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大工21春《电力电子技术》在线作业答卷三

电力电子技巧领导材料三

主 题: 第一章 电力电子器件(第4节)

进修时光: 2021年4月12日--4月18日

内 容:

一、本周知识点及重难点分布

表3-1 本周知识点请求控制程度一览表



序号

进修知识点

请求控制程度

本周难点







懂得

熟悉

懂得

控制





1

门极可关断晶闸管GTO





★





2

电力晶体管GTR





★





3

电力场效应管MOSFET





★





4

绝缘栅双极晶体管IGBT





★







二、知识点详解

全控型器件:经由过程把持旌旗灯号既可能把持其导通,又可能把持其关断 。

典范代表:门极可关断晶闸管GTO、电力晶体管 GTR、电力场效应管MOSFET、绝缘栅双极晶体管 IGBT

【知识点1】典范全控性器件--门极可关断晶闸管GTO

1、门极可关断晶闸管(GTO):晶闸管的一种派生器件,可能经由过程在门极施加负的脉冲电流使其关断。

(1)GTO的构造跟任务道理



a)并联单位构造面表示图 b)电气标记

图3-1 GTO外部构造跟电气标记

构造特点:多元功率集成器件,便于实现门极把持关断。

导通:有正反应过程,饱跟程度较浅;关断:在门极加负脉冲。

(2)GTO的基本特点--静态特点

与一般晶闸管比拟,开经由过程程雷同,关断过程有所差别。

(3)重要参数

①最大可关断阳极电流 :由门极坚固关断为决定前提的最大阳极电流。

②电流关断增益:表现了GTO关断才能。



其中为门极负脉冲电流最大值

例: ,,则。

(4)优毛病及其利用

长处:处理高电压跟大电流,容量 6kV/4kA

毛病:驱动电路技巧难度大、价位高

利用:

①高电压、大功率的直流变更电路、逆变电路等,如CVCF、UPS;

②调频调压电源,如风机、水泵、轧机、牵引等交换变频调速体系中;

③特别实用于汽油机焚烧体系。

【知识点2】典范全控性器件--电力晶体管GTR

电力晶体管(GTR):俗称巨型晶体管,是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管,因此GTR偶然也称为Power BJT。

GTR存在耐压高、电流大、开关消耗小、开关时光短、保险任务区宽的长处;毛病是驱动电流较大、耐浪涌电流才能差、易受二次击穿。

(1)GTR构造跟任务道理



a)外部构造 b)电气标记

图3-2 GTR外部构造跟电气标记

与一般的双极性晶体管基本道理是一样的。

(2)GTR的基本特点:

1)静态特点--输出特点

图3-3 GTR共发射极时的输出特点

2)静态特点

开通时光=耽误时光+上升时光

关断时光=存储时光+降落时光

(3)GTR的重要参数:

1)电放逐大系数 :,为直流电流增益。

2)最高任务电压

①E开路时,反向击穿电压

②B开路时,击穿电压

③E与B间用电阻连接或短路连接时,击穿电压跟

④发射结反向偏置时,击穿电压

>>>> >最高任务电压

3)集电极最大容许电流:降落到规定值的1/2~1/3时,所对应的。

4)集电极最大耗散功率:GTR在最高结温下所容许的最大功率消耗 。



(4)GTR的二次击穿景象与保险任务区

一次击穿:当GTR的集电极电压降低至击穿电压时,敏捷增大,起首呈现的击穿是雪崩击穿,称为一次击穿,只有不超越限制,GTR一般不会破坏,任务特点也稳定。

二次击穿:一次击穿产生时,假如不限制集电极电流的增加,增大到某个临界点时会忽然急剧上升,同时电压蓦地降落,这种景象称为二次击穿。二次击穿轻则使器件耐压降落特点变差,重则破即招致器件的永久破坏,对GTR的迫害极大。

处理:出产厂家规定GTR的保险任务区(SOA )。

【知识点3】典范全控性器件--电力场效应管MOSFET

电力场效应管---分为结型(SIT)跟绝缘栅型(电力MOSFET),电力MOSFET按照导电沟道的差别可分为P沟道跟N沟道两类,其中每类又有耗尽型跟加强型两类,电力MOSFET重要指N沟道加强型器件。

电力MOSEFET属于电压把持器件,存在输入阻抗高、驱动电路简单、须要的驱动功率小、开关速度快、任务频率高、无二次击穿成绩、热牢固性优于GTR的长处,同时存在着电流容量小、耐压低、功率<10kW 的毛病。

(1)电力MOSFET的构造跟任务道理

1)构造特点:利用V型槽实现垂直导电。



a)外部构造 b)电气标记

图3-4 电力MOSFET的外部构造跟电气标记

2)任务道理(以VDMOS器件为例):

① 停止:漏源极间加正电源,栅源极间电压为零。

② 导电:在栅源极间加正电压。

(2)电力MOSFET的基本特点

1)静态特点

 

a)转移特点 b)输出特点

图3-5 电力MOSFET的转移特点跟输出特点

漏极电流跟栅源间电压的关联称为MOSFET的转移特点。

输出特点即漏极伏安特点指在必准时,漏极电流跟楼源电压之间的关联。输出特点分为停止区、饱跟区、非饱跟区。任务在开关状况,即在停止区跟非饱跟区之间来反转展转换。

2)静态特点

导通时光=导通耽误时光+电流上升时光

关断时光=关断耽误时光+降落时光

开关速度与输入电容充放电有关。

(3)电力MOSFET的重要参数:

1)漏源电压--电压定额

2)最大漏极直流电流--电流定额

3)开启电压 :2~4V

4)栅源击穿电压:规定

5)通态电阻

【知识点4】典范全控性器件--绝缘栅双极晶体管IGBT

绝缘栅双极晶体管(IGBT)是一种新型复合器件,它集GTR跟电力MOSFET的长处于一体。

绝缘栅双极晶体管(IGBT)长处:

①GTR部分长处:双极性、耐压高、电流大(电导调制效应)

②电力MOSFET部分长处:开关速度快、开关消耗小、输入阻抗高、热牢固性好、驱动功率小(电压驱动)、驱动电路简单

(1)IGBT的构造跟任务道理

1)构造



a)外部构造 b)简化等效电路 c)电气标记

图3-6 电力MOSFET的转移特点跟输出特点

三端器件:栅极G、集电极C跟发射极E

构造特点:增加注入区 ,增加通流才能

2)任务道理

IGBT是电压把持器件,存在很小的通态压降,可大电流化。

(2)IGBT的基本特点

IGBT的开经由过程程与MOSFET的开经由过程程类似

(3)IGBT的重要参数

1)开启电压:典范2~6V

2)最大集射极间电压:可达4500 V以上

3)最大集电极电流

4)最大集电极功耗

(4)IGBT的擎住效应跟保险任务区

1)擎住效应

IGBT内有一寄生晶闸管,当增大,寄生晶闸管导通,使栅极掉掉落对器件的把持感化。

成果:过大,产生过高功耗招致器件破坏

2)保险任务区

由最大集电极电流、最大集射电压跟最大集电极功耗这三条极限所限制的地区,称为正向偏执保险任务区。

由最大集电极电流、最大集射级间电压跟最大容许电压上升率所断定的地区称为反向偏置保险任务区。

三、重要现实

1、GTR、GTO、MOSFET、IGBT 比较

表3-2 GTR、GTO、MOSFET、IGBT 比较表

器件

长处

毛病

利用范畴



GTR

耐压高,电流大,开关特点好,通流才能强,饱跟压降落

开关速度低,电流驱动型须要驱动功率大,驱动电路复杂,存在2次击穿成绩

UPS、空调等中小功率中频场合



GTO

电压、电流容量很大,存在电导调制效应,其通流才能很强

电流关断增益很小,关断时门极负脉冲电流大,开关速度低,驱动功率很大,驱动电路复杂,开关频率低

高压直流输电、高压运动无功补充、高压电机驱动、电力机车地铁等高压大功率场合。



MOSFET

开关速度快,开关消耗小,任务频率高,门极输入阻抗高,热牢固性好,须要的驱动功率小,驱动电路简单,不2次击穿成绩

电流容量小,耐压低,通态消耗较大,一般合适于高频小功率场合

开关电源、日用电气、平易近用军用高频电子产品



IGBT

开关速度高,开关消耗小,通态压降落,电压、电流容量较高。门极输入阻抗高,驱动功率小,驱动电路简单

开关速度不及电力MOSFET,电压、电流容量不及GTO。

电机调速,逆变器、变频器等中等功率、中等频率的场合,已代替GTR。是现在利用最广泛的电力电子器件。





四、资本拓展



a)GTO b)GTR c)电力MOSFET d)IGBT

图3-7 部分典范全控性器件图片

五、课后习题

习题3.1 简答题:GTO跟一般晶闸管同为PNPN构造,为什么GTO可能自关断,而一般晶闸管不克不及?

答:GTO与一般晶闸管比拟,同为PNPN构造,但GTO是一种多元的功率集成器件。GTO关断过程中有激烈正反应使器件退出饱跟而关断。

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