电力电子技术第六节...ppt

1、绝缘栅双极晶体管IGBT,绝缘栅双极晶体管IGBT,IGBT：一个由MOSFET驱动的厚基区晶体管,内部结构断面示意图 电气图形符号(N沟道) 简化等效电路,IGBT往往与反并联的快速二极管封装在一起，成为逆导器件 。,绝缘栅双极晶体管IGBT,IGBT的静态特性,a) 转移特性,b) 输出特性,绝缘栅双极晶体管IGBT,IGBT的主要参数: 最大集射极间电压UCES 由内部晶体管的击穿电压确定。 最大集电极电流包括额定直流电流IC和1ms脉宽最大电流ICP 最大集电极功耗PCM正常工作温度下允许的最大功耗 。,绝缘栅双极晶体管IGBT,IGBT的擎住效应或自锁效应：内部寄生晶闸管导致栅极失效

2、。成因： 集电极电流过大（静态擎住效应）； duCE/dt过高（动态擎住效应） 正偏安全工作区 由最大集电极电流、最大集射极间电压和最大集电极功耗确定。 反向偏置安全工作区 由最大集电极电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率duCE/dt确定。,绝缘栅双极晶体管IGBT,IGBT的应用特点： 输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似。通态压降比MOSFET低。相对于GTO，开关速度高，损耗小。 工艺较成熟，自锁效应得到较好解决，与MOSFET和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步提，以期再取代GTO的地位。,其他新型电力电子器件,其他新型电力电子器件,MCT（MOS Controlled

3、Thyristor） SIT（Static Induction Transistor） SITH（Static Induction Thyristor） IGCT/GCT（Gate-Commutated Thyristor） 功率集成电路与集成电力电子模块,MOS控制晶闸管MCT,MOSFET与晶闸管组合而成的复合型器件。 由数以万计的MCT元组成，每个元的组成为：一个PNPN晶闸管，一个控制该晶闸管开通的MOSFET，和一个控制该晶闸管关断的MOSFET。 其关键技术问题没有大的突破，电压和电流容量都远未达到预期的数值，未能投入实际应用。,静电感应晶体管SIT,结型场效应晶体管： 多子导电，

4、工作频率与电力MOSFET相当，甚至超过电力MOSFET，而功率容量也比电力MOSFET大，适用于高频大功率场合。 正常导通型器件，使用不太方便，此外SIT通态电阻较大，使得通态损耗也大，因而SIT还未在大多数电力电子设备中得到广泛应用。,静电感应晶闸管SITH,SIT与GTO复合而成。又被称为场控晶闸管 本质上是两种载流子导电的双极型器件，具有电导调制效应，通态压降低、通流能力强。 其很多特性与GTO类似，但开关速度比GTO高得多，是大容量的快速器件。 一般也是正常导通型，但也有正常关断型 ，电流关断增益较小，因而其应用范围还有待拓展。,集成门极换流晶闸管IGCT,多个并联的电力MOSFET

5、和其它辅助元件组成的GTO门极驱动电路，与平板型的GTO集成。 容量与普通GTO相当，但开关速度比普通的GTO快10倍，而且可以简化普通GTO应用时庞大而复杂的缓冲电路，不过其所需的驱动功率仍然很大。 目前正在与IGBT等新型器件激烈竞争。,其他新型电力电子器件,MCT（MOS Controlled Thyristor） MOSFET与晶闸管的复合，关键问题未攻克，限制了容量发展 SIT（Static Induction Transistor） 结型场效应晶体管，多子导电，工作频率高，正常导通型器件，主要应用在大功率高频环境 SITH（Static Induction Thyristor） 场

6、控晶闸管，速度快，容量大。工艺复杂，一般为正常导通型器件 IGCT/GCT（Gate-Commutated Thyristor） 门极换流晶闸管，GTO的派生器件，容量比IGBT大，受到IGBT挑战,其他新型电力电子器件,功率模块：将多个电力电子器件封装在一个模块中，称为功率模块。利于缩小装置体积，降低成本，提高可靠性。对工作频率高的电路，可大大减小线路电感，从而简化对保护和缓冲电路的要求。,达林顿三极管功率模块,其他新型电力电子器件,功率集成电路（PIC） ： 将器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自诊断等信息电子电路制作在同一芯片上。,单片三相逆变器,其他新型电力电子器件,智能功率模块（I

7、PM） 专指IGBT及其辅助器件与其保护和驱动电路的单片集成。将驱动、保护和控制电路的多个芯片封入同一模块中，形成具有部分或完整功能的、相对独立的单元。如构成一相或三相逆变器的专用模块，用于电动机变频调速装置的需要。,小结,当前的格局： 光控晶闸管：容量最大：制造水平8kV / 3.5kA，装置最高达300MVA。 GTO/IGCT：全控器件，兆瓦级以上应用，容量略低于晶闸管。 IGBT：中大功率，千瓦兆瓦级应用，仍不断发展。 电力MOSFET：中小功率（300V/180A）领域特别是低压领域地位牢固。 功率模块和功率集成电路是电力电子发展的共同趋势。,小结,当前器件应用的格局：,电力电子器件

8、的驱动（ch9）,电力电子器件的驱动,驱动电路:主电路与控制电路之间的接口。 产生满足需要的开通或关断信号 ：强度、幅值、持续时间、关断反偏； 提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，对器件提供必要的保护。,驱动电路具体形式可为分立元件的，但目前的趋势是采用专用集成驱动电路。 某些驱动芯片将光耦隔离电路也集成在内。为达到参数最佳配合，首选所用器件生产厂家专门开发的集成驱动电路。,电气隔离： 磁隔离：脉冲变压器，多用于对大功率器件的驱动，可以降低触发电路的信号要求，降低设计难度，但是脉冲变压器触发容易在电路内部产生的相互干扰和寄生振荡，且不能保证较陡的脉冲前沿。 光隔离：光耦合器，开关速度快（开

9、关频率100K1M），使用中须注意反向输出特性,电力电子器件的驱动,晶闸管触发电路,电力电子器件的驱动,GTO驱动电路,电力电子器件的驱动,GTR驱动电路,电力电子器件的驱动,POWER MOSFET驱动电路,电力电子器件的驱动,IGBT驱动器的原理和接线图,电力电子器件器件的保护,电力电子器件器件的保护,过电压保护 外因过电压： 操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起 雷击过电压：由雷击引起 内因过电压： 换相过电压：在换相过程，续流二极管在恢复反向阻断时，在器件两端感应出的过电压。 关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。,电力电子器件器件的保护

10、,过电压保护：,过电压抑制措施及配置位置 F避雷器D变压器静电屏蔽层C静电感应过电压抑制电容 RC1阀侧浪涌过电压抑制用RC电路RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路 RV压敏电阻过电压抑制器RC3阀器件换相过电压抑制用RC电路 RC4直流侧RC抑制电路RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路,电力电子器件器件的保护,RC过电压抑制电路,图1-35RC过电压抑制电路联结方式 a) 单相 b)三相,电力电子器件器件的保护,缓冲电路(Snubber Circuit) ： 又称吸收电路，抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。 du/dt抑制电路（关断缓冲电路）

11、吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。 di/dt抑制电路（开通缓冲电路）抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。,电力电子器件器件的保护,di/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路,电力电子器件器件的保护,RC吸收电路和放电阻止型RCD缓冲电路,RC吸收电路主要用于小容量器件 放电阻止型RCD缓冲电路用于中或大容量器件,电力电子器件器件的保护,过电流保护,过电流继电器整定在过载时动作。 电子电路作为第一保护措施；直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护；快熔仅作为短路时的部分区段的保护。,电力电子器件的串并联使用,电力电子器件的串并联使用,晶闸管串并联使用： 当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联。当需要承担较大的电流，可以采用多个器件并联 问题：因特性差异，使器件电压、电流分配不均匀,电力电子器件的串并联使用,均压措施 选用参数和特性尽量一致的器件。 静态均压措施： 采用电阻均压Rp （Rp阻值应显著小于器件阻断时的正、反向电阻） 动态均压措施： 用RC并联支路作动态均压。 采用门极强脉冲触发，减小器件开通时间差异。,电力电子器件的串并联使用,均流措施： 挑选特