第二章 电力电子器件
共享资源课第2章电力电子器件
主讲教师：施金良
第2章电力电子器件
共享资源课
2.1 电力电子器件概述
2.2 不可控器件—电力二极管
2.3 半控型器件—晶闸管及其派生器件
2.4 全控型器件
2.5 功率模块与功率集成电路
2.6 电力电子器件驱动与保护电路
2.7 电力电子器件的串联与并联运行
本章小结
2.1 电力电子器件概述
电力电子器件(Power Electronic Device)是指可直接用于处理电能的
主电路中，实现电能的变换或控制的大功率(通常指电流为数十至数千安，
电压为数百伏以上)的电子器件。可以认为是由电子技术手段控制的工作于
开关状态的电力器件。
各种电力电子器件均具有导通和阻断两种工作特性。这些器件构成装
置不仅体积小、工作可靠，而且节能效果十分明显(一般可节电10%～40%)。
2.1.1电力电子器件的分类
不可控型、半控型和全控型器件
双极型、单极型和混合型器件
电流控制型和电压控制型器件
1.不可控型、半控型和全控型器件
1) 不可控型器件：电力二极管
不可控型器件是指不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。这种器件只有两个端子，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。
2) 半控型器件：普通晶闸管
由于这类器件通过控制信号只能控制其开通而不能控制其关断。半控型器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。普通晶闸管及其大部分派生器件属于这一类。
3) 全控型器件：大功率三极管，IGBT，MOSFET等
由于这类器件通过控制信号既可以控制其开通，又可以控制其关断，故被称为全控型器件。这类器件品种很多，目前最常用的是IGBT和电力MOSFET，在处理兆瓦级大功率电能的场合，门极可关断晶闸管(GTO)应用也较多。
2.双极型、单极型和混合型器件
众多电力电子器件又可分为双极型、单极型和混合型三种类型。凡由一种载流子参与导电的称为单极型器件，如电力MOSFET、静电感应晶体管(SIT)等。凡由电子和空穴两种载流子参与导电的称为双极型器件，如PN结整流管、普通晶闸管、电力晶体管等。由单极型和双极型两种器件组成的复合型器件称为混合型器件，如IGBT和MOS控制晶闸管(MCT)等。图2.1所示为电力电子器件“树。
图2.1 电力电子器件“树”
3.电流控制型和电压控制型器件
1) 电流控制型器件
如果是通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制，这类电力电子器件被称为电流控制型电力电子器件或者电流驱动型电力电子器件。
2) 电压控制型器件
如果是仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制，这类电力电子器件被称为电压控制型电力电子器件或者电压驱动型电力电子器件。
2.1.2 电力电子器件的使用特点
从使用角度出发，主要可从以下五个方面考察电力电子器件的性能特点。(1)导通压降。电力电子器件工作在饱和导通状态时仍产生一定的管耗，管耗与器件导通压降成正比。
(2)运行频率。受到开关损耗和系统控制分辨率的限制，器件的开关时间越短，器件可运行的频率越高。
(3)器件容量。器件容量包括输出功率、电压及电流等级、功率损耗等参数。
(4)耐冲击能力。这主要是指器件短时间内承受过电流的能力。半控型器件的耐冲击能力远高于全控型器件。
(5)可靠性。这主要是指器件防止误导通的能力。
2.1.3 电力电子器件的现状和发展趋势
目前电力电子器件的种类和发展历史如图2.2所示。电力电子器件的主要性能指标为电压、电流和工作频率三个参数，通过对这三项参数的比较即可明白每种器件的应用范围。
图2.2 电力电子器件的种类和发展历史
单管的输出功率
图2.3所示为逆变器每臂用单个器件时的输出功率与工作频率的关系曲线。
图2.3 单个器件输出频率与工作频率的关系
2.电流与电压的等级
几种全控型器件的电压与电流等级的比较曲线如图2.4所示。
图2.4 几种全控型器件的电压和电流等级的比较曲线
3.功率损耗
图2.5给出了1000V级器件功率损耗与工作频率的关系曲线。
图2.5 1000V级器件功率损耗与工作频率的关系
实践证明，各种器件以自己的某种优势占领一定范围的应用领域，但与其他器件会有竞争，因此用户可有更多的选择。最终各种器件在竞争的基础上形成互补的局面。各种电力电子器件寿命的周期曲线如图2.6所示。
图2.6 各种器件寿命的周期曲线
2.2 不可控型器件—电力二极管
电力二极管(Power Diode)自20世纪50年代初期就获得应用，当时也被称为半导体整流器(Semiconductor Rectifier，SR)。虽然是不可控型器件，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当中，特别是快恢复二极管和肖特基二极管分别在中、高频整流和逆变以及低压高频整流的场合具有不可替代的地位。
2.2.1 电力二极管的工作原理和基本特性
电力二极管的基本结构都是以半导体PN结为基础。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2.7所示为电力二极管的外形、结构和电气图形符号。从外形上看，电力二极管主要有螺栓型和平板型两种封装。
图2.7 电力二极管的外形、结构和电气图形符号
电力二极管的基本特性包括静态特性和动态特性。静态特性主要是指其伏安特性，如图2.8所示。其与微电子电路中的二极管的伏安特性是一样的。
图2.8 电力二极管的伏安特性
1.开通特性
电力二极管在开通初期会出现较高的瞬态压降，经过一定时间后才能处于稳定状态，并具有很小的管压降。图2.9所示为电力二极管的正向恢复特性曲线。
(a) 管压降随时间变化的曲线(b) 电力二极管开通电流波形
图2.9 电力二极管的正向恢复特性
2.关断特性
正在导通的电力二极管突然加一反向电压时，反向阻断能力的恢复也需要经过一段时间。在未恢复阻断能力之前，电力二极管相当于短路状态，这是一个很重要的特性。其反向恢复过程中的电流和电压波形如图2.10所
图2.10 反向恢复过程中电流和电压波形
2.2.2 电力二极管的主要参数
额定电流I D(A V)
电力二极管长期运行时在额定结温和规定的冷却条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值称为电力二极管的正向平均电流I D(A V) ，即额定电流。
2.额定电压U DE
额定电压U DE是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U B的2～3倍。
3.正向压降U F
正向压降U F是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。
4.浪涌电流I FSM
浪涌电流I FSM是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。
2.2.2 电力二极管的主要类型
电力二极管在许多电力电子电路中都有着广泛的应用。电力二极管可以在AC/DC变换电路中作为整流元件，也可以在电感元件的电能需要适当释放的电路中作为续流元件，还可以在各种变流电路中作为电压隔离、钳位或保护元件。下面介绍几种常用的电力二极管。
1.普通二极管
普通二极管(Conventional Diode)又称整流二极管(Rectifier Diode)，多用于开关频率不高(1kHz以下)的整流电路中
2.快速恢复二极管
恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短(一般在5ms以下)的二极管被称为快速恢复二极管(Fast Recovery Diode，FRD)，简称快速二极管。
3.肖特基势垒二极管
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 Barrier Diode，SBD)，简称为肖特基二极管。
2.3 半控型器件—晶闸管及其派生器件
晶闸管(Thyristor)是硅晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器(Silicon Controlled Rectifier，SCR)，以前被简称为可控硅。
自20世纪80年代以来，晶闸管的地位开始被各种性能更好的全控型器件所取代，但是由于其能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合，特别是在可控整流领域，晶闸管仍然具有比较重要的地位。
电力电子技术第2章-习题-答案
第2章电力电子器件课后复习题 第1部分：填空题 1. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路。 3. 电力电子器件一般工作在开关状态。 4. 电力电子器件组成的系统，一般由控制电路、驱动电路、主电路三部分组成， 由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。 5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件 和全控型器件。 6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。 7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。 8. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。 9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。其 反向恢复时间较长，一般在5μs以上。 10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5μs以下。 11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。 12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶闸管都不会导 通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，晶闸管才能导通；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至维持电流以下。 13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，一般取 为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。 14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。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称为擎住电流。对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2~4 倍。 15.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。 16. 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微秒左右。 高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。 17.双向晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。 18.逆导晶闸管是将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。 19. 光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。光触 发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。
第一章电力电子器件
电力电子技术试题（第一章） 一、填空题 1、普通晶闸管内部有 PN结,，外部有三个电极，分别是极极和极。 1、三个、阳极A、阴极K、门极G。 2、晶闸管在其阳极与阴极之间加上电压的同时，门极上加上电压，晶闸管就导通。 2、正向、触发。 3、、晶闸管的工作状态有正向状态，正向状态和反向状态。 3、阻断、导通、阻断。 4、某半导体器件的型号为KP50—7的，其中KP表示该器件的名称为，50表示，7表示。 4、普通晶闸管、额定电流50A、额定电压700V。 5、只有当阳极电流小于电流时，晶闸管才会由导通转为截止。 5、维持电流。 6、当增大晶闸管可控整流的控制角α，负载上得到的直流电压平均值会。 6、减小。 7、按负载的性质不同，晶闸管可控整流电路的负载分为性负载，性负载和负载三大类。 7、电阻、电感、反电动势。 8、当晶闸管可控整流的负载为大电感负载时，负载两端的直流电压平均值会，解决的办法就是在负载的两端接一个。 8、减小、并接、续流二极管。 9、工作于反电动势负载的晶闸管在每一个周期中的导通角、电流波形不连续、呈状、电流的平均值。要求管子的额定电流值要些。 9、小、脉冲、小、大。 10、单结晶体管的内部一共有个PN结，外部一共有3个电极，它们分别是极、极和极。 10、一个、发射极E、第一基极B1、第二基极B2。 11、当单结晶体管的发射极电压高于电压时就导通；低于电 压时就截止。 11、峰点、谷点。 12、触发电路送出的触发脉冲信号必须与晶闸管阳极电压，保证在管子阳极电压每个正半周内以相同的被触发，才能得到稳定的直流电压。 12、同步、时刻。 13、晶体管触发电路的同步电压一般有同步电压和电压。 13、正弦波、锯齿波。 14、正弦波触发电路的同步移相一般都是采用与一个或几个的叠加，利用改变的大小，来实现移相控制。 14、正弦波同步电压、控制电压、控制电压。 15、在晶闸管两端并联的RC回路是用来防止损坏晶闸管的。 15、关断过电压。 16、为了防止雷电对晶闸管的损坏，可在整流变压器的一次线圈两端并接一个或。 16、硒堆、压敏电阻。 16、用来保护晶闸管过电流的熔断器叫。 16、快速熔断器。 二、判断题对的用√表示、错的用×表示（每小题1分、共10分） 1、普通晶闸管内部有两个PN结。（×） 2、普通晶闸管外部有三个电极，分别是基极、发射极和集电极。（×） 3、型号为KP50—7的半导体器件，是一个额定电流为50A的普通晶闸管。（） 4、只要让加在晶闸管两端的电压减小为零，晶闸管就会关断。（×） 5、只要给门极加上触发电压，晶闸管就导通。（×） 6、晶闸管加上阳极电压后，不给门极加触发电压，晶闸管也会导通。（√） 7、加在晶闸管门极上的触发电压，最高不得超过100V。（×） 8、单向半控桥可控整流电路中，两只晶闸管采用的是“共阳”接法。（×） 9、晶闸管采用“共阴”接法或“共阳”接法都一样。（×） 10、增大晶闸管整流装置的控制角α，输出直流电压的平均值会增大。（×） 11、在触发电路中采用脉冲变压器可保障人员和设备的安全。（√） 12、为防止“关断过电压”损坏晶闸管，可在管子两端并接压敏电阻。（×） 13、雷击过电压可以用RC吸收回路来抑制。（×） 14、硒堆发生过电压击穿后就不能再使用了。（×） 15、晶闸管串联使用须采取“均压措施”。（√）
第1章 电力电子器件王兆安
第1章电力电子器件 填空题： 1.电力电子器件一般工作在________状态。 2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为________，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为________。 3.电力电子器件组成的系统，一般由________、________、________三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加________。 4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为________、________、________三类。 5.电力二极管的工作特性可概括为________。 6.电力二极管的主要类型有________、________、________。 7.肖特基二极管的开关损耗________快恢复二极管的开关损耗。 8.晶闸管的基本工作特性可概括为 ____ 正向有触发则导通、反向截止 ____ 。 9.对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流I L在数值大小上有I L________I H。 10.晶闸管断态不重复电压U DRM与转折电压U bo数值大小上应为，U DRM________Ubo。 11.逆导晶闸管是将________与晶闸管________（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。 12.GTO的________结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。 13.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为________。 14.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的________、前者的饱和区对应后者的________、前者的非饱和区对应后者的________。 15.电力MOSFET的通态电阻具有________温度系数。 16.IGBT 的开启电压U GE（th）随温度升高而________，开关速度________电力MOSFET 。 17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是________。 18.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为________和________两类。 19.为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是________。 20.GTR的驱动电路中抗饱和电路的主要作用是________。 21.抑制过电压的方法之一是用________吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。在过电流保护中，快速熔断器的全保护适用于________功率装置的保护。
第2章 电力电子器件概述 习题答案
第2章 电力电子器件概述 习题 第1部分：填空题 1. 电力电子器件是直接用于（主）电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担（电能的变换或控制任务） 的电路。 3.处理信息的电子器件一般工作于放大状态，而电力电子器件一般工作在（开关）状态。 4. 电力电子器件组成的系统，一般由（控制电路）、（驱动电路）、（保护电路）、（主电路）四部分组成。 5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：（半控型）、（全控型） 和（不控型）。 6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：（电流驱动型） 和（电压驱动型） 7. 电力二极管的主要类型有（普通二极管）、（ 快恢复二极管）、（肖特基二极管）。 8. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为（1K ）Hz 以下的整流电路。其反向恢复时间较长，一般在(5us)以上。 9.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在(5us)以下。 10.晶闸管的基本工作特性可概括为：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）情况下，晶闸管才能导通；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）。 11.晶闸管的派生器件有：（快速晶闸管）、（双向晶闸管）、（逆导晶闸管）、（光控晶闸管）。 12. 普通晶闸管关断时间（一般为数百微秒），快速晶闸管（一般为数十微秒），高频晶闸管（10us ）左右。高频晶闸管的不足在于其（电压和电流定额）不易提高。 13.（双向晶闸管）可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。 14.逆导晶闸管是将（晶闸管）反并联一个（二极管）制作在同一管芯上的功率集成器件。 15. 光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用（一定波长的光照信号）触发导通的晶闸管。光触发保证了主电路与控制电路之间的（绝缘），且可避免电磁干扰的影响。常应用在（高压大功率）的场合。 16. GTO 的开通控制方式与晶闸管相似，但是可以通过在门极（施加负的脉冲电流）使其关断。 17. GTR 导通的条件是：（0CE u >） 且（ 0B i > ）。
电力电子第二讲晶闸管
2.3 半控型器件—晶闸管 全称晶体闸流管，又称可控硅整流器（SCR）。 1、晶闸管的结构与工作原理 晶闸管结构图、双晶体管模型图、工作原理图和符号图如图1所示，晶闸管的管芯是P1N1P2N2四层半导体，形成3个PN结J1、J2和J3。可等效为PNP和NPN两个三极管。 图1 晶闸管结构图、双晶体管模型图、工作原理图和符号图 晶闸管的工作原理是：门极电流I G↑→I b2↑→I c2(I b1)↑→Ic1↑→I K↑，阳极A、阴极K饱和导通。 2、晶闸管工作特点是： （1）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。 （2）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。 （3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。 （4）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。 3、闸管静态特性 晶闸管静态V-I特性曲线图如图2所示。 图2 晶闸管静态V-I特性曲线图 （1）正向特性：I G=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。正向电压超过正向转折电压U bo，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。晶闸管本身的压降很小，在1V左右。 （2）反向特性：反向特性类似二极管的反向特性。反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。 4、动态特性 晶闸管的开通和关断过程波形如图3所示。 图3晶闸管的开通和关断过程波形 （1）开通过程：延迟时间t d：0.5~1.5?s。上升时间t r：0.5~3?s。开通时间t gt：以上两者之和，t gt=t d+ t r。 （2）关断过程：反向阻断恢复时间t rr，正向阻断恢复时间t gr，关断时间t q是以上两者之和t q=t rr+t gr。普通晶闸管的关断时间约几百微秒。 5、晶闸管的主要参数 （1）电压定额 断态重复峰值电压U DRM：在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。
第一章电力电子器件
第1章 电力电子器件 1. 使晶闸管导通的条件是什么？ 2. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 3. 图1-43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。 π4π4π25π4a)b)c)图1-43 图1-43 晶闸管导电波形 4. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少? 5．试说明IGBT 、GTR 、GTO 和电力MOSFET 各自的优缺点。 6．快恢复二极管的动态参数有哪些？动态参数对电路工作有什么影响？ 7．什么是晶闸管的关断时间？晶闸管的关断时间受哪些参数的影响？ 8．晶闸管的非正常导通方式有哪些？晶闸管的非正常导通有什么危害？怎样才能阻止晶闸管的非正常导通？ 9．试述晶体管基极驱动电流与晶体管导通压降和晶体管关断时间之间的关系。怎样的晶体管基极读动电流波形能使晶体管既有低的导通压降又有短的关断时间？ 10．什么是晶体管安全工作区？与功率MOSFET 和IGBT 相比，功率晶体管的安全工作区多了什么限制？ 11．功率MOSFET 和IGBT 是电压控制器件，为什么当频率很高时，它们的门极驱动电流仍然很大？ 12．比较功率MOSFET ，IGBT 和功率晶体管的动态和静态特性。 13．为什么要提高器件的开关速度？如果器件工作频率很低，器件的开关速度是否也很重要？为什么？ 14．对于IGBT 单开关电路，其电阻负载为100Ω，电源电压为1000V ，器件关断时间为0.5μS ，要求设计RCD 参数（电阻值与功率、电容值与耐压、二极管的规格），使得关断过程中电压上升率控制在500V/μS 以内，开通器件冲击电流不高于15A ，放电时间在100μS 以内。（提示：电阻负载带有一定感性，在器件关断过程中负载电流可以看作不变，设计参数有一定范围，只要符合要求就行）
电力电子技术第二章总结
2016 电力电子技术 作业：第二章总结 班级：XXXXXX学号：XXXXXXX姓名：XXXXXX
第二章电力电子器件总结 1.概述 不可控器件——电力二极管(Power Diode) GPD FRD SBD 半控型器件——晶闸管(Thyristor) FST TRIAC LTT 典型全控型器件GTO GTR MOSFET IGBT 其他新型电力电子器件MCT SIT SITH IGCT 功率集成电路与集成电力电子模块HVIC SPIC IPM 1.1相关概念 主电路(Main Power Circuit):在电气设备或电力系统中,直接承担电能的变换或控制任务的电路? 电力电子器件(Power Electronic Device)是指可直接用于处理电能的主电路中,实现电能的变换或控制的电子器件? 1.2特点 电功率大,一般都远大于处理信息的电子器件? 一般都工作在开关状态? 由信息电子电路来控制,而且需要驱动电路(主要对控制信号进行放大)? 功率损耗大,工作时一般都需要安装散热器? 通态损耗,断态损耗,开关损耗(开通损耗关断损耗) 开关频率较高时,可能成为器件功率损耗的主要因素? 电力电子器件在实际应用中的系统组成 一般是由控制电路?驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统? 关键词电力电子系统电气隔离检测电路保护电路三个端子 1.3电力电子器件的分类 按能够被控制电路信号控制的程度不同可分为半控型器件(开通可控,关断不可控) 全控型器件(开通,关断都可控) 不可控器件(开通,关断都不可控) 按照驱动信号的性质不同可分为电流驱动型电压驱动型 按照驱动信号的波形(电力二极管除外)不同可分为脉冲触发型电平控制型 按照载流子参与导电的情况不同可分为单极型器件(由一种载流子参与导电) 双极型器件(由电子和空穴两种载流子参与导电)复合型器件(由单极型器件和双极型器件集成混合而成,也称混合型器件) 关键词控制的程度驱动信号的性质?波形载流子参与导电的情况工作原理基本特性主要参数2不可控器件——电力二极管(Power Diode) 2.1结构与工作原理 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? PN节(PN junction):采用不同的掺杂工艺,通过扩散作用,将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体(通常是硅或锗)基片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结? N型半导体(N为Negative的字头,由于电子带负电荷而得此名):即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体? P型半导体(P为Positive的字头,由于空穴带正电而得此名):即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体? 正向电流IF :当PN结外加正向电压(正向偏置)时,在外电路上则形成自P区流入而从N区流出的电流? 反向截止状态:当PN结外加反向电压时(反向偏置)时,反向偏置的PN结表现为高阻态,几乎没有电流流过的状态? 反向击穿:PN结具有一定的反向耐压能力,但当施加的反向电压过大,反向电流将会急剧增大,破坏PN 结反向偏置为截止的工作状态?雪崩击穿齐纳击穿(可以恢复) 热击穿(不可恢复) P-i-N结构
电力电子器件
第二讲电力电子器件的概述与电力二极管 2.1 电力电子器件概述 2.1.1 电力电子器件的概念 主电路（Main Power Circuit）—电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。 电力电子器件（Power Electronic Device）—可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 广义上电力电子器件可分为电真空器件（Electron Device）和半导体器件（Semiconductor Device）两类。 电真空器件（Electron Device）：自20世纪50年代以来，真空管（Vacuum Valve）仅在频率很高（如微波）的大功率高频电源中还在使用，而电力半导体器件已取代了汞弧整流器（Mercury Arc Rectifier）、闸流管（Thyratron）等电真空器件，成为绝对主力。因此，电力电子器件目前也往往专指电力半导体器件。 电力半导体器件（Power Semiconductor Device）所采用的主要材料仍然是硅。 2.1.2 电力电子器件的特征 同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一般特征： 1)能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力是最重要的参数 其处理电功率的能力小至毫瓦级，大至兆瓦级, 大多都远大于处理信息的电子器件。 2)电力电子器件一般都工作在开关状态 导通时【通态（On－State）】阻抗（Impedance）很小，接近于短路，管压降（V oltage Across the Tube）接近于零，而电流由外电路决定 阻断时【断态（Off－State）】阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，而管子两端电压由外电路决定 电力电子器件的动态特性（Dynamic Speciality）【也就是开关特性（Switching Speciality）】和参数，也是电力电子器件特性很重要的方面，有些时候甚至上升为第一位的重要问题。 作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替 3)电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制 在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对控制电路的信号进行放大，这就是电力电子器件的驱动电路(Driving Circuit)。 4)为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件
电力电子技术第2章_习题_答案
班级姓名学号 第2/9章电力电子器件课后复习题 第1部分：填空题 1. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路。 3. 电力电子器件一般工作在开关状态。 4. 电力电子器件组成的系统，一般由控制电路、驱动电路、主电路三部分组成， 由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。 5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件 和全控型器件。 6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。 7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。 8. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。 9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。其 反向恢复时间较长，一般在5μs以上。 10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5μs以下。 11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。 12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶闸管都不会导 通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，晶闸管才能导通；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至维持电流以下。 13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，一般取 为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。 14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。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称为擎住电流。对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2~4 倍。 15.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。 16. 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微秒左右。 高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。 17. 双向晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。
电力电子技术第五版第二章答案
电力电子技术第五版课后习题答案 第二章 电力电子器件 2. 使晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：u AK >0且u GK >0。 3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。 要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 4. 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。 π4 π 4 π2 5π4a) b) c) 图1-43 图2-27 晶闸管导电波形 解：a) I d1= π21?π πωω4 )(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1= ? π π ωωπ 4 2)()sin (21 t d t I m = 2m I π 2143+≈0.4767 I m b) I d2 = π1?π πωω4)(sin t td I m =π m I (122+)≈0.5434 I m I 2 = ? π π ωωπ 4 2)()sin (1 t d t I m = 2 2m I π 2143+≈0.6741I m c) I d3=π21?20 )(π ωt d I m =41 I m I 3 = ? 20 2 )(21 π ωπ t d I m = 2 1 I m 5. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少? 解：额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知 a) I m1≈ 4767 .0I ≈329.35， I d1≈0.2717 I m1≈89.48
第二讲_开关电源的主要元器件
第二讲 开关电源中的主要元器件 元器件是构成开关电源的基础，深入了解关键元器件的性能，对于使用维护乃至设计开 关电源尤为重要。本节将对应用广泛的新型元器件作介绍。 一、 功率开关 晶闸管(SCR)于1956年问世，接着以它为核心的派生器件投入市场，而这些派生器件比SCR具有更高的额定电压和电流，以及更好的开关特性。但是它们均属半控型器件， 所以辅助电路多、效率低、工作频率低。 进入20世纪80年代，由于电力电子技术和微电子技术的应用相结合，而向市场推出了高频化全控功率集成器件。如功率MOS管、绝缘门极晶体管IGBT(或IGT)、静电感应晶体管(SIT)、场控晶闸管(MCT)等。由于这些器件不需另设辅助开关去强迫关断，故称为全控型电子器件。它们具有较高的效率和较高的工作频率，从而使开关电源整机体积变小而重量变轻，达到提高功率密度的目的。 在新一代全控型电力电子器件中，功率MOS管和静电感应晶体管(SIT)属单极型器件，它们只有一种载流子。而IGBT(或IGT)、MCT及功率集成电路(PIC)或智能功率模块(1PM)、智能开关等，为混合型器件。它们是双极型晶体管与MOS管混合，或是晶闸管与MOS器件混合。上述器件除有自关断性能外，还有如下特点： (1)在结构上由无数单元小管并联集成； (2)均为高频器件，工作频率从几千赫兹至几兆赫兹。有的频率已达10MHz以上； (3)应用性能更完善，除了有开关功能之外，有些器件还有放大、PWM调制、逻辑运算等功能。目前，高频开关电源采用的功率器件通常有：功率MOSFET、IGBT、功率MOSFET与 IGBT混合管及功率集成器件。 1、功率MOSFET 场效应管分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管，功率场效应晶体管都是绝缘栅型场效应管。绝缘栅型场效应管是由金属氧化物、半导体组成的场效应晶体管，简称MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，这是一种电压控制的单极型器件。功率MOSFET(VMOSFET，有时也简称VMOS)作为开关器件，其常态都是阻断状态，也就是说都是增强型的MOSFET。VMOSFET分为N沟道和P沟道两种，其中，N沟道VMOSFET的导通电流从漏极D流向源极S，而P沟道VMOSFET的导通电流从源极S流向漏极D，它们的电气图形符号如图3-2-1所示。 图3-2-1 VMOSEFT的图形符号
第1章 电力电子器件习题(作业1)
一、问答题 1、晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定? 答：条件：晶闸管阳极和阴极间施加正向电压，并在门极和阴极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。 电流由电源和负载阻抗决定，负载上电压由电源电压决定。 2、晶闸管的关断条件是什么?如何实现?晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定? 答：（1）条件：使晶闸管的阳极电流I A减小到维持电流I H以下，内部正反馈无法进行，实现晶闸管的关断。（2）增大负载阻抗、减小阳极电压或反向。（3）两端电压大小由电源电压决定。 3、试说明晶闸管有哪些派生器件？ 答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。 4、请简述光控晶闸管的有关特征。 答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，光照下，光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。主要用于高压大功率场合。 5、晶闸管触发的触发脉冲要满足哪几项基本要求？ 答：A触发信号有足够的功率。B触发脉冲有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。C触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。 6、如何防止P-MOSFET因静电感应应起的损坏? 答：它的输入电容是低泄漏电容，当栅极开路时极易受静电干扰而充上超过±20的击穿电压，所以为防止MOSFET因静电感应而引起的损坏 7、GTR对基极驱动电路的要求是什么？ 答：要求： （1）提供合适的正反向基流以保证GTR可靠导通与关断；（2）实现主电路与控制电路隔离；（3）自动保护功能，以便在故障发生时快速自动切除驱动信号避免损坏GTR；（4）电路简单，工作稳定可靠，抗干扰能力强。 8、与GTR相比P-MOSFET管有何优缺点? 答：GTR是电流型器件，P-MOSFET是电压型器件，与GTR相比，P-MOSFET管的工作速度快，开关频率高，驱动功率小且驱动电路简单，无二次击穿问题，安全工作区宽，并且输入阻抗可达几十兆欧。 P-MOSFET缺点：电流容量低，承受反向电压小。 9、分别说明什么是不可控型、半控型和全控型电力电子器件。
第二讲 现代电力电子器件
交 流 调 速 系 统 第二讲 现代电力电子器件 主讲人: 2***级自动化本 讲课时间:2007年9月12日 主要内容 ? 第二章 现代电力电子技术 ? 2.4 电力电子器件的分类 ? 2.5 电力二极管 ? 2.6半控型器件--晶闸管 ? 2.7 典型全控型器件 ? 2.8 其他新型电力电子器件 2.4 电力电子器件的分类 按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类： 2.4.1 半控型器件 通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断.晶闸管（Thyristor ）及其大部分派生器件 器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定 2.4.2 全控型器件 通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件 绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor--IGBT ） 电力场效应晶体管（Power MOSFET ，简称为电力MOSFET ） 门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor--GTO ） 2.4.3 不可控器件 不能用控制信号来控制其通断，因此也就不需要驱动电路 电力二极管（Power Diode ） 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的 2.4 电力电子器件的分类 按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类： 2.4.4 电流驱动型和电压驱动型 ? 电流驱动型--通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制
?电压驱动型--仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制 电压驱动型器件实际上是通过加在控制端上的电压在器件的两个主电路端子之间产生可控的电场来改变流过器件的电流大小和通断状态，所以又称为场控器件，或场效应器件 2.4 电力电子器件的分类 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类： 2.4.5 单极型器件、双极型器件和复合型器件 单极型器件--由一种载流子参与导电的器件 双极型器件--由电子和空穴两种载流子参与导电的器件 复合型器件--由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件 2.5 电力二极管 不可控器件。 Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用. 快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位 （1）PN结与电力二极管的工作原理 基本结构和工作原理和普通二极管一样，以半导体PN结为基础，由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装 （2）电力二极管的基本特性 ●PN结的单向导电性：PN结的反向截止状态 PN结的反向击穿：有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式，可能导致热击穿。 ●PN结的电容效应：PN结的电荷量随外加电压变化而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ，又称为 微分电容。 (3) 电力二极管的主要类型 按照正向压降、反向耐压、反向漏电流等性能，特别是反向恢复特性的不同介绍 在应用时，应根据不同场合的不同要求，选择不同类型的电力二极管 性能上的不同是由半导体物理结构和工艺上的差别造成的 ●整流二极管:多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中 其反向恢复时间较长，一般在5s以上，这在开关频率不高时并不重要 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上 ●快恢复二极管:恢复过程很短特别是反向恢复过程很短（5s以下）的二极管，也简称快速二极管。工 艺上多采用了掺金措施 ●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 Barrier Diode--SBD），简称为肖特基二极管
第一章电力电子器件
第1章电力电子器件 概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。 介绍常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意问题。1.1 电力电子器件概述 1.1.1 电力电子器件的概念和特征 1）概念: 电力电子器件（Power Electronic Device） ——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 主电路（Main Power Circuit） ——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。 2）分类: 电真空器件(汞弧整流器、闸流管) 半导体器件(采用的主要材料硅） 3）同处理信息的电子器件相比的一般特征： 能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。 电力电子器件一般都工作在开关状态。 电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。 电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。 电力电子器件的损耗 主要损耗：通态损耗、断态损耗、开关损耗、关断损耗、开通损耗 通态损耗是器件功率损耗的主要成因。 器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。 1.1.2 应用电力电子器件系统组成 电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。 图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成 在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行 1.1.3 电力电子器件的分类 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
半控型器件（Thyristor） ——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。 全控型器件（IGBT,MOSFET) ——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。 不可控器件(Power Diode) ——不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱动电路。 按照驱动电路信号的性质，分为两类： 电流驱动型 ——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。 电压驱动型 ——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。 1.1.4 本章学习内容与学习要点 本章内容: 介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。 集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用这三个问题。 学习要点: 最重要的是掌握其基本特性。 掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性曲线的使用方法。 可能会主电路的其它电路元件有特殊的要求。 1.2 不可控器件—电力二极管 Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用。 快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位。 1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。
电力电子第二章第九章第十章课后习题答案
2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？ 答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-6 GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构为什么 GTO 能够自关断而普通晶闸管不能? 答:GTO和普通晶闸管同为 PNPN 结构,由 P1N1P2 和 N1P2N2 构成两个晶体管V1、V2 分别具有共基极电流增益α1 和α２，由普通晶闸管的分析可得，α1 + α 2 = 1 是器件临界导通的条件。α1 + α 2＞两个等效晶体管过饱和而导通；α1 + α 2＜1 不能维持饱和导通而关断。 GTO 之所以能够自行关断,而普通晶闸管不能,是因为 GTO 与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同： l)GTO 在设计时α 2 较大,这样晶体管 T2 控制灵敏,易于 GTO 关断; 2)GTO 导通时α1 + α 2 的更接近于 l,普通晶闸管α1 + α 2 ≥ 1.5 ,而 GTO 则为α1 + α 2 ≈ 1.05 ，GTO 的饱和程度不深,接近于临界饱和,这样为门极控制关断提供了有利条件; 3)多元集成结构使每个 GTO 元阴极面积很小, 门极和阴极间的距离大为缩短,使得 P2 极区所谓的横向电阻很小, 从而使从门极抽出较大的电流成为可能。 2-7与信息电子电路中的MOSFET相比,电力MOSFET具有怎样的结构特点才具有耐受高电压和大电流的能力？ 1．垂直导电结构：发射极和集电极位于基区两侧，基区面积大，很薄，电流容量很大。2．N-漂移区：集电区加入轻掺杂N-漂移区，提高耐压。 3．集电极安装于硅片底部，设计方便，封装密度高，耐压特性好。 2-8试分析IGBT和电力MOSFET在内部结构和开关特性上的相似和不同之处 答：IGBT比电力MOSFET在背面多一个P型层，IGBT开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小。 2-11试列举你所知道的电力电子器件，并从不同的角度对这些电力电子器件进行分类。目前常用的控型电力电子器件有哪些? 答：1. 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类： （1）半控型器件：晶闸管及其派生器件 （2）全控型器件：IGBT,MOSFET，GTO,GTR （3）不可控器件:电力二极管 2. 按照驱动信号的波形（电力二极管除外） （1）脉冲触发型：晶闸管及其派生器件 （2）电平控制型：（全控型器件）IGBT,MOSFET，GTO,GTR 3. 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类： （1）单极型器件：电力 MOSFET，功率 SIT,肖特基二极管 （2）双极型器件：GTR,GTO,晶闸管，电力二极管等 （3）复合型器件：IGBT,MCT,IGCT 等 4.按照驱动电路信号的性质，分为两类： （1）电流驱动型：晶闸管，GTO，GTR 等 （2）电压驱动型：电力 MOSFET,IGBT 等 常用的控型电力电子器件：门极可关断晶闸管, 电力晶闸管，电力场效应晶体管，绝缘栅双极晶体管。 9-1电力电子器件的驱动电路对整个电力电子装置有哪些影响？ 电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。采用性能良好的驱动电路可使电力电子器件工作在比较理想的开关状态,可缩短开关时间,减少开关损耗,对装置的运行效率、可靠性和安全性都有着重要意义。另外，对电力电子器件或整个装置的一些保护措施也往往就将近设在驱动电路中，或者通过驱动电路来实现，这使得驱动电路的设计更为重要。
第2章 电力电子器件应用技术
第2章电力电子开关器件应用技术 2.1 电力电子器件的性能与选择 2.2 电力电子器件的驱动 2.3 电力电子器件的保护 2.4 电力电子器件的串联和并联使用2.5 电力电子器件的散热
2.1 电力电子器件的性能与选择 电力电子器件往往主要指采用硅半导体材料的电力半导体器件； 电力电子器件一般工作在开关状态； 电力电子器件分为不可控性器件、半控型器件和全控型器件。 电力电子器件(电力二极管除外)分为电压驱动型和电流驱动型两类。
2.1 电力电子器件的性能与选择 ◆正确选择和使用电力电子器件是保证电能变换装置成功设计和可靠运行(工作)的关键； ◆正确理解电力电子器件的参数和性能是合理选择和使用元件的基础。
2.1 电力电子器件的性能与选择 器件在装置中的实际效能取决于以下因素： 1）制作工艺(参数设计、材料性质、工艺水平和散热能力)， 2）运行条件(电路特点、工作频率、环境温度和冷却条件)。 后一个因素与元件的选择和使用有关。
2.1.1 电力二极管 1.电力二极管的主要参数①通态平均电流 )(57 .1)2~5.1(2/)2~5.1()(A I I I AV F ==π②正向压降F U ③反向重复峰值电压 RRM U ④最高工作温度JM T ⑤反向恢复时间trr
2. 常用电力二极管 ①普通二极管,反向恢复时间较长，一般在5μs以 上，其正向额定电流和反向额定电压分别可达数千 安和数千伏以上。 ②快恢复二极管，其反向恢复过程很短，trr<5μs， 简称快速二极管。 ③肖特基二极管优点是反向恢复时间短(10ns～40ns)、正向压降小、且开关损耗小，效率高；其弱点是反向耐压较低。
电力电子技术第二讲晶闸管doc
1.3 半控器件—晶闸管 全称晶体闸流管，又称可控硅整流器（SCR ）。 1、晶闸管的结构与工作原理 晶闸管结构图、双晶体管模型图、工作原理图和符号图如图1所示，晶闸管的管芯是P1N1P2N2四层半导体，形成3个PN 结J1、J2和J3。可等效为PNP 和NPN 两个三极管。 图1 晶闸管结构图、双晶体管模型图、工作原理图和符号图 晶闸管的工作原理是：门极电流I G ↑→I b2↑→I c2(I b1)↑→Ic 1↑→I K ↑，阳极A 、阴极K 饱和导通。 2、晶闸管工作特点是： （1）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。 （2）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。 （3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。 （4）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 。 3、晶闸管电流关系 根据晶体管的工作原理和结点电流定律，得： I I I CBO A C 111+=α I I I CBO K C 222+=α I I I G A K += I I I C C A 21+= ) (121CBO2 CBO1G 2A ααα+-++= I I I I （2-1）
阻断状态：I G=0，a1+a2很小。流过晶闸管阳极的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。 开通状态：若注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致a1+a2趋近于1，则流过晶闸管的电流I A将趋近于无穷大，实现饱和导通，I A实际由外电路决定。 4、闸管静态特性 晶闸管静态V-I特性曲线图如图2所示。 图2 晶闸管静态V-I特性曲线图 （1）正向特性：I G=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。正向电压超过正向转折电压U bo，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。晶闸管本身的压降很小，在1V左右。 （2）反向特性：反向特性类似二极管的反向特性。反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。 5、动态特性 晶闸管的开通和关断过程波形如图7所示。