电力电子技术教案讲稿(龙志文版)(3)

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教学内容 3．GTR的额定参数 GTR的额定参数主要包括最高电压额定值、最大电流额定值和最大散耗功率。 （1）最高电压额定值 最高电压额定值即最高集电极电压额定值，它的大小不仅与器件本身的特性有关，而且还取决于基极回路的接线方式。下图所示为GTR的不同接线方式，对应的最高电压额定值用BUCEO、BUCES、BUCER、BUCEX和BUCBO表示，一般情况下： BUCEX?BUCBO?BUCES?BUCER?BUCEO BUCEO备 注 BUCESBUCERBUCEXBUCBO GTR的不同接线方式 在GTR产品目录中BUCEO作为电压额定值给出，实际应用时必须考虑一定的裕量，GTR的电压额定应满足 BUCEO?(2~3)UM 式中UM为GTR实际承受的最高电压。 （2）最大电流额定值ICM 最大电流额定值即允许流过集电极的最大电流值。为了提高GTR的输出功率，集电极输出电流应尽可能地大，但是集电极电流大，则要求基极注入的电流大，这将会使GTR的电气性能变差，甚至损坏器件。因此在实际应用电路中，为了确保使用的安全与稳定，GTR的最大电流额定值应满足 ICM?(2~3)ICP 式中ICP为流过GTR的电流峰值。 同样，基极电流也有最大额定值的规定，常用IBM表示，通常取IBM?(1/2~1/6)ICM。 （3）最大散耗功率PCM 最大散耗功率PCM是指GTR在最高允许结温时所对应的散耗功率，它受结温的限制，其大小由集电极工作电压和集电极电流的乘积决定。由于这部分能量将转化为热能并使GTR发热，因此，GTR在使用中的散热条件是十分重要的。

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教学内容 三、IGBT ? IGBT是一种复合型器件。 ? 它将MOSFET和GTR的优点集于一身，既具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好和驱动电路简单、驱动电流小等优点，又具有通态电压低、耐压高和承受电流大等优点。 ? 在电机控制、中频和开关电源以及要求快速、低损耗的领域，IGBT已逐步取代功率MOSFET和GTR。 1．IGBT的结构及工作原理 IGBT是在功率MOSFET的基础上增加了一个P+层发射极，形成PN结J1，并由此引出集电极C，栅极G和发射极E。 E 发射极G 栅极CUdrUJ1+ID-+-+RdrG-GEb) IGBT示意图a) IGBT结构剖面图 b) N-IGBT的等效电路 c) 图形符号c)GCN沟道ECP沟道E备 注 内容主要以自学为主 IGBT（30分钟） NJ3J2J1+NPN-N+P+-体区漂移区缓冲区注入区C 集电极a)IGBT的开通和关断是由栅极电压来控制的。 栅极施以正电压时，MOSFET内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通。此时，从P+区注入到N-区的空穴对N-区进行电导调制，减小N-区的电阻Rdr，使高耐压的IGBT也具有低的通态压降。 在栅极上施以负电压时，MOSFET内沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。 2．IGBT的工作特性 IGBT的工作特性包括静态特性和动态特性。 1）静态特性主要有输出特性和转移特性。 输出特性表达了集电极电流IC与集射极电压UCE之间的关系，分正向阻断区、饱和区、放大区（有源区）。饱和导通时管压降一般为2~5V。IGBT输出特性的特点是集电极电流IC由栅射极电压UGE控制，UGE越大IC越大。在反向集射极电压作用下器件呈反向阻断特性。 IGBT的转移特性表示了栅射极电压UGE对集电极电流IC的控制关系。在大部分范围内，IC与UGE呈线性关系，只有当UGE接近开启电压UGE(th)时才呈非线性关系。所以最大栅射极电压应受最大集电极电流ICM得限制，最佳值为UGE?15V。 2）IGBT的动态特性也称开关特性，包括开通和关断两个部分。 IGBT的的开通时间ton由开通延迟时间td(on)和电流上升时间tr两部分组成，通常开通时间为（0.5~1.2）?s。

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开通延迟时间td(on)：是指从驱动电压UGE上升到其幅值电压的10%的时刻起，到集电极电流升到其幅值的10%的时刻止的这段区间； 上升时间tr：集电极电流从其幅值的10%升高到其幅值的90%所需的时间为。 IGBT的关断过程是从正向导通状态转换到正向阻断状态的过程，关断时间toff也是由关断延迟时间td(off)和电流下降时间tf两部分组成。 关断延迟时间td(off)：是指从驱动电压UGE下降到其幅值电压的90%的时刻起，到集电极电流降到其幅值的90%的时刻为止的这段区间； 下降时间tf：是指集电极电流从其幅值的90%降低到其幅值的10%所需的时间。 在下降时间tf内，集电极电流的波形分为tfi1和tfi2两段，tfi1对应于IGBT内部MOSFET的关断过程，在这段时间内集电极电流下降较快；tfi2对应于IGBT内PNP晶体管的关断过程。通常关断时间为（0.55~1.5）?s。 3．IGBT的主要参数 （1）集射极击穿电压BUCES 是由器件内部的PNP晶体管所能承受的击穿电压确定的，它决定了IGBT的UGEUGEM最高工作电压。 90%UGE（2）开启电压UGE(th) 是IGBT导通所需的最低栅射极电10%UGE压，它随温度升高而下降。 OtiC（3）通态压降UCE(on) 通态压ICM降UCE(on)决定了通态损耗，通常90%ICMtd(on)td(off)tftrIGBT的通态压降为2~3V。 tfi1tfi2（4）最大栅射极电压UGES 10%ICM为了限制故障情况下的电流和确Otontofft保长期使用的可靠性，应将栅射极uCEUCEM电压限制在20V以内，一般取15V左右。 tfv1tfv2（5）集电极连续电流IC和峰UCE(on)值电流ICM 集电极流过的最大连O续电流IC即为IGBT的额定电流，t在不超过额定结温的情况下，通常图 4-20 IGBT的动态特性峰值电流ICM为额定电流的2倍左右。 4．IGBT的锁定效应 当集电极电流IC大到一定程度时，NPN晶体管因过高的正偏置而导通，造成寄生晶闸管开通，导致IGBT栅极失去控制作用，这就是锁定效应，也称为擎住效应。因IC过大而产生的锁定效应称为静态锁定。此外，在关断过程中由于duCE/dt过大而产生的锁定效应称为动态锁定，这种现象在负载为电感性时更容易发生。 为了避免IGBT发生锁定现象，必须规定集电极最大电流ICM，由于动态锁定所允许的集电极电流比静态锁定时要小，所以厂家所规定的ICM值是根据避免动态锁定而确定的。在设计时要考虑一定的安全裕量，以保证电流不超过ICM。

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课题名称 课次 课型 教学目标 重点、难点及解决方法 单相可控整流电路 第（4、6、9）次课 课时 6 理论（√）；实验（）；实习（）；、实务（）；习题课（）；讨论（）；其他（） 熟悉各种单相可控整流电路，明白负载性质对整流电路性能的影响；掌握单相相控整流电路在不同性质负载下的工作原理，控制角移相范围，电流有效值、平均值的计算； 重点：单相相控整流电路在不同性质负载下的工作原理；有效值、平均值的计算； 难点：不同负载整流电路波形分析 一、单相半波可控整流电路 电阻性负载、电感性负载、大电感性负载（接续流二极管） （电路图、工作原理、波形分析、电压电流计算） 二、单相全波可控整流电路 电阻性负载、电感性负载、大电感性负载（接续流二极管） （电路图、工作原理、波形分析、电压电流计算） 三、单相全控整流电路 电阻性负载、大电感性负载、反电动势负载 （电路图、工作原理、波形分析、电压电流计算） 四、单相半控整流电路 大电感性负载、大电感性负载（接续流二极管） （电路图、工作原理、波形分析、电压电流计算） 教学基本内容与教学设计 教学方法 教学手段 讲授法 课外学习安排 作业题5道；思考题2道 参考资料 电力电子技术 浣喜明 高等教育出版社 2004.08 学习效果评测 作业、上课提问、测验方式 课外学习 指导安排 教学后记

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教学内容 一、单相半波可控整流电路 （一）电阻性负载 1、电路图 VT id 备 注 组织上课，点名（2分钟） 理论教学（45分钟） 机动（3分钟） u1 u2 uT Rd Ud 2、整流原理 （1）晶闸管导通状态 此时必须满足：a.u2为正半波（正向阳极电压）。 b.有触发脉冲（正向门极电压）。 晶闸管导通时有如下关系：ud=u2 ,uT=0 ,id=ud/Rd （2）晶闸管截止状态 共有以下两种情况： U2 a.u2为正但无触发脉冲。 ? b.u2为负。 0 此时有如下关系：ud=0, id=ud/Rd=0 ,uT=u2 3、波形分析：根据如上分析，可画出波形如图所示 ug ?t ? ud id ?t ?t uT ?t

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