（P-MOSFET）
絕緣柵雙極型復(fù)合晶體管（IGBT）
（２）電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)
典型器件的驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)及要求
緩沖電路的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)方法
器件知識(shí)重點(diǎn)：
     了解器件靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性，掌握器件開(kāi)關(guān)控制的基本
       方法，建立靜態(tài)損耗、動(dòng)態(tài)損耗、器件安全工作區(qū)的概念，初步掌握器件的應(yīng)用選擇
器件應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)：
      理解設(shè)置驅(qū)動(dòng)電路的原因、常用驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)；設(shè)置緩沖
       吸收電路的原因、緩沖吸收電路基本結(jié)構(gòu)、應(yīng)用設(shè)計(jì)方法。
  1.2.1  功率二極管的主要類(lèi)型
  1.2.2  功率二極管的基本特性
  1.2.3  功率二極管的主要參數(shù)
1. 普通二極管（General Purpose Diode）
又稱(chēng)整流二極管（Rectifier   Diode）
多用于開(kāi)關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路中
其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5s以上，這在開(kāi)關(guān)頻率不高時(shí)并不重要
正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上

2. 快速恢復(fù)二極管（Fast Recovery Diode—FRD）
從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100ns以下，甚至達(dá)到20~30ns。
分為PN結(jié)型結(jié)構(gòu)和PIN結(jié)構(gòu)兩種。采用外延型PIN結(jié)構(gòu)的的快速恢復(fù)外延二極管（Fast Recovery Epitaxial Diodes—FRED），其反向恢復(fù)時(shí)間比較短（可低于50ns），正向壓降也很低（0.9V左右），但其反向耐壓多在1200V以下。
3. 肖特基二極管
以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱(chēng)為肖特基勢(shì)壘二極管（Schottky Barrier Diode——SBD），簡(jiǎn)稱(chēng)為肖特基二極管
20世紀(jì)80年代以來(lái)，由于工藝的發(fā)展得以在電力電子電路中廣泛應(yīng)用
肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)
反向恢復(fù)時(shí)間很短（10~40ns）
正向恢復(fù)過(guò)程中也不會(huì)有明顯的電壓過(guò)沖
在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很?。ㄒ话?.5V左
     右），明顯低于快速恢復(fù)二極管（一般1V左右）
其開(kāi)關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高
肖特基二極管的弱點(diǎn)
當(dāng)反向耐壓提高時(shí)其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求，因此
     多用于200V以下
反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，
     而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度