电力电子技术 | 国家电网考试、大学期末冲刺、考研复试 知识点精讲 P2

P2笔记（主要内容：第二章电力电子器件）

（上一节课貌似只讲到导通条件？）

第三条：可以串电阻减小电流

三个方法的本质都是减小电流

第一种：阳极电压过高，击穿器件产生雪崩效应

第二种：i=C*(du/dt)，du/dt过高导致i过高

第三种：超出器件能正常工作的温度范围

第四种：光照射使PN结热激发，载流子增多电流增大

因此只有门极触发最精确

静态特性指的都是伏安特性（晶闸管主电路电压和主电路电流之间关系）

正半周：

1. 最右侧硬开通是因为加的电压太大了（误导通第一条）
2. 正向导通时电流迅速上升，但是管压降不大
3. 电流降至I_H后，晶闸管关断

负半周：

1. 和二极管同理

以下不是重点，只需了解（比如加上反压不是立刻关断）

第一个、第二个参数重要

U_{DRM}：M代表峰值，D代表断

U_{RRM}：第一个R代表reverse

晶闸管承受正压，来触发脉冲后电压立刻下降；断态重复峰值电压指承受了电压但还未导通时能承受的最高电压

同理，表示能承受的最大反压

不仅要“较小”，还要“标值”，选用时要留有裕量（书后有选参数的练习）

1. 小于1000V，以100V为梯度生产器件
2. 大于1000V，以200V为梯度生产器件（不生产1100V，1300V等）
3. 无论如何，器件额定电压和电压等级都是100：1的关系（1200V电压等级是12级不是11级）
4. 取标值是向下取整

额定电压220V，波形如图，如何选择电压等级？

答：选700V。（峰值，裕量，向上选取电压等级）

1. U_{T(AV)}就是管压降，一般是0.4~1.2V，每0.1V一个级别（共9个）

通态平均电流就是额定电流（最大工频正弦半波电流的平均值，按照有效值相等的原则选取晶闸管）

有效值=1.57平均值

裕量：1.5~2倍

第一题：100*1.5/1.57

第二题：100*1.57/1.5

KP指可控硅

第四位代表电压等级

I_L＞I_H（考点）

记住快速晶闸管的缩写FST

（重要）

反并联

需要记的知识点：

1. 可以认为是一对反并联链接的普通晶闸管的集成
2. 对外有三个电极
3. 不用平均值而是有效值做额定电流（因为输出交流所以用有效值衡量）常考

晶闸管反并联了一个二极管（记住这点，还有圈出的图）

关键词：用于高压直流输电

串联关键：均压

1. 静态均压
2. 采用参数一致的器件
3. 采用电阻均压
4. 动态均压（器件之间反应速度不同）
5. 同上
6. 用RC并联支路作动态均压（因为电容上的电压无法突变，防止器件电压突变烧坏）
7. 采用门极强脉冲触发（给一个强烈的信号 触发时间缩短）

并联目的：承担较大的电流

并联关键：均流

要求：必须是先串后并

采用电抗器均流，扩大容量

掌握名字和缩写

多元：多个很小的GTO元组成的并联结构

多元结构使得晶闸管可以控制关断

1. 普通晶闸管无法关断是因为正反馈最终形成过饱和/深度饱和状态。GTO导通时饱和程度较浅
2. V2直接影响I_G，所以设计α2较大，使V2控制灵敏便于关断
3. 多元的并联结构，加起来的电流较多，可以从门极抽出较大的电流

▲▲多元结构的优点

1. 开通比普通晶闸管快
2. 承受di/dt能力（电流变化率）增强

和晶闸管一样使电流驱动、脉冲触发、双极型器件，不同的是GTO是全控型器件

中间特点没有介绍，直接说缺点

电流关断增益β_off（主电路电流与抽走电流的比值）很小，需要抽走的电流很多

本质就是三体管，但是和模电里的比耐压和耐电流能力强

1. 三层结构，PNP和NPN
2. 左图中对外的三个极必须掌握

1. 电流驱动、电平控制、双极型器件
2. 电平控制时触发脉冲不可撤去，脉冲触发型可以
3. 双极型器件有电导调制效应，所以通流能力强

GTR不是重点，需要掌握基本特征

1. 需要记住图像中的三个区
2. 考点：GTR在模电中工作在放大区，在电力电子中工作在截止区和饱和区（开关状态）
3. 动态特性不仔细研究，开关需要时间但是比GTO快

1. 二次击穿是GTR特有的
2. 一次击穿发生后未处理，就会发生二次击穿
3. 二次击穿的存在说明GTR的稳定性比较差

MOS=metal oxide semiconductor（金属氧化物半导体）

1. 上面黑色的是金属，中间灰色的是绝缘材料二氧化硅，下面是半导体
2. 增强型：原来没有沟道，加电压后 存在沟道
3. 耗尽型：原来有沟道，加电压后没有
4. 

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5. N沟道导通时只有电子参与工作，是单极型器件

1. 名称、符号需要记忆
2. 主电路是源极、漏极，栅极是控制极
3. 有绝缘层所以电流趋近于0，是电压驱动
4. 以N沟道为例，电压撤走后，沟道消失，所以电压必须持续加在MOSFET上，是电平控制型
5. 电压驱动优点：驱动电路简单、开关速度快、工作频率高
6. 因为理想情况下电流接近于0，所以驱动功率小
7. 缺点：容量小、耐压低，多用于功率不超过10kW的电力电子装置

MOS管的特征考试概率很大：

小功率MOS是横向导电，电力MOS大都采用垂直导电（通流能力大一些）

1. 控制端加了电流之后，它和主电路的电流之间的关系叫mos管的转移特性（左边的图像）

1. 主电路分为三个区，注意和GTR的区别（下图2）
2. 截止区都代表关断时
3. 饱和区的定义不一样
4. MOS管的开通区域对应的时非饱和区，GTR开通区域对应饱和区

只需知道MOS的工作频率可达100kHz以上，在主要电力电子器件中是最快的（1s内可以开关10万次）

1. 组合型器件：MOS+GTR，或说MOS+BJT都可以
2. 结合了双极型和电压驱动的 优点，有电导调制效应，通流能力强，容量就会增大，管压降也降低，通态损耗小

1. IGBT的三端器件必须掌握
2. 控制端是MOS的，主电路的两端是GTR的集电极和发射极

1. igbt的驱动和mos管的驱动方式相同，通态压降则和GTR一样较低，因为都是双极型，有电导调制效应
2. 关断：栅射极施加反压或不加信号

有两个特性，转移特性和输出特性（伏安特性）

三个元件的三个区都要记忆，重点记忆关断和开通时的区域名字

IGBT的动态过程和MOS管的驱动过程类似，mos管最快，IGBT稍慢一些

参数不说了。

第二章总结！！

符号一栏中右侧的是主电路，左侧是控制端

1. 注意：单极型容易忽略SIT和肖特基二极管
2. 晶闸管分为可关断晶闸管GTO、逆导晶闸管RCT、双向晶闸管TRIAC、光控晶闸管LTT

SIT和mos管类似，记住共同特征：

1. 单极型器件
2. 工作频率与mos相当，甚至更高，功率容量更大

缺点是sit是正常导通型器件，没有给信号时导通，加负偏压时关断，使用不方便

1. MCT=MOSFET+SCR
2. 复合型器件
3. 关键技术无法突破，电压电流容量未到预期，没有投入实际使用
4. SITH=SIT+GTO
5. 复合型器件
6. 也是正常导通型，应用不广
7. IGCT=MOSFET+GTO
8. 复合型器件

1. 宽禁带材料：碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、金刚石等

功率模块组合在一起称为功率集成电路（PIC, Power Integrity Poke）

智能功率模块：IPM, Intelligent Power Module，专门针对IGBT及其辅助器件与其保护和驱动电路的单片集成，也称智能IGBT

考点：触发电路应满足图中四条要求：

记住打勾✔的地方。还有mos的U_GS＞20V时击穿

1. 外因过电压
2. 操作过电压
3. 雷击过电压
4. 内因过电压（电力电子装置内部期间的开关过程）
5. 换相过电压
6. 关断过电压

重点：针对电力电子器件主要的保护措施是RC3和RCD，别的不记

1. 过电流
2. 过载
3. 短路
4. 保护措施
5. 快速熔断器
6. 直流快速断路器
7. 过电流继电器
8. 电子电路（第一保护措施）

1. 保护对象
2. 内因过电压
3. 过电流
4. 电压变化率du/dt，关断缓冲电路
5. 电流变化率di/dt，开通缓冲电路

电容上的电压不能突变，主要抑制du/dt

电感上的电流不能突变，主要抑制di/dt