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第8 章现代电力电子器件及其应用本章要求了解常用电力电子器件晶闸管、功率场效应管、绝缘栅双极型晶体管等全控型器件的结构、工作原理、主要参数及其应用。本章内容电力电子技术是电力、电子、控制三大领域的交叉学科。晶闸管已成为目前半导体器件从弱电领域进入强电领域中制造技术最为成熟、应用最广泛的器件之一。它主要用于整流器(把交流电压变为固定的或可调的直流电压) 、逆变器(把直流电压变为固定的或可调的交流电压)、斩波器(把固定的直流电压变为可调的直流电压)、交流调压器(把固定的交流电压变为可调的交流电压)等方面。随着高速晶闸管、功率场效应晶体管( MOSFET ) 、绝缘栅双极型晶体管( IGBT )等全控型器件的问世,晶闸管的应用日益广泛。电子技术也由传统的电力电子阶段进入现代电力电子阶段,现代电力电子技术已经成为衡量一个国家电子工业和电力工业是否现代化的主要标志之一。是现代电子技术中不可或缺的内容。本章介绍一些常用的电力半导体器件和应用。本章学时 4学时 晶闸管本节学时 1学时本节重点 1、晶闸管的工作原理; 2、伏安特性及主要参数: 教学方法首先简单介绍晶闸管的结构, 进而分析其工作原理, 使学生了解晶闸管的半控性。教学手段以电子课件与传统教学手段相结合的手段,让学生在有限的时间内掌握更多的相关知识。教学内容 晶闸管的结构与符号晶闸管与二极管相比, 它的单向导电能力还受到控制极上的信号控制。晶闸管内部结构示意图如图 8-1 (a) ,它由 PNPN 四层半导体交替叠合而成,中间形成三个 PN 结。阳极 A从上端 P 区引出,阴极 K 从下端 N 区引出,又在中间 P区上引出控制极(或称门极)G。图 8-1 (b)是晶闸管的符号。晶闸管中通过阳极的电流比控制极中的电流大得多, 所以一般晶闸管控制极的导线比阳极和阴极的导线要细。 晶闸管的工作原理 1 .晶闸管导通的条件是在阳极和阴极之间加正向电压,同时控制极和阴极之间加适当的正向电压(实际工作中,控制极加正触发脉冲信号)。 2 .导通以后的晶闸管,关断的方法是在阳极上加反向电压或将阳极电流减小到足够小的程度(维持电流 I H以下)。(a )示意图(b )符号 8 -1晶闸管结构与符号 GK A G A α PNPN 晶闸管的伏安特性晶闸管的阳极电压 U与阳极电流 I A之间的关系曲线称为晶闸管的伏安特性曲线, 如图 8-4 所示。在无触发信号时,如果在阳极和阴极之间加上额定的正向电压,则在晶闸管内只有很小的正向漏电流通过,它对应特性曲线的 oa 段,以后逐渐增大阳极电压到 b点,此时晶闸管会从阻断状态突然转向导通状态。 b 点所对应的阳极电压称为无触发信号时的正向转折电压(或称“硬开通”电压), 用U BO表示。晶闸管导通后,阳极电流 I A的大小就由电路中的阳极电压 U A和负载电阻来决定。晶闸管导通后, 减小阳极电流 I A,并使 I A<I H, 晶闸管会突然从导通状态转向阻断状态。在正常导通时,阳极电流必须大于维持电流 I H。当晶闸管的控制极上加上适当大小的触发电压 U G (触发电流 I G )时,晶闸管的正向转折电压会大大降低,如图 8-5 中I G1、I G2 所示。触发信号电流越大,晶闸管导通的正向转折电压就降的越低。晶闸管的反向特性与二极管十分相