完整電力電子技術(shù)

1、電力電子技術(shù)教案周次：時(shí)間：課題：緒論 第一章 第一節(jié) 電力二極管課時(shí)：2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)：1、了解什么是電力電子技術(shù) 2、電力二極管的結(jié)構(gòu)與伏安特性 3、掌握掌握電力二極管的主要參數(shù)和使用重點(diǎn)、難點(diǎn)：電力二極管的伏安特性和主要參數(shù)教具：教材 粉筆教學(xué)方法：講授法時(shí)間分配：新授 80分鐘 小結(jié) 15分鐘 作業(yè)布置 5分鐘教學(xué)過(guò)程： 緒論 相關(guān)知識(shí)一、什么是電力電子技術(shù) 電子技術(shù)包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。通常所說(shuō)的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)都屬于信息電子技術(shù)。電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。具體地說(shuō)，就是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。目前所用的電力電子器件均用半導(dǎo)

2、體制成，故也稱(chēng)電力半導(dǎo)體器件。電力電子技術(shù)所變換的“電力”，功率可以大到數(shù)百M(fèi)W甚至GVV，也可以小到數(shù)W甚至1W以下。信息電子技術(shù)主要用于信息處理，而電力電子技術(shù)則主要用于電力變換。通常所用的電力有交流和直流兩種。從公用電網(wǎng)直接得到的電力是交流的，從蓄電池和干電池得到的電力是直流的。從這些電源得到的電力往往不能直接滿(mǎn)足要求，需要進(jìn)行電力變換。如表0-1所示，電力變換通?？煞譃樗拇箢?lèi)，即交流變直流、直流變交流、直流變直流和交流變交流。交流變直流稱(chēng)為整流，直流變交流稱(chēng)為逆變。直流變直流是指一種電壓(或電流)的直流變?yōu)榱硪环N電壓(或電流)的直流，可用直流斬波電路實(shí)現(xiàn)。交流變交流可以是電壓或電力的變

3、換，稱(chēng)做交流電力控制，也可以是頻率或相數(shù)的變換。進(jìn)行上述電力變換的技術(shù)稱(chēng)為變流技術(shù)。二.電力電子器件的發(fā)展簡(jiǎn)介1.傳統(tǒng)電力電子器件2.現(xiàn)代電力電子器件（1）雙極型器件（2）單極型器件（3）混合型器件三、變換電路與控制技術(shù)四、對(duì)本課程的教學(xué)要求 第一節(jié) 電力二極管 相關(guān)知識(shí)一、 結(jié)構(gòu)與伏安特性1、結(jié)構(gòu) 電力二極管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管是一樣的，都是以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)的。電力二極管實(shí)際上是由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線(xiàn)以及封裝組成的，圖1-2示出了電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)。從外形上看，電力二極管主要有螺性型和平板型兩種封裝。 2、伏安特性 電力二極管的靜態(tài)特性

4、主要是指其伏安特性，如圖所示。當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到一定值(門(mén)檻電壓)，正向電流才開(kāi)始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。當(dāng)電力二極管承受反向電壓時(shí)，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。 二、主要參數(shù)1、正向平均電流IF指電力二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，在指定的管殼溫度(簡(jiǎn)稱(chēng)殼溫，用Tc表示)和散熱條件下，其允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值。2.正向壓降UF指電力二極管在指定溫度下，流過(guò)某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降。有時(shí)候，其參數(shù)表中也給出在指定溫度下流過(guò)某一瞬態(tài)正向大電流時(shí)電力二極管的最大瞬時(shí)正向壓降。3.反向重復(fù)峰值

5、電壓Urrm指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓，通常是其雪崩擊穿電壓Ub的2/3。使用時(shí)，往往按照電路中電力二極管可能承受的反向最高峰值電壓的兩倍來(lái)選定此項(xiàng)參數(shù)。4、最高工作結(jié)溫TJM結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用TJ表示。最高工作結(jié)溫是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度，用TJM表示。TJM通常在125一175范圍之內(nèi)。5、反向恢復(fù)時(shí)間t6.浪涌電流IFSM指電力二極管所能承受的最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過(guò)電流。三、 電力二極管的參數(shù)選擇及使用注意事項(xiàng)1、 參數(shù)選擇1） 額定正向平均電流IF的選擇原則2） 額定電壓Urrm的選擇原則2、 電力二極管使用注意事項(xiàng)四

6、、 電力二極管的主要類(lèi)型1.普通二極管 普通二極管(General Purpose Diode)又稱(chēng)整流二極管( Rectifier Diade，多用于開(kāi)關(guān)頻率不高（1 kHz以下)的整流電路中。其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5微秒以上，這在開(kāi)關(guān)頻率不高時(shí)并不重要，在參數(shù)表中甚至不列出這一參數(shù)。但其正向電流定額和反向電壓定額卻可以達(dá)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上。 2.快恢復(fù)二極管 恢復(fù)過(guò)程很短，特別是反向恢復(fù)過(guò)程很短一般在5微秒以下)的二極管被稱(chēng)為快恢復(fù)二極管(Fast Recovery Diade-FRD)，簡(jiǎn)稱(chēng)快速二極管。工藝上多采用了摻金措施，結(jié)構(gòu)上有的采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)，也有的采用對(duì)此

7、加以改進(jìn)的PiIV結(jié)構(gòu)。特別是采用外延型PiN結(jié)構(gòu)的所謂的快恢復(fù)外延二極管（Fast Recaery Epitaxial Diode-FRED)，其反向恢復(fù)時(shí)間更短(可低于50ns)，正向壓降也很低(0.9V左右)，但其反向耐壓多在1200 V以下。不管是什么結(jié)構(gòu)，快恢復(fù)二極管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。 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 Bar-rier L3iad-SBD ,簡(jiǎn)稱(chēng)為肖特基二極管。肖特基二極管在信息電子電路中早就

8、得到了應(yīng)用，但直到20世紀(jì)80年代以來(lái)，由于工藝的發(fā)展才得以在電力電子電路中廣泛應(yīng)用。與以PIU結(jié)為基礎(chǔ)的電力二極管相比，肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)在于: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小，明顯低于快恢復(fù)二極管。因此，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)在于:當(dāng)所能承受的反向耐壓提高時(shí)其正向壓降也會(huì)高得不能滿(mǎn)足要求，因此多用于200V以下的低壓場(chǎng)合;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。小結(jié)：1、 本課程所學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容。2、 掌握電力二極

9、管的結(jié)構(gòu)和伏安特性。3、 學(xué)習(xí)電力二極管的主要參數(shù)和選擇。4、 認(rèn)識(shí)電力二極管的主要類(lèi)型。 作業(yè)布置：審批：后記：周次：時(shí)間：課題：1.2 晶閘管課時(shí)：2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)：1、了解晶閘管的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)通、關(guān)斷條件。 2、掌握晶閘管的工作原理。 3、掌握主要參數(shù)。重點(diǎn)、難點(diǎn)：晶閘管的工作原理教具：教材 粉筆教學(xué)方法：講授法時(shí)間分配：回顧 10分鐘 新授 70分鐘 小結(jié) 15分鐘 作業(yè)布置 5分鐘教學(xué)過(guò)程：第二節(jié) 晶閘管任務(wù)導(dǎo)入相關(guān)知識(shí)一、結(jié)構(gòu)外形有螺栓型和平板型兩種封裝引出陽(yáng)極A、陰極K和門(mén)極（控制端）G三個(gè)聯(lián)接端對(duì)于螺栓型封裝，通常螺栓是其陽(yáng)極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便平板型封裝的晶閘管可由兩個(gè)散

10、熱器將其夾在中間晶體管的特性是：在低發(fā)射極電流下a 是很小的，而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來(lái)之后，a 迅速增大。 阻斷狀態(tài)：IG=0，a1+a2很小。流過(guò)晶閘管的漏電流稍大于兩個(gè)晶體管漏電流之和。開(kāi)通（門(mén)極觸發(fā)）：注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致a1+a2趨近于1的話(huà)，流過(guò)晶閘管的電流IA（陽(yáng)極電流）將趨近于無(wú)窮大，實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通。IA實(shí)際由外電路決定。其他幾種可能導(dǎo)通的情況：陽(yáng)極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)。陽(yáng)極電壓上升率du/dt過(guò)高。結(jié)溫較高。光直接照射硅片，即光觸發(fā)。光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路之間的良好絕緣而應(yīng)用于高壓電力設(shè)備中，其它都因不易控制而難以應(yīng)用于實(shí)踐，稱(chēng)為光控晶閘管

11、（Light Triggered ThyristorLTT）。只有門(mén)極觸發(fā)（包括光觸發(fā)）是最精確、迅速而可靠的控制手段。 二 晶閘管的特性1. 靜態(tài)特性 總結(jié)前面介紹的工作原理，可以簡(jiǎn)單歸納晶閘管正常工作時(shí)的特性如下：承受反向電壓時(shí)，不論門(mén)極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。承受正向電壓時(shí)，僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開(kāi)通。晶閘管一旦導(dǎo)通，門(mén)極就失去控制作用。要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下 。晶閘管的伏安特性 第I象限的是正向特性 第III象限的是反向特性晶閘管的伏安特性IG2>IG1>IG1) 正向特性 IG=0時(shí)，器件兩端施加正向電壓，正向

12、阻斷狀態(tài)，只有很小的正向漏電流流過(guò)，正向電壓超過(guò)臨界極限即正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開(kāi)通。隨著門(mén)極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低。導(dǎo)通后的晶閘管特性和二極管的正向特性相仿。晶閘管本身的壓降很小，在1V左右。導(dǎo)通期間，如果門(mén)極電流為零，并且陽(yáng)極電流降至接近于零的某一數(shù)值IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài)。IH稱(chēng)為維持電流。2) 反向特性晶閘管上施加反向電壓時(shí)，伏安特性類(lèi)似二極管的反向特性。 晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)時(shí)，只有極小的反相漏電流流過(guò)。當(dāng)反向電壓超過(guò)一定限度，到反向擊穿電壓后，外電路如無(wú)限制措施，則反向漏電流急劇增加，導(dǎo)致晶閘管發(fā)熱損壞。2. 動(dòng)態(tài)特性晶閘管的開(kāi)通和關(guān)斷

13、過(guò)程波形1) 開(kāi)通過(guò)程延遲時(shí)間td：門(mén)極電流階躍時(shí)刻開(kāi)始，到陽(yáng)極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的10%的時(shí)間。上升時(shí)間tr：陽(yáng)極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時(shí)間。開(kāi)通時(shí)間tgt以上兩者之和，tgt=td+ tr （1-6）普通晶閘管延遲時(shí)為0.51.5ms，上升時(shí)間為0.53ms。晶閘管的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程波形2) 關(guān)斷過(guò)程反向阻斷恢復(fù)時(shí)間trr：正向電流降為零到反向恢復(fù)電流衰減至接近于零的時(shí)間正向阻斷恢復(fù)時(shí)間tgr：晶閘管要恢復(fù)其對(duì)正向電壓的阻斷能力還需要一段時(shí)間在正向阻斷恢復(fù)時(shí)間內(nèi)如果重新對(duì)晶閘管施加正向電壓，晶閘管會(huì)重新正向?qū)ā?shí)際應(yīng)用中，應(yīng)對(duì)晶閘管施加足夠長(zhǎng)時(shí)間的反向電壓，使晶閘管充分恢復(fù)其

14、對(duì)正向電壓的阻斷能力，電路才能可靠工作。 關(guān)斷時(shí)間tq：trr與tgr之和，即 tq=trr+tgr , 普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約幾百微秒。三、晶閘管的主要參數(shù)1. 電壓定額1)  通態(tài)平均電流 IT(AV) 晶閘管在環(huán)境溫度為40°C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫時(shí)所允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值。標(biāo)稱(chēng)其額定電流的參數(shù)。2)  維持電流 IH : 使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安，與結(jié)溫有關(guān)。結(jié)溫越高，則IH越小。3)  擎住電流 IL 晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后， 能維持導(dǎo)通所需的最小電流

15、對(duì)同一晶閘管來(lái)說(shuō)，通常IL約為IH的24倍。4) 浪涌電流ITSM指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過(guò)額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過(guò)載電流 。 2. 電流定額1)  通態(tài)平均電流 IT(AV) 2)  維持電流 IH 3)  擎住電流 IL 4) 浪涌電流ITSM3. 動(dòng)態(tài)參數(shù)除開(kāi)通時(shí)間tgt和關(guān)斷時(shí)間tq外，還有： (1) 斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt 在阻斷的晶閘管兩端施加的電壓具有正向的上升率時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)電容的J2結(jié)會(huì)有充電電流流過(guò)，被稱(chēng)為位移電流。此電流流經(jīng)J3結(jié)時(shí)，起到類(lèi)似門(mén)極觸發(fā)電流的作用。如果電壓上升率過(guò)大，使充電電流足夠大，就會(huì)使晶閘管誤

16、導(dǎo)通 。(2) 通態(tài)電流臨界上升率di/dtØ 如果電流上升太快，則晶閘管剛一開(kāi)通，便會(huì)有很大的電流集中在門(mén)極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而造成局部過(guò)熱而使晶閘管損壞小結(jié)：本節(jié)主要了解電力電子技術(shù)的基本元件之一晶閘管的結(jié)構(gòu)、工作原理、伏安特性能和晶閘管的主要參數(shù)，要求學(xué)生完全掌握以便為后續(xù)的知識(shí)做準(zhǔn)備。作業(yè)布置：審批：后記：周次：時(shí)間：課題：第三節(jié) 雙向晶閘管及其他派生晶閘管 第二章 第一節(jié) 門(mén)極關(guān)斷晶閘管課時(shí)：2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)：1、了解雙向晶閘管及其他派生晶閘管的簡(jiǎn)單原理 2、了解GTO的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 3、掌握GTO的特性和主要參數(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)：GTO的工作原理和特性教具：教材教學(xué)方法：講

17、授法時(shí)間分配：回顧 10分鐘 新授 70分鐘 小結(jié) 15分鐘 作業(yè)布置 5分鐘 教學(xué)過(guò)程：第三節(jié) 雙向晶閘管及其派生晶閘管任務(wù)導(dǎo)入相關(guān)知識(shí)晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理a) 雙晶體管模型 b) 工作原理1. 快速晶閘管（Fast Switching ThyristorFST）包括所有專(zhuān)為快速應(yīng)用而設(shè)計(jì)的晶閘管，有快速晶閘管和高頻晶閘管。管芯結(jié)構(gòu)和制造工藝進(jìn)行了改進(jìn)，開(kāi)關(guān)時(shí)間以及du/dt和di/dt耐量都有明顯改善。普通晶閘管關(guān)斷時(shí)間數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)十微秒，高頻晶閘管10ms左右。高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額都不易做高。由于工作頻率較高，選擇通態(tài)平均電流時(shí)不能忽略其開(kāi)關(guān)損耗的發(fā)

18、熱效應(yīng)。2.雙向晶閘管（Triode AC SwitchTRIAC或Bidirectional triode thyristor）3. 逆導(dǎo)晶閘管（Reverse Conducting ThyristorRCT）4. 光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT）第二章 第一節(jié) GTO1. GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)：與普通晶閘管的相同點(diǎn)： PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽(yáng)極、陰極和門(mén)極。和普通晶閘管的不同點(diǎn)：GTO是一種多元的功率集成器件，內(nèi)部包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽(yáng)極的小GTO元，這些GTO元的陰極和門(mén)極則在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起。工作原理：與普通晶閘管一樣，可以用圖

19、1-7所示的雙晶體管模型來(lái)分析。 GTO能夠通過(guò)門(mén)極關(guān)斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別：由上述分析我們可以得到以下結(jié)論：GTO導(dǎo)通過(guò)程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時(shí)飽和程度較淺。GTO關(guān)斷過(guò)程：強(qiáng)烈正反饋門(mén)極加負(fù)脈沖即從門(mén)極抽出電流，則Ib2減小，使IK和Ic2減小，Ic2的減小又使 IA和Ic1減小，又進(jìn)一步減小V2的基極電流。當(dāng)IA和IK的減小使a1+a2<1時(shí)，器件退出飽和而關(guān)斷。多元集成結(jié)構(gòu)還使GTO比普通晶閘管開(kāi)通過(guò)程快，承受di/dt能力強(qiáng) 。2. GTO的動(dòng)態(tài)特性開(kāi)通過(guò)程：與普通晶閘管類(lèi)似，需經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr。關(guān)斷過(guò)程：與普通晶閘管有所不同抽取飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的

20、大量載流子儲(chǔ)存時(shí)間ts，使等效晶體管退出飽和。等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū)，陽(yáng)極電流逐漸減小下降時(shí)間tf 。殘存載流子復(fù)合尾部時(shí)間tt 。通常tf比ts小得多，而tt比ts要長(zhǎng)。門(mén)極負(fù)脈沖電流幅值越大，前沿越陡，抽走儲(chǔ)存載流子的速度越快，ts越短。門(mén)極負(fù)脈沖的后沿緩慢衰減，在tt階段仍保持適當(dāng)負(fù)電壓，則可縮短尾部時(shí)間 。3. GTO的主要參數(shù)最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流IATO術(shù)語(yǔ)用法：電力晶體管（Giant TransistorGTR，直譯為巨型晶體管）耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT），英文有時(shí)候也稱(chēng)為Power BJT。在電力電子技術(shù)的

21、范圍內(nèi)，GTR與BJT這兩個(gè)名稱(chēng)等效。  應(yīng)用20世紀(jì)80年代以來(lái)，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代。小結(jié)：本節(jié)主要講述了GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理，工作原理和普通晶閘管做比較讓學(xué)生更好的掌握GTO 的工作原理，在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)GTO的特性和主要參數(shù)。作業(yè)布置：審批：后記：周次：時(shí)間：課題：第二節(jié) 電力晶閘管第三節(jié) 電力場(chǎng)效應(yīng)晶閘管課時(shí)：2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)：1、簡(jiǎn)單了解電力晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理 2、掌握電力場(chǎng)效應(yīng)晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理 3、掌握電力場(chǎng)效應(yīng)晶閘管的特性和參數(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)：電力場(chǎng)效應(yīng)晶閘管的工作原理教具：教材教學(xué)方法：講授法時(shí)間分

22、配：回顧 10分鐘 新授 70分鐘 小結(jié) 15分鐘 作業(yè)布置 5分鐘 教學(xué)過(guò)程：1. GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。當(dāng)考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流Iceo時(shí)，ic和ib的關(guān)系為 ic=b ib +Iceo ，產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中通常給直流電流增益hFE在直流工作情況下集電極電流與基極電流之比。一般可認(rèn)為b»hFE 。單管GTR的b 值比小功率的晶體管小得多，通常為10左右，采用達(dá)林頓接法可有效增大電流增益。2. GTR的基本特性 (1)  靜態(tài)特性共發(fā)射極接法時(shí)的典型輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。在電力電子電路中GTR工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即工作在截止

23、區(qū)或飽和區(qū)在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過(guò)渡時(shí)，要經(jīng)過(guò)放大區(qū)(2)  動(dòng)態(tài)特性開(kāi)通過(guò)程延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr，二者之和為開(kāi)通時(shí)間ton。td主要是由發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容和集電結(jié)勢(shì)壘電容充電產(chǎn)生的。增大ib的幅值并增大dib/dt，可縮短延遲時(shí)間，同時(shí)可縮短上升時(shí)間，從而加快開(kāi)通過(guò)程 。關(guān)斷過(guò)程儲(chǔ)存時(shí)間ts和下降時(shí)間tf，二者之和為關(guān)斷時(shí)間toff 。ts是用來(lái)除去飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存在基區(qū)的載流子的，是關(guān)斷時(shí)間的主要部分。減小導(dǎo)通時(shí)的飽和深度以減小儲(chǔ)存的載流子，或者增大基極抽取負(fù)電流Ib2的幅值和負(fù)偏壓，可縮短儲(chǔ)存時(shí)間，從而加快關(guān)斷速度。負(fù)面作用是會(huì)使集電極和發(fā)射極間的飽和導(dǎo)通壓降Uc

24、es增加，從而增大通態(tài)損耗。GTR的開(kāi)關(guān)時(shí)間在幾微秒以?xún)?nèi)，比晶閘管和GTO都短很多 。3. GTR的主要參數(shù) 前已述及：電流放大倍數(shù)b、直流電流增益hFE、集射極間漏電流Iceo、集射極間飽和壓降Uces、開(kāi)通時(shí)間ton和關(guān)斷時(shí)間toff (此外還有)：1) 最高工作電壓 GTR上電壓超過(guò)規(guī)定值時(shí)會(huì)發(fā)生擊穿，擊穿電壓不僅和晶體管本身特性有關(guān)，還與外電路接法有關(guān)。BUcbo> BUcex> BUces> BUcer> Buceo實(shí)際使用時(shí)，為確保安全，最高工作電壓要比BUceo低得多。 2) 集電極最大允許電流IcM通常規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的1/21/3時(shí)所

25、對(duì)應(yīng)的Ic，實(shí)際使用時(shí)要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一點(diǎn)。 3) 集電極最大耗散功率PcM最高工作溫度下允許的耗散功率產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中給PcM時(shí)同時(shí)給出殼溫TC，間接表示了最高工作溫度 。4. GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)一次擊穿集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，Ic迅速增大，出現(xiàn)雪崩擊穿。只要Ic不超過(guò)限度，GTR一般不會(huì)損壞，工作特性也不變。二次擊穿一次擊穿發(fā)生時(shí)Ic增大到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)會(huì)突然急劇上升，并伴隨電壓的陡然下降。常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變 。安全工作區(qū)（Safe Operating AreaSOA）最高電壓UceM、集電極最大電流IcM、最大耗散功率PcM

26、、二次擊穿臨界線(xiàn)限定。也分為結(jié)型和絕緣柵型（類(lèi)似小功率Field Effect TransistorFET）1. 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理電力MOSFET的種類(lèi)按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道耗盡型當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道增強(qiáng)型對(duì)于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道2. 電力MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型電力MOSFET的結(jié)構(gòu)小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷娏OSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)為VMOSFET（Vertical MOSFET）大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。按垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的差異，又分為利用V型槽實(shí)現(xiàn)垂直導(dǎo)電的VVMOS

27、FET和具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散MOS結(jié)構(gòu)的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET）。這里主要以VDMOS器件為例進(jìn)行討論電力MOSFET的工作原理截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無(wú)電流流過(guò)。導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS柵極是絕緣的，所以不會(huì)有柵極電流流過(guò)。但柵極的正電壓會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開(kāi)，而將P區(qū)中的少子電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。當(dāng)UGS大于UT（開(kāi)啟電壓或閾值電壓）時(shí)，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過(guò)空穴濃度，使P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失

28、，漏極和源極導(dǎo)電 。1) 靜態(tài)特性漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱(chēng)為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性。ID較大時(shí)，ID與UGS的關(guān)系近似線(xiàn)性，曲線(xiàn)的斜率定義為跨導(dǎo)Gfs。MOSFET的漏極伏安特性：截止區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的截止區(qū)）飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的放大區(qū)）非飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的飽和區(qū)）電力MOSFET工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換。電力MOSFET漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時(shí)器件導(dǎo)通。電力MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對(duì)器件并聯(lián)時(shí)的均流有利。2)  動(dòng)態(tài)特性開(kāi)通過(guò)程開(kāi)通延遲時(shí)間td(on) up前沿時(shí)刻到uGS=UT并開(kāi)始出現(xiàn)iD的時(shí)刻間的時(shí)

29、間段。上升時(shí)間tr uGS從uT上升到MOSFET進(jìn)入非飽和區(qū)的柵壓UGSP的時(shí)間段。iD穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓UE和漏極負(fù)載電阻決定。UGSP的大小和iD的穩(wěn)態(tài)值有關(guān)UGS達(dá)到UGSP后，在up作用下繼續(xù)升高直至達(dá)到穩(wěn)態(tài)，但iD已不變。開(kāi)通時(shí)間ton開(kāi)通延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和。關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷延遲時(shí)間td(off) up下降到零起，Cin通過(guò)Rs和RG放電，uGS按指數(shù)曲線(xiàn)下降到UGSP時(shí)，iD開(kāi)始減小止的時(shí)間段。下降時(shí)間tf uGS從UGSP繼續(xù)下降起，iD減小，到uGS<UT時(shí)溝道消失，iD下降到零為止的時(shí)間段。關(guān)斷時(shí)間toff關(guān)斷延遲時(shí)間和下降時(shí)間之和。MOSFET的開(kāi)關(guān)速度MOSFE

30、T的開(kāi)關(guān)速度和Cin充放電有很大關(guān)系。使用者無(wú)法降低Cin，但可降低驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)阻Rs減小時(shí)間常數(shù)，加快開(kāi)關(guān)速度。MOSFET只靠多子導(dǎo)電，不存在少子儲(chǔ)存效應(yīng)，因而關(guān)斷過(guò)程非常迅速。開(kāi)關(guān)時(shí)間在10100ns之間，工作頻率可達(dá)100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。場(chǎng)控器件，靜態(tài)時(shí)幾乎不需輸入電流。但在開(kāi)關(guān)過(guò)程中需對(duì)輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動(dòng)功率。開(kāi)關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動(dòng)功率越大。小結(jié)：本節(jié)主要簡(jiǎn)單了解電力晶閘管的工作原理和掌握電力場(chǎng)效應(yīng)晶閘管的工作原理及特性并與其他晶閘管做比較。作業(yè)布置：審批：后記：周次：時(shí)間：課題：第四節(jié) 絕緣柵雙極晶閘管課時(shí)：2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)：1 掌握絕緣柵雙極晶

31、閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理2 掌握絕緣柵雙極晶閘管的特性3掌握絕緣柵雙極晶閘管的主要參數(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)：1.絕緣柵雙及晶閘管的工作原理2絕緣柵雙極晶閘管的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)教具：教材教學(xué)方法：講授法時(shí)間分配：回顧 10分鐘 新授 70分鐘 小結(jié) 15分鐘 作業(yè)布置 5分鐘 教學(xué)過(guò)程：第四節(jié) 絕緣柵雙極晶閘管 相關(guān)知識(shí)GTR和GTO的特點(diǎn)雙極型，電流驅(qū)動(dòng)，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通流能力很強(qiáng)，開(kāi)關(guān)速度較低，所需驅(qū) 動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。MOSFET的優(yōu)點(diǎn)單極型，電壓驅(qū)動(dòng)，開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。兩類(lèi)器件取長(zhǎng)補(bǔ)短結(jié)合而成的復(fù)合器件Bi-MOS器件  絕緣柵雙

32、極晶體管（Insulated-gate Bipolar Transistor IGBT或IGT） GTR和MOSFET復(fù)合，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，具有好的特性。1986年投入市場(chǎng)后，取代了GTR和一部分MOSFET的市場(chǎng),中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位。1. IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極EIGBT的結(jié)構(gòu)圖2-17N溝道VDMOSFET與GTR組合N溝道IGBT（N-IGBT）IGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，形成了一個(gè)大面積的P+N結(jié)J1。使IGBT導(dǎo)通時(shí)由P+注入?yún)^(qū)向N基區(qū)發(fā)射少子，從而對(duì)漂移區(qū)電導(dǎo)率

33、進(jìn)行調(diào)制，使得IGBT具有很強(qiáng)的通流能力。簡(jiǎn)化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管。 RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。IGBT的原理 驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相同，場(chǎng)控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定。導(dǎo)通：uGE大于開(kāi)啟電壓UGE(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。導(dǎo)通壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使通態(tài)壓降小。關(guān)斷：柵射極間施加反壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。2. IGBT的基本特性 1) IGBT的靜態(tài)特性轉(zhuǎn)

34、移特性IC與UGE間的關(guān)系，與MOSFET轉(zhuǎn)移特性類(lèi)似。開(kāi)啟電壓UGE(th)IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓。UGE(th)隨溫度升高而略有下降，在+25°C時(shí)，UGE(th)的值一般為26V。輸出特性（伏安特性）以UGE為參考變量時(shí)，IC與UCE間的關(guān)系。分為三個(gè)區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。分別與GTR的截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)相對(duì)應(yīng)。uCE<0時(shí)，IGBT為反向阻斷工作狀態(tài)。2)   IGBT的動(dòng)態(tài)特性  IGBT的開(kāi)通過(guò)程       與MOSFET的相似，

35、因?yàn)殚_(kāi)通過(guò)程中IGBT在大部分時(shí)間作為MOSFET運(yùn)行。開(kāi)通延遲時(shí)間td(on) 從uGE上升至其幅值10%的時(shí)刻，到iC上升至10% ICM²  。     電流上升時(shí)間tr iC從10%ICM上升至90%ICM所需時(shí)間。開(kāi)通時(shí)間ton開(kāi)通延遲時(shí)間與電流上升時(shí)間之和。uCE的下降過(guò)程分為tfv1和tfv2兩段。tfv1IGBT中MOSFET單獨(dú)工作的電壓下降過(guò)程；tfv2MOSFET和PNP晶體管同時(shí)工作的電壓下降過(guò)程。IGBT的關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷延遲時(shí)間td(off) 從uGE后沿下降到其幅值90%的時(shí)刻起，到iC下降至90%

36、ICM 。電流下降時(shí)間iC從90%ICM下降至10%ICM 。關(guān)斷時(shí)間toff關(guān)斷延遲時(shí)間與電流下降之和。電流下降時(shí)間又可分為tfi1和tfi2兩段。tfi1IGBT內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過(guò)程，iC下降較快；tfi2IGBT內(nèi)部的PNP晶體管的關(guān)斷過(guò)程，iC下降較慢。IGBT中雙極型PNP晶體管的存在，雖然帶來(lái)了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的好處，但也引入了少子儲(chǔ)存現(xiàn)象，因而IGBT的開(kāi)關(guān)速度低于電力MOSFET。IGBT的擊穿電壓、通態(tài)壓降和關(guān)斷時(shí)間也是需要折衷的參數(shù)。高壓器件的N基區(qū)必須有足夠?qū)挾群洼^高的電阻率，這會(huì)引起通態(tài)壓降的增大和關(guān)斷時(shí)間的延長(zhǎng)。小結(jié)：1.IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理2. IGBT的特

37、性和基本參數(shù)3. IGBT和其他晶閘管的比較作業(yè)布置：審批：后記：周次：時(shí)間：課題：第三章 第一節(jié) 典型全控型電力電子器件的驅(qū)動(dòng) 課時(shí)：2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)：1 掌握電流驅(qū)動(dòng)器件及驅(qū)動(dòng)電路2 掌握電壓驅(qū)動(dòng)器件及驅(qū)動(dòng)電路3 掌握電壓驅(qū)動(dòng)和電流驅(qū)動(dòng)在什么條件下使用重點(diǎn)、難點(diǎn)：GTO的驅(qū)動(dòng)原理教具：傳感器模塊教學(xué)方法：教材時(shí)間分配：新授20分鐘 實(shí)操 80分鐘 教學(xué)過(guò)程：回顧 10分鐘 新授 70分鐘 小結(jié) 15分鐘 作業(yè)布置 5分鐘第一節(jié) 典型全控型電力電子器件的驅(qū)動(dòng)相關(guān)知識(shí)驅(qū)動(dòng)電路主電路與控制電路之間的接口使電力電子器件工作在較理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，減小開(kāi)關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全

38、性都有重要的意義。 對(duì)器件或整個(gè)裝置的一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。光隔離一般采用光耦合器。磁隔離的元件通常是脈沖變壓器。按照驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號(hào)的性質(zhì)分可分為電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型。驅(qū)動(dòng)電路具體形式可為分立元件的，但目前的趨勢(shì)是采用專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)電路。雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內(nèi)的混合集成電路。為達(dá)到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產(chǎn)廠(chǎng)家專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的集成驅(qū)動(dòng)電路。光耦合器的類(lèi)型及基本接法一 電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路 1.GTO和GTR是電流驅(qū)動(dòng)型器件。 GTO

39、的開(kāi)通控制與普通晶閘管相似，但對(duì)觸發(fā)脈沖前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門(mén)極電流.使GTO關(guān)斷需施加負(fù)門(mén)極電流，對(duì)其幅值和陡度的要求更高，幅值需達(dá)陽(yáng)極電流的1 /3左右，陡度需達(dá)50A/s，強(qiáng)負(fù)脈沖寬度約30s，負(fù)脈沖總寬約100s,關(guān)斷后還應(yīng)在門(mén)陰極施加約5V的負(fù)偏壓，以提高抗干。 推薦的GTO門(mén)極電壓電流波形GTO一般用于大容量電路的場(chǎng)合，其驅(qū)動(dòng)電路通常包括開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電路、關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門(mén)極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器藕合式和直接藕合式兩種類(lèi)型。直接藕合式驅(qū)動(dòng)電路可避免電路內(nèi)部的相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿，因此目前應(yīng)用較廣，但其功耗大，效率較低。 使GT

40、R開(kāi)通的基極驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)使其處于準(zhǔn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使之不進(jìn)人放大區(qū)和深飽和區(qū)。關(guān)斷GTR時(shí)，施加一定的負(fù)基極電流有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗，關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間施加一定幅值(6V左右)的負(fù)偏壓。GTR驅(qū)動(dòng)電流的前沿上升時(shí)間應(yīng)小于1s，以保證它能快速開(kāi)通和關(guān)斷。理想的GTR基極驅(qū)動(dòng)電流波形如圖所示二 電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路 1. IGBT和功率MOSFET對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求IGBT和功率MOSFET都是壓控器件，門(mén)極輸入阻抗高，所需驅(qū)動(dòng)功率小，較GTO和大功率晶體管的門(mén)極驅(qū)動(dòng)容易，IGBT和功率MOSFET器件對(duì)門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路的要求如下:(1)通常IGBT和功率MOSFET的門(mén)極電壓最大定額為士

41、2Ov，若超過(guò)此值，門(mén)極就會(huì)被擊穿，導(dǎo)致器件損壞。為防止門(mén)極過(guò)壓，可采用穩(wěn)壓管作保護(hù)。(2)這兩種器件都存在2.5 -5V的門(mén)極閉值電壓，驅(qū)動(dòng)信號(hào)低于此閉值電壓時(shí)，器件是不導(dǎo)通的。要使器件導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須大于其闡值電壓。當(dāng)要求功率器件工作子開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須保證器件工作于飽和狀態(tài)，否則也會(huì)造成器件損壞。正向門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓幅值的選取應(yīng)考慮在額定運(yùn)行與一定過(guò)載情況下器件不退出飽和為前提，正向門(mén)極電壓愈高、通態(tài)壓降愈小，通態(tài)損耗愈小，對(duì)無(wú)短路保護(hù)的驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電壓高一些有好處，可使器件在各種過(guò)流場(chǎng)合仍工作于飽和狀態(tài)。通常，正向門(mén)極電壓取15V在有短路保護(hù)的場(chǎng)合，不希望器件工作干過(guò)飽和狀態(tài)，因

42、為驅(qū)動(dòng)電壓小一些，可減小短路電流，對(duì)短路保護(hù)有好處。有短路保護(hù)的場(chǎng)合，門(mén)極電壓取13V較合適。 另外，為了減小開(kāi)通損耗，門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的前沿要陡。IGBT和功率MOSFET的門(mén)極等效為一電容負(fù)載，所以要求驅(qū)動(dòng)信號(hào)源的內(nèi)阻要小。 (3)當(dāng)門(mén)極信號(hào)低于門(mén)極闡值電壓時(shí)，器件就關(guān)斷了。為了縮短器件的關(guān)斷時(shí)間.關(guān)斷過(guò)程中應(yīng)盡快放掉門(mén)極輸入電容上的電荷·器件關(guān)斷時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)提供低阻抗的放電通或門(mén)極反抽電路。一般門(mén)極反向電壓取(5-10)V .當(dāng)器件關(guān)斷后門(mén)極加上一定幅值的反壓可提高抗干擾能力。 ( 4 ) IGBT門(mén)極與發(fā)射極(對(duì)MSS器件而言是門(mén)極與源極)之間是絕緣的，不需要穩(wěn)態(tài)輸入電流，但由

43、干存在門(mén)極輸入電容，所以驅(qū)動(dòng)電路需提供動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電流。器件的電流定額愈大，輸入電容愈大;電壓定額愈大，輸入電容也愈大，當(dāng)大功率器件作高頻運(yùn)行時(shí)，門(mén)極驅(qū)動(dòng)電流和驅(qū)動(dòng)功率也是不小的 ,驅(qū)動(dòng)電路必須能提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流和功率。 （5）IGBT和功率MOSFET是高速開(kāi)關(guān)器件，在大電流的運(yùn)行場(chǎng)合，關(guān)斷時(shí)間不宜過(guò)短、否則會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的集電極尖峰電壓。門(mén)極電阻對(duì)IGBT和功率MOSFET的開(kāi)關(guān)時(shí)間有直接的影響。門(mén)極電阻過(guò)小，關(guān)斷時(shí)間過(guò)短，關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的集電極尖峰電壓過(guò)高，對(duì)器件造成危險(xiǎn)，所以門(mén)極電阻的下限受到器件的關(guān)斷安全區(qū)的限制。門(mén)極極電阻過(guò)大，器件的開(kāi)關(guān)速度降低，開(kāi)關(guān)損耗增大，也會(huì)對(duì)器件的安全運(yùn)行造成危險(xiǎn)，

44、所以門(mén)極電阻Rg的上限受到開(kāi)關(guān)損耗的限制。 (6)驅(qū)動(dòng)電路與控制電路之間應(yīng)隔離。驅(qū)動(dòng)電路與門(mén)極之間的引線(xiàn)應(yīng)盡可能短，并用絞線(xiàn)，使門(mén)極電路的閉合電路面積最小，以防止感應(yīng)噪聲的影響。采用光藕器件隔離時(shí)，應(yīng)選用高的共模噪聲抑制器件，能耐高電壓變化率。小結(jié)：1.電流型驅(qū)動(dòng)器件的驅(qū)動(dòng)電路的控制 2.電壓型驅(qū)動(dòng)器件的驅(qū)動(dòng)電路的要求作業(yè)布置：審批：后記：周次：時(shí)間：課題：第二節(jié) 電力電子器件的保護(hù)課時(shí)：2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)：1 掌握過(guò)電壓產(chǎn)生的原因和分類(lèi)2 掌握過(guò)電壓保護(hù)措施3 掌握過(guò)電流產(chǎn)生的原因和分類(lèi)4 掌握過(guò)電流保護(hù)措施重點(diǎn)、難點(diǎn)：過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)的措施教具：教材教學(xué)方法：講授法時(shí)間分配：回顧 10分鐘

45、新授 70分鐘 小結(jié) 15分鐘 作業(yè)布置 5分鐘教學(xué)過(guò)程： 電力電子器件的保護(hù) 相關(guān)知識(shí)一、 過(guò)電壓保護(hù)1過(guò)電壓產(chǎn)生的原因及分類(lèi) 電力電子裝置可能的過(guò)電壓外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓外因過(guò)電壓主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)中的操作過(guò)程等外因。 (1)  操作過(guò)電壓：由分閘、合閘等開(kāi)關(guān)操作引起。 (2)  雷擊過(guò)電壓：由雷擊引起內(nèi)因過(guò)電壓主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程。 (1) 換相過(guò)電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過(guò)，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，該反向電流急劇減小，會(huì)由線(xiàn)路電感在器件兩端感應(yīng)出過(guò)電壓。 (2) 關(guān)斷過(guò)電壓：全控型器件

46、關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線(xiàn)路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓。 2過(guò)電壓的保護(hù)措施過(guò)電壓抑制措施及配置位置二、過(guò)電流保護(hù) 電力電子電路運(yùn)行不正常或者發(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過(guò)電流。過(guò)電流分過(guò)載和短路兩種情況。圖中給出了各種過(guò)電流保護(hù)措施及其配置位置，其中采用快速熔斷器、直流快速斷路器和過(guò)電流繼電器是較為常用的措施。一般電力電子裝置均同時(shí)采用幾種過(guò)電流保護(hù)措施，以提高保護(hù)的可靠性和合理性。在選擇各種保護(hù)措施時(shí)應(yīng)注意相互協(xié)調(diào)。通常，電子電路作為第一保護(hù)措施，快速熔斷器僅作為短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過(guò)電流繼電器整定在過(guò)載時(shí)動(dòng)作。 采用快速熔斷器(簡(jiǎn)稱(chēng)快熔)

47、是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過(guò)電流保護(hù)措施。在選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮:1）電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)熔斷后快熔實(shí)際承受的電壓來(lái)確定。2）電流容量應(yīng)按其在主電路中的接人方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定?？烊垡话闩c電力半導(dǎo)體器件串聯(lián)連接，在小容量裝置中也可串接于閥側(cè)交流母線(xiàn)或直流母線(xiàn)中。 3)快熔的It值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許It，值。 4)為保證熔體在正常過(guò)載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性?？烊蹖?duì)器件的保護(hù)方式可分為全保護(hù)和短路保護(hù)兩種。全保護(hù)是指不論過(guò)載還是短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，此方式只適用于小功率裝置或器件使用裕度較大的場(chǎng)合。短路保護(hù)方式是指快熔只在短路電流較大的區(qū)域內(nèi)起保護(hù)作用，此方式需與其他過(guò)電流保

48、護(hù)措施相配合?？烊垭娏魅萘康木唧w選擇方法可參考有關(guān)的工程手冊(cè)。對(duì)一些重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或者工作頻率較高、很難用快速熔斷器保護(hù)的全控型器件，需要采用電子電路進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)。除了對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的沖擊電流等變化較慢的過(guò)電流可以利用控制系統(tǒng)本身調(diào)節(jié)器對(duì)電流的限制作用之外，需設(shè)置專(zhuān)門(mén)的過(guò)電流保護(hù)電子電路，檢測(cè)到過(guò)流之后直接調(diào)節(jié)觸發(fā)或驅(qū)動(dòng)電路，或者關(guān)斷被保護(hù)器件。此外，常在全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置過(guò)電流保護(hù)環(huán)節(jié)，這對(duì)器件過(guò)電流的響應(yīng)是最快的。小結(jié)：1.電力電子器件的過(guò)電壓及過(guò)電流產(chǎn)生的原因有哪些。 2.電力電子器件的過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)有哪些措施。作業(yè)布置：審批：后記：周次：時(shí)間：課題：第三節(jié)

49、 電力電子器件的緩沖電路 第四節(jié) 電力電子器件的串、并聯(lián)使用課時(shí)：2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)：1、認(rèn)識(shí)什么是緩沖電路 2、掌握耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路的工作方式 3、掌握晶閘管串、并聯(lián)使用的方法重點(diǎn)、難點(diǎn)：耗能式緩沖電路的工作原理教具：教材教學(xué)方法：講授法時(shí)間分配：回顧 10分鐘 新授 70分鐘 小結(jié) 15分鐘 作業(yè)布置 5分鐘教學(xué)過(guò)程： 電力電子器件的緩沖電路相關(guān)知識(shí)緩沖電路（Snubber Circuit）緩沖電路（吸收電路）：抑制器件的內(nèi)因過(guò)電壓、du/dt、過(guò)電流和di/dt，減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。關(guān)斷緩沖電路（du/dt抑制電路）吸收器件的關(guān)斷過(guò)電壓和換相過(guò)電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗

50、。開(kāi)通緩沖電路（di/dt抑制電路）抑制器件開(kāi)通時(shí)的電流過(guò)沖和di/dt，減小器件的開(kāi)通損耗。將關(guān)斷緩沖電路和開(kāi)通緩沖電路結(jié)合在一起復(fù)合緩沖電路。其他分類(lèi)法：耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路（無(wú)損吸收電路）。通常將緩沖電路專(zhuān)指關(guān)斷緩沖電路，將開(kāi)通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。緩沖電路作用分析無(wú)緩沖電路：V開(kāi)通時(shí)電流迅速上升，di/dt很大。關(guān)斷時(shí)du/dt很大，并出現(xiàn)很高的過(guò)電壓。有緩沖電路：V開(kāi)通時(shí)：Cs通過(guò)Rs向V放電，使iC先上一個(gè)臺(tái)階，以后因有Li，iC上升速度減慢。V關(guān)斷時(shí)：負(fù)載電流通過(guò)VDs向Cs分流，減輕了V的負(fù)擔(dān)，抑制了du/dt和過(guò)電壓。緩沖電路中的元件選取及其他注意事項(xiàng)Cs

51、和Rs的取值可實(shí)驗(yàn)確定或參考工程手冊(cè)。VDs必須選用快恢復(fù)二極管，額定電流不小于主電路器件的1/10。盡量減小線(xiàn)路電感，且選用內(nèi)部電感小的吸收電容。中小容量場(chǎng)合，若線(xiàn)路電感較小，可只在直流側(cè)設(shè)一個(gè)du/dt抑制電路。 對(duì)IGBT甚至可以?xún)H并聯(lián)一個(gè)吸收電容。晶閘管在實(shí)用中一般只承受換相過(guò)電壓，沒(méi)有關(guān)斷過(guò)電壓，關(guān)斷時(shí)也沒(méi)有較大的du/dt，一般采用RC吸收電路即可。電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用晶閘管的串聯(lián)目的：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時(shí)，可以串聯(lián)。問(wèn)題：理想串聯(lián)希望器件分壓相等，但因特性差異，使器件電壓分配不均勻。靜態(tài)不均壓：串聯(lián)的器件流過(guò)的漏電流相同，但因靜態(tài)伏安特性的分散性，各器

52、件分壓不等。承受電壓高的器件首先達(dá)到轉(zhuǎn)折電壓而導(dǎo)通，使另一個(gè)器件承擔(dān)全部電壓也導(dǎo)通，失去控制作用。反向時(shí)，可能使其中一個(gè)器件先反向擊穿，另一個(gè)隨之擊穿。晶閘管的串聯(lián)靜態(tài)均壓措施：選用參數(shù)和特性盡量一致的器件采用電阻均壓，Rp的阻值應(yīng)比器件阻斷時(shí)的正、反向電阻小得多。動(dòng)態(tài)不均壓由于器件動(dòng)態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均壓。動(dòng)態(tài)均壓措施：選擇動(dòng)態(tài)參數(shù)和特性盡量一致的器件。用RC并聯(lián)支路作動(dòng)態(tài)均壓。采用門(mén)極強(qiáng)脈沖觸發(fā)可以顯著減小器件開(kāi)通時(shí)間上的差異。晶閘管的并聯(lián)目的：多個(gè)器件并聯(lián)來(lái)承擔(dān)較大的電流問(wèn)題：會(huì)分別因靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的差異而電流分配不均勻。 均流措施：挑選特性參數(shù)盡量一致的器件。采用

53、均流電抗器。用門(mén)極強(qiáng)脈沖觸發(fā)也有助于動(dòng)態(tài)均流。當(dāng)需要同時(shí)串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時(shí)，通常采用先串后并的方法聯(lián)接。電力MOSFET和IGBT并聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn)電力MOSFET并聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn)：Ron具有正溫度系數(shù)，具有電流自動(dòng)均衡的能力，容易并聯(lián)。注意選用Ron、UT、Gfs和Ciss盡量相近的器件并聯(lián)。電路走線(xiàn)和布局應(yīng)盡量對(duì)稱(chēng)?？稍谠礃O電路中串入小電感,起到均流電抗器的作用。  IGBT并聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn)：在1/2或1/3額定電流以下的區(qū)段，通態(tài)壓降具有負(fù)的溫度系數(shù)。在以上的區(qū)段則具有正溫度系數(shù)。并聯(lián)使用時(shí)也具有電流的自動(dòng)均衡能力，易于并聯(lián)。小結(jié)：1.什么是電力電子器件的緩沖電路2有緩沖電路

54、和無(wú)緩沖電路有什么不同3. 電力電子器件串、并聯(lián)的使用方法作業(yè)布置：審批：后記：周次：時(shí)間：課題：第四章 第一節(jié) 單相半波可控整流電路課時(shí)：2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)：1、掌握單相半波可控整流電路的工作原理 2、掌握不同負(fù)載下半波可控整流電路的整流情況 3、會(huì)對(duì)單相半波可控整流電路的主要參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算重點(diǎn)、難點(diǎn)：?jiǎn)蜗喟氩煽卣麟娐返墓ぷ髟斫叹撸航滩慕虒W(xué)方法：講授法時(shí)間分配：回顧 10分鐘 新授 70分鐘 小結(jié) 15分鐘 作業(yè)布置 5分鐘教學(xué)過(guò)程：相關(guān)知識(shí)帶電阻負(fù)載的工作情況變壓器T起變換電壓和隔離的作用電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同 ?；緮?shù)量關(guān)系首先，引入兩個(gè)重要的基本概念：觸發(fā)延遲角：從晶閘管開(kāi)始承受正向陽(yáng)極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度,用a表示,也稱(chēng)觸發(fā)角或控制角。導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱(chēng)為，用表示 。直流輸出電壓平均值為 &#