UPS电源技术及应用
类器件品种很多,目前较常用的全控型器件有电力场效应管(Power MOSFEP0w mental oxide semiconductor effect transistor)和绝缘栅双极晶体管(IGB11五sulated gate bipolar transistor)。
3也有不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件,这类器件也就不需要驱动电路这就是电力二极管(power diode),电力二极管又被称为不可控功率器件。这种奋件只有两个端子,其基本特性与信息电子电路中的普通二极管一样,器件的导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。
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正如前文所提,电力电子器件是电力电子电路的基础,掌握好常用电力电子件的工作原理和正确使用方法是我们学好UPS的前提。本章将重点介绍UPS中要经常用到的电力电子器件--电力二极管、晶闸管、电力场效应管和绝缘栅双极晶体管的工作原理、基本袋性、主要参数以及选择与使用过程中应注意的问题。
将一块2-2(a)所示子(空穴) 区(扩散运接触面上形区,扩散运力,所以扩
2.1电力二极管
电力二极管自20世纪50年代初期就获得了应用,当时也被称为半导体整流器(SR--semiconductor rectifier),并开始逐步取代以前的汞弧整流器。
虽然是不可控器件,但其结构和原理简单,工作可靠,所以,直到现在电力二极管仍然大量应用于许多电气设备中,特别是快恢复二极管和肖特基二极管,仍分别在中、高频整流和逆变以及低压高频整流的场合具有***的地位。
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2.1.1工作原理
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一样,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结和两根引线封装组成的。图2-1 所示分别为电力二极管的外形和电气图形符号。二极管有两个极,分别称为阳极(或正极) A和阴极(或负极)K。
将的负极,变薄,如果时内电场法进行在电力电子器件中,半导体材料用得最多的是硅和储。纯净的硅和锗称其为本征半导体,其导电性能很不好。如果给本征半导体掺入3价的杂质(如硼或铟),就会在半导体中产生大量的带正电荷的空穴,其导电能力则会大大增强,这种半导体称为P型半导体。如果给本征半导体掺入5价的杂质(如磷或砷),就会在半导体中产生大量的带负电荷的电子,其导电能力也会大大增强,这种半导体称为N型半导体。在P型半导体中,有大量的带正电的空穴,称为多数载流子,带负电的自由电子称为少数载流子。在N型半导体中有大量的带负电的自由电子称为多数载流子,带正电的空穴称为少数载流子。
电电流通特性如才开始为其正加反店穿,止将一块N型半导体和-块P型半导体接触,就会在接触面上产生一个带电区域,如图2-2(a)所示,它是由空穴和电子扩散而形成的。P型半导体区域(简称P区)的多数载流子(空穴)会扩散到N型半导体区域(简称N区),N区的多数载流子(电子)会扩散到P 区(扩散运动是由浓度高的地方向浓度低的地方运动),这样,在P型半导体和N型半导体接触面上形成了一个带电区域,称其为PN结或阻挡层。PN结内的电场是由N区指向P 区,扩散运动并不能无休止地进行,PN结形成的电场(也叫内电场)对扩散运动形成了阻力,所以扩散到一定的程度,就会达到电场力的平衡,扩散运动就会停止。
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(c)内、外电场方向相同阻挡层变厚
将一直流电源接到PN结的两端,如图2-2(b)所示,P区接电源的正极,N区接电源的负极,即所加的外电场方向与PN结的内电场方向相反,使PN结的内电场变弱,阻挡层变薄,多数载流子进行扩散运动,电流大增,称之为正向导通。
如果将直流电源反接,如图2-2(c)所示,P区接电源的负极,N区接电源的正极。此时内电场方向和外电场方向一致,相当于PN结(阻挡层)变厚,多数载流子的扩散运动无法进行,使其无法通过PN结,电流几乎等于0,称之为反向截止。
由以上可以看出,当PN结加正向电压[如图2-2(b)所示]产生较大电流,相当于PN 结电阻很小,当PN结加反向电压[如图2-2(c)所示]产生电流很小,相当于PN结电阻很大。这种正向导通、反向截止的导电现象称之为PN结的单向导电性。电力二极管的内部就是由一个PN结所构成的。
2.1.2伏安特性
电力二极管的主要特性是单向导电特性。即元件的阳极、阴极两端加正向电压时,便有电流通过,相当于短路;反之,其两端加反向电压,便没有电流通过,相当于开路。其伏安特性如图2-3所示。当电力二极管承受的正向电压大到一定值(门槛电压UT0),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,只有微小而数值恒定的反向漏电流。当外加反向电压增加到某一电压时(常称击穿电压),反向电流突然增大,这种现象称为反向击穿,此时对应的电压称为反向击穿电压。