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来源：六九路网

电力电子技术

教案

周次：时间：

课题：绪论第一章第一节电力二极管课时：2课时

教学目标：1、了解什么是电力电子技术 2、电力二极管的结构与伏安特性 3、掌握掌握电力二极管的主要参数和使用重点、难点：电力二极管的伏安特性和主要参数教具：教材粉笔教学方法：讲授法

时间分配：新授 80分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：绪论相关知识

一、什么是电力电子技术

电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技

术和数字电子技术都属于信息电子技术。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。目前所用的电力电子器件均用半导成，故也称电力半导体器件。电力电子技术所变换的“电力”，功率可以大到数百MW甚至GVV，也可以小到数W甚至1W以下。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换。通常所用的电力有交流和直流两种。从公用电网直接得到的电力是交流的，从蓄电池和干电池得到的电力是直流的。从这些电源得到的电力往往不能直接满足要求，需要进行电力变换。如表0-1所示，电力变换通常可分为四大类，即交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流。交流变直流称为整流，直流变交流称为逆变。直流变直流是指一种电压(或电流)的直流变为另一种电压(或电流)的直流，可用直流斩波电路实现。

交流变交流可以是电压或电力的变换，称做交流电力控制，也可以是频率或相数的变换。进行上述电力变换的技术称为变流技术。

二.电力电子器件的发展简介 1.传统电力电子器件 2.现代电力电子器件（1）双极型器件（2）单极型器件（3）混合型器件三、变换电路与控制技术四、对本课程的教学要求

第一节电力二极管相关知识

一、结构与伏安特性 1、结构

电力二极管的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管是一样的，都是以半导体PN结为基础的。电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的，图1-2示出了电力二极管的外形、结构和电气图形符号。从外形上看，电力二极管主要有螺性型和平板型两种封装。

2、伏安特性电力二极管的静态特性主要是指其伏安特性，如图所示。当电力二极管承受的正向电压大到一定值(门槛电压)，正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。与正向电流IF对应的电力二极管两端的电压UF即为其正向电

压降。当电力二极管承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。

二、主要参数 1、正向平均电流IF

指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度(简称壳温，用Tc表示)和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。

2.正向压降UF

指电力二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。有时候，其参数表中也给出在指定温度下流过某一瞬态正向大电流时电力二极管的最大瞬时正向压降。

3.反向重复峰值电压Urrm

指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压，通常是其雪崩击穿电压Ub的2/3。使用时，往往按照电路中电力二极管可能承受的反向最高峰值电压的两倍来选定此项参数。

4、最高工作结温TJM

结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。最高工作结温是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度，用TJM表示。TJM通常在125一175℃范围之内。

5、反向恢复时间t 6.浪涌电流IFSM

指电力二极管所能承受的最大的连续一个或几个工频周期的过电流。三、电力二极管的参数选择及使用注意事项 1、参数选择

1）额定正向平均电流IF的选择原则 2）额定电压Urrm的选择原则 2、电力二极管使用注意事项四、电力二极管的主要类型 1.普通二极管

普通二极管(General Purpose Diode)又称整流二极管( Rectifier Diade}，多用于开关频率不高（1 kHz以下)的整流电路中。其反向恢复时间较长，一般在5微秒以上，这在开关频率不高时并不重要，在参数表中甚至不列出这一参数。但其正向电流定额和反向电压定额却可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上。 2.快恢复二极管

恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短〔一般在5微秒以下)的二极管被称为快恢复二极管(Fast Recovery Diade-FRD)，简称快速二极管。工艺上多采用了掺金措施，结构上有的采用PN结型结构，也有的采用对此加以改进的PiIV结构。特别是采用外延型PiN结构的所谓的快恢复外延二极管}（Fast Recaery Epitaxial Diode--FRED)，其反向恢复时间更短(可低于50ns)，正向压降也很低(0.9V左右)，但其反向耐压多在1200 V以下。不管是什么结构，快恢复二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到20---30ns。 3，肖特基二极管

以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管( Schottky Bar-rier L3iad---SBD} ,简称为肖特基二极管。肖特基二极管在信息电子电路中早就得到了应用，但直到20世纪80年代以来，由于工艺的发展才得以在电力电子电路中广泛应用。与以PIU结为基础的电力二极管相比，肖特基二极管的优点在于:反向恢复时间很短( 10 ---40ns，正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲;在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管。因此，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高。肖特基二极管的弱点在于:当所能承受的反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下的低压场合;反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地其工作温度。小结：

1、本课程所学习的主要内容。 2、掌握电力二极管的结构和伏安特性。 3、学习电力二极管的主要参数和选择。 4、认识电力二极管的主要类型。作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：1.2 晶闸管课时：2课时

教学目标：1、了解晶闸管的结构和导通、关断条件。 2、掌握晶闸管的工作原理。 3、掌握主要参数。重点、难点：晶闸管的工作原理教具：教材粉笔教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：

第二节晶闸管任务导入相关知识一、结构

外形有螺栓型和平板型两种封装

引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端

对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间

AKKGAAGa)P1N1P2N2Kb)c)KGJ1J2J3GA

晶体管的特性是：在低发射极电流下 是很小的，而当发射极电流建立起来之后， 迅速增大。

阻断状态：IG=0，1+2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（门极触发）：注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致1+2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA（阳极电流）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：

阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应。

阳极电压上升率du/dt过高。结温较高。

光直接照射硅片，即光触发。

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，其它都因不易控制而难以应用于实践，称为光控晶闸管（Light Triggered Thyristor——LTT）。只有门极触发（包括光触发）是最精确、迅速而可靠的控制手段。二．晶闸管的特性 1. 静态特性

总结前面介绍的工作原理，可以简单归纳晶闸管正常工作时的特性如下：

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下晶闸管才能开通。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。晶闸管的伏安特性第I象限的是正向特性第III象限的是反向特性

IA正向导通-UAURSMURRMIHOIG2IG1IG=0UDRMUbo+UAUDSM雪崩击穿晶闸管的伏安特性IG2>IG1>IG -IA

1) 正向特性

IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿。晶闸管本身的压降很小，在1V左右。

导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。IH称为维持电流。

2) 反向特性

晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性。晶闸管处于反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。

当反向电压超过一定限度，到反向击穿电压后，外电路如无措施，则反向漏电流急剧增加，导致晶闸管发热损坏。

2. 动态特性

iA100%90%10%0tduAKtrIRMtOt 晶闸管的开通和关断过程波形

1) 开通过程

trrURRMtgr 8

延迟时间td：门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的10%的时间。上升时间tr：阳极电流从10%上升到稳态值的90%所需的时间。开通时间tgt以上两者之和，

tgt=td+ tr （1-6）

普通晶闸管延迟时为0.5~1.5s，上升时间为0.5~3s。

晶闸管的开通和关断过程波形

2) 关断过程

反向阻断恢复时间trr：正向电流降为零到反向恢复电流衰减至接近于零的时间

正向阻断恢复时间tgr：晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正向导通。实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作。

关断时间tq：trr与tgr之和，即 tq=trr+tgr , 普通晶闸管的关断时间约几百微秒。三、晶闸管的主要参数

1. 电压定额1) 通态平均电流 IT(AV) ——晶闸管在环境温度为40°C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。

2) 维持电流 IH : ——使晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安，与结温有关。结温越高，则IH越小。

3) 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。

4) 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。

2. 电流定额1) 通态平均电流 IT(AV) 2) 维持电流 IH 3) 擎住电流 IL 4) 浪涌电流ITSM

3. 动态参数除开通时间tgt和关断时间tq外，还有： (1) 断态电压临界上升率du/dt 在阻断的晶闸管两端施加的电压具有正向的上升率时，相当于一个电容的J2结会有充电电流流过，被称为位移电流。此电流流经J3结时，起到类似门极触发电流的作用。如果电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。

(2) 通态电流临界上升率di/dt 如果电流上升太快，则晶闸管刚一开通，便会有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而使晶闸管损坏

小结：本节主要了解电力电子技术的基本元件之一晶闸管的结构、工作原理、伏安特

性能和晶闸管的主要参数，要求学生完全掌握以便为后续的知识做准备。作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第三节双向晶闸管及其他派生晶闸管第二章第一节门极关断晶闸管课时：2课时

教学目标：1、了解双向晶闸管及其他派生晶闸管的简单原理 2、了解GTO的基本结构和工作原理 3、掌握GTO的特性和主要参数重点、难点：GTO的工作原理和特性教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：

第三节双向晶闸管及其派生晶闸管

任务导入相关知识

AAP1GN1P2N2K晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 a)b)a) 双晶体管模型 b) 工作原理

1. 快速晶闸管（Fast Switching Thyristor——FST）包括所有专为快速应用而设计的晶闸管，有快速晶闸管和高频晶闸管。管芯结构和制造工艺进行了改进，开关时间以及du/dt和di/dt耐量都有明显改善。普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10s左右。高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。由于工作频率

IAV1GIGSEGPNPIc1NPNIc2V2IKK

N1P2EA较高，选择通态平均电流时不能忽略其开关损耗的发热效应。

2.双向晶闸管（Triode AC Switch——TRIAC或Bidirectional triode thyristor） 3. 逆导晶闸管（Reverse Conducting Thyristor——RCT） 4. 光控晶闸管（Light Triggered Thyristor——LTT）

第二章第一节 GTO

1. GTO的结构和工作原理

结构：与普通晶闸管的相同点： PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。和普

GKGKGAN2P2N1P1N2GK通晶闸管的不同点：GTO是一种多元的功率集成器件，内部包含数十个甚至数百个共阳极

a)b)的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极则在器件内部并联在一起。

图1-13工作原理：与普通晶闸管一样，可以用图1-7所示的双晶体管模型来分析。 GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别：

由上述分析我们可以得到以下结论：GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅。GTO关断过程：强烈正反馈——门极加负脉冲即从门极抽出电流，则Ib2减小，使IK和

AIc2减小，Ic2的减小又使 IA和Ic1减小，又进一步减小V2的基极电流。当IA和IK的减小使1+2<1

时，器件退出饱和而关断。多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程快，承受di/dt能力强。

2. GTO的动态特性开通过程：与普通晶闸管类似，需经过延迟时间td和上升时间tr。关断过程：与普通晶闸管有所不同抽取饱和导通时储存的大量载流子——储存时间ts，使等效晶体管退出饱和。等效晶体管从饱和区退至放大区，阳极电流逐渐减小——下降时间tf 。残存载流子复合——尾部时间tt 。通常tf比ts小得多，而tt比ts要长。门极负脉冲电流幅值越大，前沿越陡，抽走储存载流子的速度越快，ts越短。门极负脉冲的后沿缓慢衰减，在tt阶段仍保持适当负电压，则可缩短尾部时间。 3. GTO的主要参数最大可关断阳极电流IATO 术语用法：

电力晶体管（Giant Transistor——GTR，直译为巨型晶体管）耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor——BJT），英文有时候也称为Power BJT。在电力电子技术的范围内，GTR与BJT这两个名称等效。应用

20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代。

小结：本节主要讲述了GTO的结构和工作原理，工作原理和普通晶闸管做比较让学生更好的

掌握GTO 的工作原理，在此基础上学习GTO的特性和主要参数。作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第二节电力晶闸管

第三节电力场效应晶闸管课时：2课时

教学目标：1、简单了解电力晶闸管的结构和工作原理 2、掌握电力场效应晶闸管的结构和工作原理 3、掌握电力场效应晶闸管的特性和参数重点、难点：电力场效应晶闸管的工作原理教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：

1. GTR的结构和工作原理

在应用中，GTR一般采用共发射极接法。当考虑到集电极和发射极间的漏电流Iceo时，

ic和ib的关系为 ic= ib +Iceo ，产品说明书中通常给直流电流增益hFE——在直流工作情

况下集电极电流与基极电流之比。一般可认为hFE 。单管GTR的 值比小功率的晶体管小得多，通常为10左右，采用达林顿接法可有效增大电流增益。 2. GTR的基本特性 (1) 静态特性

共发射极接法时的典型输出特性：截止区、放大区和饱和区。在电力电子电路中GTR工作在开关状态，即工作在截止区或饱和区在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，要经过放大区 (2) 动态特性

开通过程

延迟时间td和上升时间tr，二者之和为开通时间ton。td主要是由发射结势垒电容和集电结势垒电容充电产生的。增大ib的幅值并增大dib/dt，可缩短延迟时间，同时可缩短上升时间，从而加快开通过程。关断过程

储存时间ts和下降时间tf，二者之和为关断时间toff 。ts是用来除去饱和导通时储存在基区的载流子的，是关断时间的主要部分。减小导通时的饱和深度以减小储存的载流子，或

者增大基极抽取负电流Ib2的幅值和负偏压，可缩短储存时间，从而加快关断速度。负面作用是会使集电极和发射极间的饱和导通压降Uces增加，从而增大通态损耗。GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多。 3. GTR的主要参数

前已述及：电流放大倍数、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)：

1) 最高工作电压

GTR上电压超过规定值时会发生击穿，击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关。BUcbo> BUcex> BUces> BUcer> Buceo实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比BUceo低得多。

2) 集电极最大允许电流IcM

通常规定为hFE下降到规定值的1/2~1/3时所对应的Ic，实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一点。 3) 集电极最大耗散功率PcM

最高工作温度下允许的耗散功率产品说明书中给PcM时同时给出壳温TC，间接表示了最高工作温度。

4. GTR的二次击穿现象与安全工作区

一次击穿集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大，出现雪崩击穿。只要Ic不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变。二次击穿一次击穿发生时Ic增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降。常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变。安全工作区（Safe Operating Area——SOA）最高电压UceM、集电极最大电流IcM、最大耗散功率PcM、二次击穿临界线限定。也分为结型和绝缘栅型（类似小功率Field Effect Transistor——FET） 1. 电力MOSFET的结构和工作原理

电力MOSFET的种类

按导电沟道可分为P沟道和N沟道

耗尽型——当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道

增强型——对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道 2. 电力MOSFET主要是N沟道增强型电力MOSFET的结构

小功率MOS管是横向导电器件电力MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET（Vertical MOSFET）——大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（Vertical

Double-diffused MOSFET）。这里主要以VDMOS器件为例进行讨论电力MOSFET的工作原理截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。 P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。导电：在栅源极间加正电压UGS

栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少子——电子吸引到栅极下面的P区表面。当UGS大于UT（开启电压或阈值电压）时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。 1) 静态特性

漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性。ID较大时，ID与UGS的关系近似线性，曲线的斜率定义为跨导Gfs。

MOSFET的漏极伏安特性：截止区（对应于GTR的截止区）饱和区（对应于GTR的放大区）非饱和区（对应于GTR的饱和区）

电力MOSFET工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。电力MOSFET漏源极之间有寄生二极管，漏源极间加反向电压时器件导通。电力MOSFET的通态电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利。 2) 动态特性开通过程

开通延迟时间td(on) —— up前沿时刻到uGS=UT并开始出现iD的时刻间的时间段。上升时间tr—— uGS从uT上升到MOSFET进入非饱和区的栅压UGSP的时间段。

iD稳态值由漏极电源电压UE和漏极负载电阻决定。UGSP的大小和iD的稳态值有关UGS达到UGSP后，

在up作用下继续升高直至达到稳态，但iD已不变。开通时间ton——开通延迟时间与上升时间之和。关断过程

关断延迟时间td(off) ——up下降到零起，Cin通过Rs和RG放电，uGS按指数曲线下降到UGSP时，iD开始减小止的时间段。

下降时间tf—— uGS从UGSP继续下降起，iD减小，到uGS关断时间toff——关断延迟时间和下降时间之和。 MOSFET的开关速度

MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系。使用者无法降低Cin，但可降低驱动电路内阻Rs减小时间常数，加快开关速度。MOSFET只靠多子导电，不存在少子储存效应，因而关断过程非常迅速。开关时间在10~100ns之间，工作频率可达100kHz以上，是主要电力电子器件中最高的。场控器件，静态时几乎不需输入电流。但在开关过程中需对输入电容充放电，仍需一定的驱动功率。开关频率越高，所需要的驱动功率越大。

小结：本节主要简单了解电力晶闸管的工作原理和掌握电力场效应晶闸管的工作原理及特性并与其他晶闸管做比较。作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第四节绝缘栅双极晶闸管课时：2课时

教学目标：

1 掌握绝缘栅双极晶闸管的结构和工作原理 2 掌握绝缘栅双极晶闸管的特性 3掌握绝缘栅双极晶闸管的主要参数重点、难点：1.绝缘栅双及晶闸管的工作原理

2．绝缘栅双极晶闸管的擎住效应和安全工作区

教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：

第四节绝缘栅双极晶闸管

相关知识

缓冲电路（Snubber Circuit）

缓冲电路（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。

关断缓冲电路（du/dt抑制电路）——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。开通缓冲电路（di/dt抑制电路）——抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。

将关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起——复合缓冲电路。其他分类法：耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路（无损吸收电路）。通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，将开通缓冲电路叫做di/dt抑制电路。缓冲电路作用分析无缓冲电路：

V开通时电流迅速上升，di/dt很大。关断时du/dt很大，并出现很高的过电压。有缓冲电路：

V开通时：Cs通过Rs向V放电，使iC先上一个台阶，以后因有Li，iC上升速度减慢。 V关断时：负载电流通过VDs向Cs分流，减轻了V的负担，抑制了du/dt和过电压。缓冲电路中的元件选取及其他注意事项

Cs和Rs的取值可实验确定或参考工程手册。

VDs必须选用快恢复二极管，额定电流不小于主电路器件的1/10。尽量减小线路电感，且选用内部电感小的吸收电容。

中小容量场合，若线路电感较小，可只在直流侧设一个du/dt抑制电路。对IGBT甚至可以仅并联一个吸收电容。

晶闸管在实用中一般只承受换相过电压，没有关断过电压，关断时也没有较大的du/dt，一般采用RC吸收电路即可。电力电子器件器件的串联和并联使用晶闸管的串联

目的：当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联。

问题：理想串联希望器件分压相等，但因特性差异，使器件电压分配不均匀。

静态不均压：串联的器件流过的漏电流相同，但因静态伏安特性的分散性，各器件分压不等。承受电压高的器件首先达到转折电压而导通，使另一个器件承担全部电压也导通，失去控制作用。

反向时，可能使其中一个器件先反向击穿，另一个随之击穿。晶闸管的串联静态均压措施：

选用参数和特性尽量一致的器件

采用电阻均压，Rp的阻值应比器件阻断时的正、反向电阻小得多。动态不均压——由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压。动态均压措施：

选择动态参数和特性尽量一致的器件。用RC并联支路作动态均压。

采用门极强脉冲触发可以显著减小器件开通时间上的差异。晶闸管的并联

目的：多个器件并联来承担较大的电流

问题：会分别因静态和动态特性参数的差异而电流分配不均匀。均流措施：

挑选特性参数尽量一致的器件。采用均流电抗器。

用门极强脉冲触发也有助于动态均流。

当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法联接。

电力MOSFET和IGBT并联运行的特点电力MOSFET并联运行的特点：

Ron具有正温度系数，具有电流自动均衡的能力，容易并联。

注意选用Ron、UT、Gfs和Ciss尽量相近的器件并联。电路走线和布局应尽量对称。

可在源极电路中串入小电感,起到均流电抗器的作用。 IGBT并联运行的特点：

在1/2或1/3额定电流以下的区段，通态压降具有负的温度系数。在以上的区段则具有正温度系数。

并联使用时也具有电流的自动均衡能力，易于并联。小结：1.什么是电力电子器件的缓冲电路 2有缓冲电路和无缓冲电路有什么不同 3. 电力电子器件串、并联的使用方法作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第四章第一节单相半波可控整流电路课时：2课时

教学目标：1、掌握单相半波可控整流电路的工作原理 2、掌握不同负载下半波可控整流电路的整流情况 3、会对单相半波可控整流电路的主要参数进行简单的计算重点、难点：单相半波可控整流电路的工作原理教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：相关知识

带电阻负载的工作情况

变压器T起变换电压和隔离的作用

电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。基本数量关系

首先，引入两个重要的基本概念：

触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用触发角或控制角。

导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为，用θ表示。直流输出电压平均值为

Ud122U2sintd(t)2U22(1cos)0.45U1cos22

表示,也称 VT的a移相范围为180°这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。

Ta)u1u2VTuVTidudRa)uTuVTuuRiLu2b)b)u0ug0ud0uVTt12tc)0ut2tc)0u++ttd)0itd)te)0uf)te)0t0t2. 带阻感负载的工作情况

阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。

电力电子电路的一种基本分析方法通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路，分段进行分析计算。

对单相半波电路的分析可基于上述方法进行：当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=0。当VT处于通态时，相当于VT短路。

VTLu2Ra)u2VTLRb)

当VT处于通态时，如下方程成立：

didLRid2U2sintdt初始条件：ωt= ，id=0。求解式

LR

ZR2(L)2

（2-2）并将初始条件代入可得

R(t)2U2 idsin()eLZ

• 其， arctan2U2sin(t)Z30

（2-3）

单相半波可控整流电路

为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管

Ta)u1u2VTuVTudidiVDRLVDRRu2b)Oudc)Oidd)OiVTe)OiVDRt1ttIdtId-+tf)OuVTg)Ott当u2过零变负时，VDR导通，ud为零。此时为负的u2通过VDR向VT施加反压使其关断，L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流。续流期间ud为零，ud中不再出现负的部分。

数量关系若近似认为id为一条水平线，恒为Id，则有

IVTIVDR

1212Id2d(t)2dId22Id(t)Id2（2-7） IdVDRId2小结：1.单相半波可控整流电路在电阻负载下的工作情况 2、单相半波可控整流电路在其他负载下的工作情况作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第二节单相桥式可控整流电路课时：2课时

教学目标：1、掌握单相桥式可控整流电路的工作原理

2、掌握不同负载下单相桥式可控整流电路的整流情况 3、会对单相桥式可控整流电路的主要参数进行简单的计算重点、难点：单相桥式可控整流电路的工作原理教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：相关知识

1.带电阻负载的工作情况工作原理及波形分析

VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。

VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。

VT1VT3Ta)u1i2u2idaudbVT2VT4Rudidb)uVTc)01,4ud(id)t0i20td)t

数量关系

Ud12U2sintd(t)22U21cos1cos0.9U222a 角的移相范围为180°。

IdVT1U1cosId0.4522R2向负载输出的平均电流值为：

IdUd22U21cosU1cos0.92RR2R2流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即： 2.带阻感负载的工作情况

为便于讨论，假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。

u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。

至ωt=π+通。

VT2和VT3导通后，u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过

i时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正电压，故两管导

VT1aTuiuVT3ubLRVT2uOuOiiO1,4a)VT4ttIIIIItttttiO2,3OiuO1,4Ob)VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相，亦称换流。

3.带反电动势负载时的工作情况

idRudEudEOidOtIdtb)a)

在|u2|>E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。导通之后，ud=u2，直至|u2|=E，

id即降至0使晶闸管关断，此后ud=E 。与电阻负载时相比，晶闸管提前了电角度δ停止导

电，δ称为停止导电角。在a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。负载为直流电动机时，如果出现电流断续则电动机的机械特性将很软。为了克服此缺点，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间。

VT1VT2i2u2bidTa)audVDRLRVD3u2b)VD4OudtttIdIdOidiVTOiVD1iVTOiVD2OiVD3R4IdIdttIdOi2OIdtt这时整流电压ud的波形和负载电流id的波形与电感负载电流连续时的波形相同，ud的计算公式亦一样。

为保证电流连续所需的电感量L可求出

i1u1TVT1u2u2VT2udRudOi1Otta)b)单相全波与单相全控桥从直流输出端或从交流输入端看均是基本一致的。变压器不存在直流磁化的问题。单相全波与单相全控桥的区别

（1）单相全波中变压器结构较复杂，绕组及铁芯对铜、铁等材料的消耗多。

（2）单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压为，是单相全控桥的2倍。

（3）单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个。从上述（2）、（3）考虑，单相全波电路有利于在低输出电压的场合应用。

单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，为了对每个导电回路进行控制，只需1个晶闸管就可以了，另1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。如此即成为单相桥式半控整流电路（先不考虑VDR）。

半控电路与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。

单相半控桥带阻感负载的情况假设负载中电感很大，且电路已工作于稳态在u2正半周，触发角a处给晶闸管VT1加触发脉冲，u2经VT1和VD4向负载供电。 u2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通。但因a点电位低于b点电位，使得电流从VD4转移至VD2，VD4关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续

VT1VT2iTa)iuaubVDRLRVD3ub)VD4OutttIIOiiOi1iOi2Oi3R4IIttIOiOItt 35

流。

在u2负半周触发角a 时刻触发VT3，VT3导通，则向VT1加反压使之关断，u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零。续流二极管的作用

若无续流二极管，则当a 突然增大至180°或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期

ud为零，其平均值保持恒定，称为失控。

有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，晶闸管关断，避免了某一个晶闸管持续导通从而导致失控的现象。同时，续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。单相桥式半控整流电路的另一种接法

相当于把图中的VT3和VT4换为二极管VD3和VD4，这样可以省去续流二极管VDR，续

VT1VD3Tu2负载VT2VD436

流由VD3和VD4来实现。

小结：1.单相桥式可控整流电路在电阻负载下的工作情况 2、单相桥式可控整流电路在其他负载下的工作情况作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第三节三相半波可控整流电路课时：2课时

教学目标：：1、掌握三相半波可控整流电路的工作原理 2、掌握不同负载下三相半波可控整流电路的整流情况 3、会对三相半波可控整流电路的主要参数进行简单的计算重点、难点：三相半波可控整流电路的工作原理教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：相关知识 1. 电阻负载

Ta)abcuu=0ub)OtuOuOi1VTVTVTiuuRtttc)td)te)f)Ou1ttuuO电路的特点：

变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起——共阴极接法。自然换相点：假设将电路中的晶闸管换作二极管，成为三相半波不可控整流电路。一周期中，在

t1-t2期间，

t2-t3期间， t3-t4期间，

VD1导通，ud=ua 在 VD2导通，ud=ub 在

VD3导通，ud=uc

二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角a的起点，即a =0°。

a =0°时的工作原理分析，变压器二次侧a相绕组和晶闸

管VT1的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分量。晶闸管的电压波形，由3段组成：

第1段，VT1导通期间，为一管压降，可近似为uT1=0。

第2段，在VT1关断后，VT2导通期间，uT1=ua-ub=uab，为一段线电压。

第3段，在VT3导通期间，uT1=ua-uc=uac为另一段线电压。 a<30°时的波形（图2-13 ）负载电流处于连续和断续之间的临界状态。

a>30°的情况（图2-14 ）

特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120° 。整流电压平均值的计算:

1Ud23562U2sintd(t)636U2cos1.17U2cos2 (1)a≤30°时，负载电流连续，有：当a=0时，Ud最大，为。

Ud1232U2sintd(t)632U21cos()0.6751cos()266 （2）a>30°时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：

1.21.17Ud/U20.80.42030136090/(°)120150

三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系

1－电阻负载 2－电感负载 3－电阻电感负载

负载电流平均值为

IdUdR晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即

URM23U26U22.45U2

晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即 2. 阻感负载

UFM2U2特点：阻感负载，L值很大，id波形基本平直。

a≤30°时：整流电压波形与电阻负载时相同。a >30°时（如a=60°时的波形如图2-16所

示）。

Tu2abVT2cudOiaOibOicOidOuVTO1VT1LeLudidRuaubucVT3tttttuacuabuactu2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，由VT2导通向负载供电，同时向

VT1施加反压使其关断——ud波形中出现负的部分。

id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。

阻感负载时的移相范围为90°。

数量关系由于负载电流连续， Ud可由式（2－18）求出，

即Ud/U2与a 成余弦关系，如图2-15中的曲线2所示。如果负载中的电感量不是很大，则

1.21.17Ud/U20.80.42030136090120150/(°)d/U2与a的关系将介于曲线1和2之间，当a>30°后，ud中负的部分减少， Ud略为增加，U曲线3给出了这种情况的一个例子。三相半波可控整流电路Ud/U2随a变化的关系

1－电阻负载 2－电感负载 3－电阻电感负载

小结：1三半波可控整流电路在电阻负载下的工作情况 2三相半波可控整流电路在其他负载下的工作情况作业布置：审批：后记：

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课题：第四节三相桥式全控整流电路课时：2课时

教学目标：：1、掌握三相桥式全控整流电路的工作原理 2、掌握不同负载下三相桥式全控整流电路的整流情况 3、会对三相桥式全控整流电路的主要参数进行简单的计算重点、难点：三相桥式全控整流电路的工作原理教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：相关知识

三相桥是应用最为广泛的整流电路

VT1VT3VT5d1Tniaabid负c载udVT4VT6VT2d21.带电阻负载时的工作情况

当a≤60°时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续波形图： a =0 （图2－18 ）

a =30° a =60°

当a>60°时，ud波形每60°中有一段为零，ud波形不能出现负值波形图： a =90°

带电阻

负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120°三相桥式全控整流电路的特点: （1）2管同时通形成供电回路，其阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。（2）对触发脉冲的要求：

按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60°。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依

次差120°，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120°。同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180°。

(3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。 (4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲

可采用两种方法：一种是宽脉冲触发,另一种是双脉冲触发（常用）

（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。

2．阻感负载时的工作情况

a≤60°时（a =0° 图2－22；a =30° 图2－23）•ud波形连续，工作情况与带电阻负载时

十分相似。各晶闸管的通断情况,输出整流电压ud波形,晶闸管承受的电压波形。区别在于：得到的负载电流id波形不同。当电感足够大的时候， id的波形可近似为一条水平线。a >60°时（ a =90°图2－24）•阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。电阻负载时，ud波形不会出现负的部分。阻感负载时，ud波形会出现负的部分。带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为90° 。 3．定量分析

当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a≤60°时）的平均值为：

Ud13236U2sintd(t)2.34U2cos

3带电阻负载且a >60°时，整流电压平均值为：

Ud336U2sintd(t)2.34U21cos()3I2122222Id0.816IdId(Id)2333

输出电流平均值为：Id=Ud /R当整流变压器为图2-17中所示采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图2-23中所示，为正负半周各宽120°、前沿相差180°的矩形波，其有效值为：单相半波可控整流电路及波形带阻感负载的单相半波电路及其波形

（2-5）

VT1VT3Ta)u1i2u2idaudbRTVTu2uVTidudRVT2VT4a)u1udidb)uVTc)01,4ud(id)b)u20ug0ud0uVTtc)t12tt0i20td)td)te)0t

单相半波可控整流电路的分段线性等效电路a)VT处于关断状态 b) VT处于导通状态

iVT1VT3TuiuTLVTuuuiiRauba)uLVDRRVT2VT4ub)OuuOuOiiOa)tttc)OiIiOI-+ttIIIIId)ttttte)iOOiRtOiuOf)Oug)OtOb)tt单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形单相全控桥带阻感负载时的电路及波形

ud=E0idOtt

idRudEudEOidOtIdtb)a)单相桥式全控整流电路接反电动势 —电阻负载时的电路及波形

i1u1TVT1u2u2VT2udRudOi1Otta)b)单相桥式全控整流电路带反电动势负载

串平波电抗器，电流连续的临界情况单相全波可控整流电路及波形单相桥式半控整流电路，

有续流二极管，阻感负载时的电路及波形

单相桥式半控整流电路的另一接法三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及a =0°时的波形三相半波可控整流电路，电阻负载，a=30°时的波形三相半波可控整流电路，三相三相半波可控整流电路Ud/U2与a的关系三相半波可控整流电路

VT1VT2iubiTa)auVDRLR1.21.17Ud/U2VD3ub)VD40.80.420306090/(°)12015013OutttIIOiiiIIOOiiOittIOiOItt

阻感负载时的电路及a=60°时的波形

u2=60?ua O

uGOudiVTubucttt O

1三相桥式全控整流电路原理图 OtVTVTVT135d1idTniaab负c载udVTVTVT462d2三相桥式全控整流电路带电阻负载a=0°时的波形

uuuuuuOuuuuuuuuuuuutOtiOitOit

Ot三相桥式全控整流电路带电阻负载a=30°时的波形

u= 30°uuuOuutⅠuⅡuⅢuⅣuⅤuⅥuuutOtu1uuuuuuuuOt

iOuut三相桥式全控整流电路带电阻负载a=60°时的波形三相桥式全控整流电路

ud1= 60°uaubuct1Oud2uduabⅠuacⅡubcⅢubaⅣucaⅤucbⅥuabtuacOtuVT1uacuacOt

带电阻负载a=90°时的波形 uabTu2VT1abVT2cVT3LeLudidRudOiaOibOicOidOuVT1uaubucttttt

Ouacuabuact46

三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路带阻感负载a=0°时的波阻感负载a=30°时的波形

uau2= 0°ud1Ot1ud2u2LudⅠⅡuabuacⅢⅣⅤⅥubcubaucaucbubucud1= 30°uaubuctOt1uabuactⅠⅡuabuacⅢⅣⅤⅥubcubaucaucbuabuacud2udOtOtidOiVT1 三相桥式整流电路带阻感负载，a=90°时的波形 OOuidtOtiaO= 90°uuuOtttⅡuⅢuⅣuⅤuⅥuOuutⅠuuutu1uutu小结：1三相桥式全控整流电路在电阻负载下的工作情况 2三相桥式全控整流电路在其他负载下的工作情况作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第五节晶闸管的有源逆变工作状态第六节变压器漏抗对整流电路的影响课时：2课时

教学目标：1、了解什么事逆变

2、掌握逆变的工作原理和条件 3、掌握逆变失败和最小逆变角的 4、掌握变压器漏抗对整流电路有哪些影响

重点、难点：逆变的工作原理和条件教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：相关知识

1、什么是逆变

在生产实践中，存在着与整流过程相反的要求，即要求把直流电转变成交流电，这种对应于整流的逆向过程，定义为逆变。

如果变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，称为无源逆变。

2、逆变的工作原理

可见两个电动势同极性相接时，电流总是从电动势高的流向电动势低的，由于回路电阻很小，即使很小的电动势差值也能产生大的电流，使两个电动势之间交换很大的功率，这对分析有源逆变电路是十分有用的。

3、逆变产生的条件

由此可的出产生逆变的条件有二:

1）要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压。

2)要求晶闸管的控制角а>π/2，使Ud为负值。两者必须同时具备才能实现有源逆变。

必须指出，半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压。ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用全控电路。

4、逆变失败与最小逆变角

逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠硕。 1.逆变失致的原因

造成逆变失败的原因很多，主要有下列几种情况:

1)触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相，使交流电源电压和直流电动势顺向串联，形成短路。

2)晶闸管发生故障，在应该阻断期间，器件失去阻断能力，或在应该导通期间，器件不能导通，造成逆变失败。

3)在逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失，由于直流电动势E}的存在，晶闸管仍可导通，此时变流器的交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的交流电压，因此直流电动势将通过晶闸管使电路短路。

4)换相的裕量角不足，引起换相失败，应考虑变压器漏抗引起重叠角对逆变电路换相的影响

2、最小逆变角的因素 1）换相重叠角

2）晶闸管关断时间所对应的角度 3）安全裕量角

5、变压器漏抗对整流电路的影响

小结：1、什么是逆变？逆变的工作原理和产生的条件 2、逆变失败的原因和最小逆变角的 3、变压器漏抗对整流电路有哪些影响作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第五章第一节单结晶体管触发电路课时：2课时

教学目标：1、掌握单结晶体管的结构和工作原理

2、掌握单结晶体管的伏安特性

3掌握单结晶体管自激振荡电路和具有同步环节的单结晶体管触发电路

重点、难点：单结晶体管的伏安特性教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：相关知识目标

1. 能根据晶闸管主电路的特点选择合适的触发电路，并能进行正确地连接与调试。 2. 熟悉几种常用触发电路的组成和工作原理。

3. 能用示波器测试触发电路关键点的波形，根据现象能够排除触发电路的故障。

常见的触发脉冲电压波形

a)正弦波 b)尖脉冲 c)方脉冲 d)强触发脉冲 e)脉冲列一、单结晶体管

a)结构示意 b)等效电路 c)图形符号 d)外形及管脚

用万用表来判别单结晶体管的好坏：选择R×1k电阻挡进行测量，若某个电极与另外两个电极的正向电阻小于反向电阻，则该电极为发射极e，接着测量另外两个电极的正反向电阻值应该相等。

单结晶体管的伏安特性

二、单结晶体管自激振荡电路

利用单结晶体管的负阻特性和RC电路的充放电特性，可以组成单结晶体管自激振荡电路

1fT

满足电路振荡的Re的取值范围为

11ReCln1EUVEUPReIPIV 为了防止Re取值过小电路不能振荡，一般取一固定电阻r与另一可调电阻Re串联，以调整到满足振荡条件的合适频率。若忽略电容C放电时间，电路的自激振荡频率近似为

三、具有同步环节的单结晶体管触发电路

上图加了同步环节的单结晶体管触发电路，主电路为单相半波整流电路。要求图中VT在每个周期内以同样的触发延迟角α被触发导通，即触发脉冲必须在电源电压每次过零后滞后α角出现。为了使触发脉冲与电源电压的相位配合需要同步，我们采用一个同步变压器，它的一次侧接主电路电源，二次侧经二极管半波整流、稳压削波后得梯形波，作为触发电路电源，也作为同步信号。当主电路电压过零时，触发电路的同步电压也过零，单结晶体管的Ubb电压也降为零，使电容C放电到零，保证了下一个周期电容C从零开始充电，起到了同步作用。从图3-5b可以看出，每周期中电容C的充放电不止一次，晶闸管由第一个脉冲触发导通，后面的脉冲不起作用。改变Re的大小，可改变电容充电速度，也就改变了第一个脉冲出现的角度，达到调节α角的目的。

实际应用中，常用晶体管V代替可调电阻器Re，以便实现自动移相，同时脉冲的输出一般通过脉冲变压器TP，以实现触发电路与主电路的电气隔离，如图所示。

小结：1、单结晶体管的工作原理和伏安特性 2、单结晶体管如何进行震荡输出触发脉冲的作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第二节同步电压为锯齿波的触发电路第三节集成触发电路及数字触发电路（一）课时：2课时

教学目标：1、掌握同步电压为锯齿波的触发电路的工作原理

2、掌握触发的五个环节的工作过程

3掌握由KC04、KC41C组成的三相集成触发电路及MC787和MC788集成电路的简单工作原理

重点、难点：同步电压为锯齿波的触发电路的五个环节教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：相关知识:

一、锯齿波同步触发电路组成

图为锯齿波同步触发电路，该电路由以下五个基本环节组成：①同步环节。②锯齿波形成及脉冲移相环节。③脉冲形成、放大和输出环节。④双脉冲形成环节。⑤强触发环节。二、工作原理波形分析

三、双脉冲形成环节

对于三相全控桥电路，电源三相U、V、W为正相序时，6只晶闸管的触发顺序为VT1→ VT2→VT3→VT4→VT5→VT6彼此间隔60°，为了得到双脉冲，6块触发板的X、Y可按图所示方式连接，即后相的X端与前相的Y端相连。

第三节集成触发电路

一、KC04、KC41C组成的三相集成触发电路

如图3-10所示，由三块KC04与一块KC41C外加少量分立元器件，可以组成三相全控桥

的集成触发电路，它比分立元器件电路要简单得多。 1．KC04移相触发器

KC04与分立元器件的锯齿波触发电路相似，也是由同步、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成及放大输出等环节组成。该器件适用于单相、三相全控桥式装置中作晶闸管双路脉冲相控触发。

KC04与KC41C电路各点电压波形

二、集成电路MC787和MC788

集成电路MC787和MC788与KC系列相比较，具有功能强、外接元器件少、不需要双电源供电、功耗少等多项优点，对于电力电子产品的小型化和方便设计具有重要意义。图为该电路的结构框图。

集成块由同步过零电路和极性检测电路、锯齿波形成电路、比较电路、抗干扰锁定电路、调制脉冲发生器、脉冲形成电路、脉冲分配及驱动电路组成。电路采用单电源供电，同步电压的零点设计在1／2电源电压处。三相同步电压信号经T形网络进入过零检测和极性判别电路，检测出零点和极性后，在锯齿波形成电路的CU、CV、CW三个电容上积分形成锯齿波。锯齿波形成电路由于采用集中式恒流源，相对误差很小，具有良好的线性度和一致性。因此要求选取的积分电容的相对误差也应较小。

锯齿波在比较器中与移相电压比较取得交点，移相电压由脚4通过电位器调节或由外电路控制得到。移相电压为正极性，当移相电压增加时，输出触发延迟角增大。移相电压的调整范围可按积分电容的大小，在0～15V间选取。

使用时应注意的几个问题

1)同步电压的零点取在1／2电源电压处，所以，同步信号的“地”若与电路共地，电路的同步信号输入端需用电阻进行1／2分压，然后将同步信号用电容耦合到输入端；1／2分压精度将影响同步信号的零点，应选用相对误差小于2％的电阻。此外同步信号的峰值不应超

过电源电压数值。

2)电容的相对误差应小于5％，当频率为50Hz时，电容可取0.15μF左右，当频率较高时，为保证电容积分幅值，电容应减小。 3)电路的半控／全控控制端，使用时不要悬空。

4)MC787／MC788可方便地用于普通晶闸管、双向晶闸管、门极关断晶闸管、非对称晶闸管的电力电子设备中作移相触发脉冲形成电路。改变CX，它还可用于GTR、电力MOSFET、IGBT或MCT的电力电子设备中。

小结：1、同步电压为锯齿波的触发电路的工作原理 2、同步电压为锯齿波的触发电路的五个环节 3、集成触发的形成原理作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第三节集成触发电路及数字触发电路（二）第四节触发电路与主电路电压的同步课时：2课时

教学目标：1、掌握数字触发电路的工作原理

2、掌握数字触发的微机触发系统的硬件设置 3、同步的意义和实现同步的方法

重点、难点：同步的意义和方法教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：相关知识：

第四节数字触发电路

微机控制数字触发系统框图

一、系统工作原理

MCS-51系列8031单片机内部有两个16位可编程定时器计数器T0、T1，若将其设置为定时器方式1，即16位对机器周期进行计数。首先将初值装入TL(低8位)及TH(高8位)，启动定时器即开始从初值加1计数，当计数值溢出时，向CPU发出中断申请，CPU响应后执行相应的中断程序。在中断程序中让单片机发出触发信号，因此改变计数器的初值，就可改变定时长短。

三相全控桥电路及触发脉冲输出脉冲程序流程图

电路工作时，设α1为触发延迟角，即第一对脉冲距离同步参考点的电角度，后面每隔60°发一对脉冲，共发6对。各脉冲位置与时间关系如图3-16b所示，设 t1=tα1

tn=tα1+(n-1) t60 式中t1——α1对应的时间；

n—— 触发脉冲序号， n =1、2、3、4、5、6 tn——第n个脉冲对应的时间；

t60——60°所对应的时间。二、微机触发系统的硬件设置

系统硬件配置框图

第五节触发电路与主电路电压的同步

所谓同步，是指把一个与主电路晶闸管所受电源电压保持合适相位关系的电压提供给触发电路，使得触发脉冲的相位出现在被触发晶闸管承受正向电压的区间，确保主电路各晶闸管在每一个周期中按相同的顺序和触发延迟角被触发导通。我们将提供给触发电路合适相位的电压称为同步信号电压，正确选择同步信号电压与晶闸管主电压的相位关系称为同步或定相。

一、实现同步的方法

触发电路要与主电路电压取得同步，首先二者应由同一电网供电，保证电源频率一致；其次要根据主电路的型式选择合适的触发电路；最后依据整流变压器的联结组标号、主电路线路型式、负载性质确定触发电路的同步电压，并通过同步变压器的正确连接加以实现。由于同步变压器二次电压要分别接到各单元触发电路，而一套主电路的各单元触发装置一般有公共“接地”端点，所以，同步变压器的二次只能是星形联结。二、定相举例

例三相桥式全控电路如图3-19a所示，直流电动机负载，要求可逆运行，整流变压器 TR为D，y1联结组标号，采用图3-7所示锯齿波触发电路。锯齿波的齿宽为240°，考虑锯齿波起始段的非线性，故留出60°余量。电路要求的移相范围是30°～150°。试按简化相量图的方法来确定同步变压器的联结组标号及变压器绕组联结方法。

解选择以某一只晶闸管的同步定相为例(如以VT1管)，其余五管可根据相位关系依次确定。具体步骤如下：

1．确定VT1管的同步电压与主电路电压的相位关系 2．确定同步变压器的联结组标号 3．确定同步电压与各触发电路的连线

晶闸管的导通控制信号由触发电路提供，触发电路的类型按组成器件分为：单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成触发电路和计算机数字触发电路等。单结晶体管触发电路结构

简单，调节方便，输出脉冲前沿陡，抗干扰能力强，对于控制精度要求不高的小功率系统，可采用单结晶体管触发电路来控制；对于大容量晶闸管一般采用晶体管或集成电路组成的触发电路。计算机数字触发电路常用于控制精度要求较高的复杂系统中。各类触发电路有其共同特点，它们一般由同步环节、移相环节、脉冲形成环节和功率放大输出环节组成。小结：1、数字触发电路的工作原理 2、触发电路与主电路电压同步的意义 3、同步的方法作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第六章第一节降压式斩波变换电路课时：2课时

教学目标：1、掌握基本斩波器的工作原理

2、理解电流连续的导通工作模式以及电流不连续的导通工作模式 3、掌握输出电压纹波

重点、难点：电流连续的导通工作模式以及电流不连续的导通工作模式教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟

教学过程：相关知识：

小结：1、基本斩波器的工作原理

2、电流的连续导通和不连续导通的工作模式 3、输出电压纹波的特点作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第二节升压式斩波变换电路

第三节升降压式斩波变换电路

第四节直流斩波应用电路课时：2课时

教学目标：1、掌握升压式斩波变换电路电流连续导通和不连续导通的工作模式

2、掌握升压式斩波变换电路输出电压纹波 3、了解升降压式斩波变换电路 4、了解直流斩波应用电路

重点、难点：升压式斩波变换电路电流连续导通和不连续导通的工作模式教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：相关知识：

小结：1、升压式斩波变换电路的工作原理 2、电流的连续导通和不连续导通的工作模式 3、输出电压纹波的特点作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第七章第一节交流开关及其应用电路课时：2课时

教学目标：1、掌握晶闸管交流开关及应用

2、掌握由过零触发开关电路组成的单相交流调功器 3、了解全控器件组成的交流开关

重点、难点：过零触发开关电路组成的单相交流调功器教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：相关知识：

一、晶闸管交流开关及应用

a) b) c)

图a为普通晶闸管反并联的交流开关。当S合上时，靠管子本身的阳极电压作为触发电源，可使管子可靠触发。负载上可得到基本为正弦波的电压。图b为采用双向晶闸管的交流开关。

图c为只有一个普通晶闸管的电路，管子只能承受正压，但由于串联元器件多，其压降损耗较大。

采用光电耦合器的交流开关

主电路：u RL VT1//VD1 VT2//VD2

1、2无信号：B不通，VT3导通，VT1和VT2关断，RL未接电。

1、2有信号：B导通，VT3截至，VT1和VT2分别在其正半周导通，RL得电。

二、过零触发开关电路及应用

晶闸管交流开关和交流调压的控制方式：相位控制和过零控制

相位控制：调节控制角a，可调节输出电压但会产生射频干扰。

过零控制：交流电压过零时触发晶闸管（a=0），使晶闸管在一个周期处于全导通或全阻断状态。

交流过零触发开关电路就是利用过零触发方式来控制晶闸管导通与关断。在设定的周期范围

内，将电路接通几个周波，然后断开几个周波，通过改变晶闸管在设定周期内通断时间的比例，达到调节负载两端交流电压即负载功率的目的。因而这种装置也称调功器或周波(波形个数)控制器。

（a）全周波连续式（b）全周波断续式过零触发调节周波电压的波形

三、固态开关

固态开关（SSS-Solid State Switch)是一种以双向晶闸管为基础构成的无触点通断组件，包括固态继电器（SSR-Solid State Relay)、固态接触器（SSC-Solid State Contactor)。固态开关的控制一般采用光电耦合技术。

光电耦合器有光电晶闸管耦合器、光电双向晶闸管耦合器和光电晶体管耦合器。

光电晶闸管耦合零电压开关

VT2被触发导通条件：光电晶闸管B导通，与VD1~VD4构成通路。而光电晶闸管B导通条件：1、2端有信号，门极、阴极间不短接。只有电源电压过零时，VT1截止，门极阴极间才开路。总之只有当1、2端有输入信号，且电源电压过零时，光电晶闸管耦合器B导通，触发双向晶闸管。

光电晶体管耦合零电压接通、零电流断开

1、2端有输入信号，光电晶体管B导通，在交流电压接近0时，VT3截止，晶闸管VT1导通，与VD1~VD4构成通路，触发双向晶闸管。无控制信号时，流过双向晶闸管的电流过零时关断。

小结：1、晶闸管交流开关的应用 2、单相交流调功器

3、固态开关和全控器件组成的交流开关作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第二节单相交流调压电路第三节相位控制器课时：2课时

教学目标：1、单相交流调压电路不同负载下的工作原理

2、相位控制器的工作原理

重点、难点：单相交流调压电路不同负载下的工作原理教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：相关知识：

一、单相交流调压电路

可由一只双向晶闸管组成，也可以用两只普通晶闸管或GTR等其他全控器件反并联组成。（一）RC移相触发的调压电路

单相交流调压电阻负载电路及波形双向晶闸管调压电路

输出电压与 α 的关系：

移相范围为0 ≤ α ≤π。 α ＝0时，输出电压为最大。 U 0 ＝U 1 ，随 α 的增大， U 0 降低， α ＝ π时， U 0 ＝0。 λ 与 α 的关系：

α ＝ 0 时，功率因数 λ ＝ 1 ， α 增大，输入电流滞后于电压且畸变， λ 降低。

2 阻感负载负载阻抗角： ϕ = arctan( ω L / R)

若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于u 1 的角度为 ϕ ，当用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后。设 α =0时刻仍定为u 1 过零的时刻，阻感负载稳态时 α 的移相范围应为 ϕ ≤ α ≤π。 ω t = α 时刻开通晶闸管 VT 1 ，可求得θ

当 α = ϕ 时 θ = π 当 α > ϕ 时 θ < π 以 ϕ 为参变量，把 α 和θ的关系表示成右图。

当阻感负载 , α < ϕ 时电路工作情况－动态过程 VT 1 的导通时间超过π。触发 VT2 时， i o 尚未过零， VT1 仍导通， VT2 不会导

通。 i o 过零后， VT2 才可开通， VT2 导通角小于π。衰减过程中， VT1 导通时间渐短， VT2 的导通时间渐长。

结论：阻感负载当 α < ϕ 时，其稳态工作情况和 α ＝ ϕ 时完全相同。

小结：1、单相交流调压电路的工作原理 2、相位控制器的工作情况分析

作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第八章第一节无源逆变及基本电路课时：2课时

教学目标：1、掌握逆变器的工作原理

2、掌握基本逆变电路

重点、难点：逆变器的工作原理教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：相关知识：

一、逆变电路的基本工作原理单相桥式逆变电路为例：

S 1 ～ S 4 是桥式电路的 4 个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。 S 1 、 S 4 闭合， S 2 、 S 3 断开时，负载电压uo 为正 S 1 ； S 1 、 S 4 断开， S 2 、 S 3 闭合时，uo 为负，把直流电变成了交流电。改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。电阻负载时，负载电流 io和 u o 的波形相同，相位也相同。阻感负载时，io 滞后于u

o ，波形也不同（图b ）。t 1 前： S 1 、 S 4 通，u o 和 io 均为正。 t 1 时刻断开 S 1 、 S 4 ，合上 S 2 、 S 3 ，u o 变负，但 i o 不能立刻反向。i o 从电源负极流出，经 S 2 、负载和 S 3 流回正极，负载电感能量向电源反馈， i o 逐渐减小， t 2 时刻降为零，之后i o 才反向并增大。 1. 器件换流

利用全控型器件的自关断能力进行换流（ Device Commutation ）。 2. 电网换流

由电网提供换流电压称为电网换流（ Line Commutation ）。可控整流电路、交流调压电

路和采用相控方式的交交变频电路，不需器件具有门极可关断能力，也不需要为换流附加元件。 3. 负载换流

由负载提供换流电压称为负载换流（ Load Commutation ）。负载电流相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流。负载为电容性负载时，负载为同步电动机时，可实现负载换流。

4. 强迫换流

设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流（ Forced Commutation ）。通常利用附加电容上储存的能量来实现，也称为电容换流。

直接耦合式强迫换流 —— 由换流电路内电容提供换流电压。 VT 通态时，先给电容 C 充电。合上 S 就可使晶闸管被施加反压而关断。

强迫换相电路

器件换流 —— 适用于全控型器件。其余三种方式 —— 针对晶闸管。

器件换流和强迫换流 —— 属于自换流。

电网换流和负载换流 —— 属于外部换流。当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而是在支路内部终止流通而变为零，则称为熄灭。

二、基本逆变电路

1、半桥逆变电路

单相半桥电压型逆变电路及其工作波形

优点：简单，使用器件少。

缺点：交流电压幅值 U/ 2 ，直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡，用于几 kW 以下的小功率逆变电源。 2. 全桥逆变电路

单相全桥逆变电路的移相调压方式

小结：1、逆变器的简单工作原理

2、半桥逆变电路的工作原理和全桥逆变电路的工作原理作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第二节电压型和电流型逆变器课时：2课时

教学目标：1、掌握电压型逆变器的特点和工作原理

2、掌握电流型逆变器的特点和工作原理

重点、难点：电压型和电流型逆变器的特点教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：相关知识：一、电压型逆变器

电压型逆变电路的特点

⑴直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动 ⑵输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同 ⑶阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管

三相电压型桥式逆变电路

电压型三相桥式逆变电路的工作波形

二、电流型逆变器

电流型逆变电路主要特点：

⑴直流侧串大电感，相当于电流源。

⑵交流输出电流为矩形波，输出电压波形和相位因负载不同而不同。 ⑶直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管。

电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多。换流方式有负载换流、强迫换流。

电流型三相桥式逆变电路

小结：1、电压型逆变器的特点和工作原理 2、电流型逆变器的特点和工作原理作业布置：审批：后记：

周次：时间：

课题：第三节脉宽调制型逆变电路课时：2课时

教学目标：1、掌握PWM的基本工作原理

2、了解三相桥式PWM逆变电路 3、掌握PWM逆变电路的控制方式 4、了解PWM的产生方法

重点、难点：PWM的基本工作原理和控制方式教具：教材教学方法：讲授法

时间分配：回顾 10分钟新授 70分钟小结 15分钟作业布置 5分钟教学过程：相关知识：

一、PWM控制的基本工作原理

脉宽调制是用高度相同，宽度不等的矩形脉冲列去逼近一个所需要的电压或电流波形。例如用恒幅不等宽的脉冲列来代替一个正弦波时，首先将正弦波 N 等分，将每等分所包围的面积都用一个与其面积相等的等幅矩形脉冲代替并使矩形脉冲的中心线与对应的正弦等分的中点重合。这样得到一串脉冲的高度不变但宽度按正弦规律变化的脉冲列，这称为正弦脉宽调制（ SPWM ）。

单极性调制与双极性调制在正弦信号的半个周期内三角波只在一种极性内变化，所产生的 PWM 波形也只在一种极性内变化的控制方式称单极性调制若在正弦信号的半个周期内三角波在正负极性内变化，所产生的 PWM 波形也在正负极性内变化则称双极性调制

单极性脉宽调制所得到的 PWM 信号有正、负和 0 三种电平。双极性脉宽调制所得到的 PWM 信号只有正负两种电平。前者因有更小的谐波分量，性能更优。

二、PWM逆变电路的控制方式

异步调制与同步调制

等腰三角波与正弦控制信号之间没有确定的频率调制比、二个信号间不保持同步的调制方式称为异步调制。

特点： 1 ）三角波的频率与幅值不变。正弦信号的频率与幅值是可以变化的。 2 ）频率调制比 m f 是变化的，并且可以不是整数。

3 ） PWM 波形的正、负半周内，脉冲的个数与相位不固定，波形不对称。缺点：波形不对称

优点：波形没有严格的周期性，没有特定的谐波。频率调制比 m f 很大时波形不对称度就可忽略。如果频率调制比为常数，等腰三角波与正弦控制信号之间在变频过程中保持严格的相位关系的调制方式称为同步调制特点： 1 ） m f 为常整数

2 ）三角波与正弦信号的相位固定不变的。如图示但它的频率要随正弦波的频率变化。

3 ） PWM 波形的正、负半周内，脉冲的个数相同，波形对称。

优点：波形对称。

缺点：波形有特定的谐波。分段同步调制

同步调制时，由于 m f 为常整数，当正弦信号的频率提高时三角波的频率也相应提高，即开关频率也提高。为克服这个缺点，需要采用 “ 分段同步调制 ” 。

分段同步调制是将逆变器的工作频率范围划分为若干个频率段，在每个频率段保持都保持频率调制比为常数。在不同频率段，根据开关频率的限制频率调制比取不同的值。

三、三相桥式 PWM 逆变电路

小结：1、PWM的基本工作原理和三相桥式PWM逆变电路

2、PWM逆变电路的控制方式 3、PWM的产生方法作业布置：审批：后记：

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