薛征宇2014数控作业3

数控电气驱动器设计基础作业

专业班级：船舶电子电气工程（2）班

姓名：

指导教师：薛征宇

大连海事大学轮机工程学院

二O一四年十二月

摘 要

电力电子器件

第二章对应作业题4

4． 请详细回答电力电子器件都有哪些？它们的符号是什么？它们的导通条件是什么？它们的主要参数是什么？它们在主电路里应用的优缺点是什么？

电力电子器件主要可分为三大类，全控型器件，半控型器件，不可控器件。

不可控器件：电力二极管。电气符号为：

导通条件：主要依据了电导调制效应，PN结上流过的正向电流较小时，二极管的电阻主要是作为基片的低掺杂N区的欧姆，电阻，阻值较高；PN结上流过的正向电流较大时，注入并积累在低掺杂N区的空穴载流子浓度将很大，电阻率明显下降。故也就是说当流过电力二极管的电流达到一定的值时，二极管才会导通。

主要参数：正向平均电流IF(AV)即是：工频正弦半波电流的平均值；正向压降UF: 在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。反向重复峰值电压URRM: 对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。雪崩击穿电压的2/3。反向恢复时间trr: （电流从0-》1/4反向最大值时间）trr=td+tf。

最高工作结温TJM：Junction Temperature结温是指管芯PN结的平均温度

TJTJM通常在125~175°C范围之内。

半控型器件：晶闸管(SCR)。表示符号：

导通条件：晶闸管的原理图：

在低发射极电流下α是很小的，而当发射极电流

建立起来之后，α迅速增大。阻断状态：IG=0，α1+α2很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。开通状态：注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致α1+α2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA，将趋近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。其他几种可能导通的情况：1，阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应；2，阳极电压上升率du/dt过高；3，结温较高；4，光触发，光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中，称为光控晶闸管。只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。

主要参数：维持电流IH——使晶闸管维持导通所必需的最小电流。擎住电流IL——晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。浪涌电流ITSM——指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流；动态参数：断态电压临界上升率du/dt，通态电流临界上升率di/dt。晶闸管的主要参数：晶闸管的门极定额：1）门极触发电流Gate Trigger Current IGT室温下,阳极电压直流6V时,使晶闸管由断态转入通态所必需的最小门极电流。2）门极触发电压Gate Trigger Voltage UGT产生门极触发电流IGT所必需的门极电压。额定结温Tjm器件在正常工作时所允许的最高结温。

优缺点：承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况闸管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。

半控型器件：门极可关断晶闸管：符号

通导条件：

主要参数：1)开通时间ton延迟时间与上升时间之和。延迟时间一般约1~2μs，上升时间则随通态阳极电流的增大而增大。2）关断时间toff一般指储存时间和下降时间之和，不包括尾部时间。下降时间一般小于2μs。）最大可关断阳极电流IATO——GTO额定电流，不同于晶闸管的通态平均电流。电流关断增益βoff——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益.

主要优缺点：GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。βoff一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。 电力晶体管（GTR）：符号：

通导条件：延迟时间td和上升时间tr，二者之和为开通时间ton。储存时间ts和下降时间tf，二者之和为关断时间toff

主要参数：：电流放大倍数β、直流电流增益hFE、集射极间漏电流Iceo、集射极间饱和压降Uces、开通时间ton和关断时间toff(此外还有)：最高工作电压，集电极最大允许电流IcM，集电极最大耗散功率PcM

优缺点：主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。

电力场效应晶体管（MOOSFET）:符号：

导通条件：漏D源S极之间有寄生二极管，漏源极间加反向电压时器件导通。

主要参数：漏极电压UDS 跨导Gfs、开启电压UT以及td(on)、tr上升时间、td(off)和tf下降时间之外还有：——电力MOSFET电压定额 (2)漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM——电力MOSFET电流定额 (3)栅源电压UGS—— UGS >20V将导致绝缘层击穿。(4)极间电容——极间电容CGS、CGD和CDS。

绝缘栅双极晶体管（IGBT）：符号

:

导通条件：：uGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。

主要参数：最大集射极间电压UCES (2)最大集电极电流 (3)最大集电极功耗PCM。

有缺点：开关速度高，开关损耗小。相同电压和电流定额时，安全工作区比GTR大，且具有耐脉冲电流冲击能力。通态压降比VDMOSFET低。输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似。与MOSFET和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点。

GTR、MOSFET 和IGBT 的驱动电路

第三章对应第五题

、 5． 请分别设计出一款GTR、MOSFET 和IGBT 的驱动电路，并详述你设计的驱动电路的原理。

GTR驱动电路图：

A

原理：端加PWM信号高电平时，主管V导通；加PWM低电平时，主管V关断。PWM信号采用高速型光电隔离器驱动V2；VD1保证V3可靠截止，V2不必工作； 在深度饱和区，C1是自举电容，提高开通电压；C2是主管V的基极加速电容，开通时快速提供主管V基极电压，关断时经V6泄放主管V基极电荷，使主管快速关断；VD2和VD3组成抗饱和“贝克”电路，当主管V过饱和时，Vce小于Vbe时，VD2导通，将Ib分流，属抗过饱和箝位电路，使Vcb=0

IGTB接线图：

原理图：

MOSfet驱动电路图：

原理：其输入信号电流幅值为16mA，经过A，运算放大器的转换，将电流值放大使得 2和 3导通从而向mosfet管的阴极和门极发出触发脉冲。

参 考 文 献

[1] 邱关源.电路第五版第五章.高等教育出版社。

[2] 薛征宇. 数控电气驱动器设计基础课件

[3] www. /link?u...

[4] www. /html/s... 2013-08-15

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/puvq.html