第3章 直流斩波电路

电力电子技术

第3章直流斩波电路电气工程学院第3章直流斩波电路全控电力电子器件直流斩波工作原理基本直流斩波电路其他直流斩波电路4123直流斩波电路应用53.1全控电力电子器件3.1.1可关断晶闸管门极可关断晶闸管简称GTO，是一种通过门极来控制器件导通和关断的电力半导体器件。GTO既具有普通晶闸管的优点（耐压高，电流大，耐浪涌能力强，价格便宜），同时又具有GTR的优点（自关断能力，无需辅助关断电路，使用方便）。是目前应用于高压、大容量场合中的一种大功率开关器件。广泛应用于电力机车的逆变器、电网动态无功补偿和大功率直流斩波调速等领域。1．GTO的结构与工作原理图3-1GTO的结构、等效电路及符号(a)结构(b)符号图3-2GTO的外形图2．GTO的主要特性（1）阳极伏安特性（2）通态压降特性（3）开通特性（4）关断特性3．GTO的主要参数（1）最大可关断阳极电流IATO（2）关断增益β

off（3）阳极尖峰电压UP

4．GTO门极驱动要求（1）导通触发（2）关断触发5．可关断晶闸管的测试（1）可关断晶闸管电极的判定（2）判定可关断晶闸管的好坏①用万用表R×10档或R×100档测量晶闸管阳极（A）与阴极（K）之间的电阻，或测量阳极（A）与门极（G）之间的电阻。如果读数小于1kΩ，说明可关断晶闸管严重漏电，器件已击穿损坏。②用万用表R×10档或R×100档测量测量门极（G）与阴极（K）之间的电阻。如正反向电阻均为无穷大（∞），说明被测晶闸管门极、阴极之间断路，该管也已损坏。（3）可关断晶闸管触发特性测试（4）可关断晶闸管关断能力的初步检测3.1.2电力晶体管电力晶体管（GTR）是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管(BJT)。1．GTR的结构和工作原理

2．GTR的基本特性(1)静态特性(2)

动态特性3．GTR的基本参数(1)最高工作电压：(2)集电极最大允许电流ICM(3)集电极最大耗散功率PCM

4．GTR的二次击穿和安全工作区1）二次击穿现象2）安全工作区3.1.3功率场效应晶体管1．功率MOSFET的结构与工作原理2．功率MOSFET的主要特性1）输出特性2）转移特性3）开关特性3．功率MOSFET的主要参数1）通态电阻Ron2）开启电压UGS（th）3）跨导gm4）漏源击穿电压BUDS5）栅源击穿电压BUGS4．功率MOSFET的安全工作区1）正向偏置安全工作区2）开关安全工作区5．功率MOSFET栅极驱动的特点及其要求功率MOSFET对栅极驱动电路的要求主要有：1）触发脉冲要具有足够快的上升和下降速度，即脉冲前后沿要求陡峭。2）开通时以低电阻对栅极电容充电，关断时为栅极电荷提供低电阻放电回路，以提高功率MOSFET的开关速度。3）为了使功率MOSFET可靠触发导通，触发脉冲电压应高于管子的开启电压；为了防止误导通，在其截止时应提供负的栅源电压。4）功率MOSFET开关时所需的驱动电流为栅极电容的充放电电流。功率MOSFET的极间电容越大，在开关驱动中所需的驱动电流也越大。6．功率MOSFET在使用中的静电保护措施防止静电击穿应注意：1）器件应存放在抗静电包装袋、导电材料袋或金属容器中，不能存放在塑料袋中。2）取用功率MOSFET时，工作人员必须通过腕带良好接地，且应拿在管壳部分而不是引线部分。3）接入电路时，工作台应接地，焊接的烙铁也必须良好接地或断电焊接。4）测试器件时，测量仪器和工作台都要良好接地。器件三个电极没有全部接入测试仪器前，不得施加电压。改换测试范围时，电压和电流要先恢复到零。3.1.4绝缘栅双极晶体管1．IGBT工作原理2．IGBT主要特性1）静态特性2）动态特性3．IGBT的锁定效应4．IGBT的主要参数1）集射极击穿电压BUCES2）开启电压UGE（th）3）通态压降UCE（on）4）最大栅射极电压UGES5）集电极连续电流IC和峰值电流ICM5．IGBT的安全工作区6．IGBT对驱动电路的要求7．IGBT容量的选择8．IGBT与MOSFET和GTR的比较3.1.5智能型器件IPM3.2直流斩波工作原理斩波电路有三种电压控制方式：1)定频调宽控制(脉冲宽度调制——PWM)保持斩波周期T不变，只改变斩波器的导通时间ton，这种控制方式的特点是，斩波器的基本频率不变，所以滤除高次谐波的滤波器设计比较简单。2)定宽调频(脉冲频率调制——PFM)保持斩波器的导通时间ton不变，只改变斩波周期T。这种控制方式的特点是，斩波回路和控制回路变得简单，但频率是变化的，因而滤波器的设计比较困难。3)调频调宽混合控制这种控制方式不但改变斩波器的工作频率，而且改变斩波器的导通时间。这种控制方式的特点是可以大幅度地变化输出，但也存在着由于频率变化所引起的设计滤波器较困难的问题。3.3基本直流斩波电路3.3.1降压斩波电路3.3.2升压斩波电路3.3.3升降压斩波电路3.4其他直流斩波电路3.4.1双象限斩波电路1．桥臂式双象限斩波电路（A型双象限斩波电路）2．混合桥式双象限斩波电路（B型双象限斩波电路）3.4.2四象限斩波电路3.4.3多象多重斩波电路多相多重斩波电路具有以下特点：1）输出电流脉动率减小，有利于电机的运行。2）平波电抗器的重量和体积可明显降低。3）滤波器的效果会增加。4）线路较单个斩波电路复杂，尤其是控制电路。5）由单个斩波器并联构成，总的可靠性可提高。3.5直流斩波电路应用3.5.1无轨电车1．直流斩波器工作原理2．主电路中各元件的作用L0和C0和组成输