电力电子器件
电力电子器件概述
5. 反向恢复时间trr 6. 浪涌电流IFSM
1.2.4 主要类型
1. 普通二极管——又称整流二极管 1KHZ以下 数千安和数千伏以上
2. 快恢复二极管 5μs以下 3. 肖特二极管
1.3 半控型器件——晶闸管(SCR)
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
Id
1
2
3
Im
sin td
t
3
4
Im
0.24Im
I
1
2
Im
sin t
2
d
t
0.46Im
3
Kf
I Id
0.46 0.24
1.92
IT ( AV )
100 2
50
Id
1.57 50 1.92
41 A
Im
Id 0.24
41 0.24
171
A
⑵ 维持电流IH 使晶闸管维持通态所必需的最小主电流。 ⑶ 擎住电流IL ⑷ 浪涌电流ITSM
4. 光控晶闸管LTT
⑴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。
⑵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。
⑶在高压大功率的 场合占有重要地位。
1.4 典型全控型器件
门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。 20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时代。
不可控器件：电力二极管
半控型器件：晶闸管及其派生器件 全控型器件：功率场效应管、绝缘栅双极性晶体管、
门极可关断晶闸管
⑵ 按照控制信号性质可分为： 电流控制型 电压控制型：控制功率小
电力电子器件
⑵ 维持电流IH 使晶闸管维持通态所必需的最小主电流。 ⑶ 擎住电流IL ⑷ 浪涌电流ITSM 这个参数可用来作为设计保护电路的依据。
3. 动态参数 断态电压临界上升率du/dt: 不导致从断态到通态转换的最大主电压上升率。 通态电流临界上升率di/dt: 晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。
第2 章
1.1 1.2 1.3 1.4 1.6 1.7 1.8
电力电子器件
电力电子器件的概述 不可控器件—电力二极管 (SR) 半控型器件——晶闸管(SCR) 典型全控型器件 电力电子器件的驱动 电力电子器件的保护 电力电子器件的串联和并联使用
1.1 电力电子器件的概述 1.1.1电力电子器件的概念和特征 概念: 主电路：在电力设备或电力系统中，直接承担电能 变换控制任务的电路被为主电路。 电力电子器件：实现电能变换或控制的电子器件。
结论：
⑴GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时
饱和程度较浅。
⑵GTO关断过程中有强烈正反馈使器件退出饱和
而关断。
⑶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
3. GTO的主要参数 ⑴ 开通时间ton ⑵ 关断时间toff 1～2s
2s
⑶ 最大可关断阳极电流IATO——GTO额定电流。 ⑷ 电流关断增益off
1.2.4 主要类型
1. 普通二极管——又称整流二极管 1KHZ以下 2. 快恢复二极管 3. 肖特二极管 数千安和数千伏以上 5μs以下
1.3
半控型器件——晶闸管(SCR)
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
电力电子器件
电力电子器件电力电子器件（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。
主电路：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。
电力电子器件的特征◆所能处理电功率的大小，也就是其承受电压和电流的能力，是其最重要的参数，一般都远大于处理信息的电子器件。
◆为了减小本身的损耗，提高效率，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。
◆自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，在其工作时一般都需要安装散热器。
电力电子器件的功率损耗断态损耗通态损耗：是电力电子器件功率损耗的主要成因。
开关损耗：当器件的开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素。
分为开通损耗和关断损耗。
电力电子器件在实际应用中，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。
电力电子器件的分类按照能够被控制电路信号所控制的程度◆半控型器件：指晶闸管（Thyristor）、快速晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管、双向晶闸管。
◆全控型器件：IGBT、GTO、GTR、MOSFET。
◆不可控器件：电力二极管（Power Diode）、整流二极管。
按照驱动信号的性质◆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。
Thyrister，GTR，GTO。
◆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。
电力MOSFET，IGBT，SIT。
按照驱动信号的波形（电力二极管除外）◆脉冲触发型：通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控制。
晶闸管，SCR，GTO。
◆电平控制型：必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件开通并维持在通断状态。
GTR，MOSFET，IGBT。
按照载流子参与导电的情况◆单极型器件：由一种载流子参与导电。
电力电子器件
3.电路如图所示 VT承受正向门级电压，画出负载R上的电压波
5.判断下列图形中何时灯亮，何时不亮？ (1)u2为直流电源，上+下－，S未闭合前灯泡亮不亮？ 答：不亮。晶闸管虽具有上+、下－导通的条件，但没有触发 电流，所以不能导通。 （2）u2为直流电源，上+、下－，S闭合后灯泡亮不亮？S闭合 后又断开了，灯泡亮不亮？ 答：S闭合后灯泡亮。S闭合后又断开了灯泡照常亮。 （3）u2为直流电源，上－、下+，S未闭合前灯泡亮不亮？S 闭合后又断开了灯泡亮不亮？ 答：不亮。u2上－、下+，不具备导通的条件。S闭合也不会亮。
IG2
IG1 IG=0 Ubo +UA
的反相漏电流流过。
当反向电压达到反向击穿电 压后，可能导致晶闸管发热
击穿
损坏。
-IA
• 1.1 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，并在门极注入正向触发电 流。 • 1.2 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？ 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，可通过外加 反向阳极电压或减小负载电流的办法，使 流过晶闸管的电流降到维持电流值以下。
UA IA 正向 导通IHOIG2IG1 IG=0 Ubo +UA
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。
击穿
-IA
晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
（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
IA 正向 导通
IH UA O
电力电子器件及其应用
宽禁带半导体材料的应用
总结词
宽禁带半导体材料（如硅碳化物和氮化 镓）在电力电子器件中的应用越来越广 泛。
VS
详细描述
宽禁带半导体材料具有高临界场强和高电 子饱和速度等优点，使得电力电子器件能 够承受更高的工作电压和更大的工作电流 ，同时减小器件的体积和重量，提高系统 的能效和可靠性。
电力电子系统集成化与模块化
压保护、过电流保护和过热保护等。
驱动电路与控制电路设计
总结词
驱动电路和控制电路是电力电子系统中的重要组成部 分，其设计的好坏直接影响到整个系统的性能。
详细描述
驱动电路负责提供足够的驱动信号，使电力电子器件 能够正常工作。在设计驱动电路时，需要考虑信号的 幅度、相位、波形等参数，以确保器件能够得到合适 的驱动信号。控制电路则负责对整个电力电子系统进 行控制和调节，以确保系统能够按照预设的方式运行 。控制电路的设计需要充分考虑系统的动态特性和稳 态特性，并能够根据实际情况进行实时调节。
要点一
总结词
要点二
详细描述
在选择电力电子器件时，电压和电流容量是关键参数。
需要根据电路的工作电压和电流来选择合适的器件，以确 保器件能够安全、有效地运行。选择电压和电流容量过小 的器件可能导致器件过载，影响其性能和寿命；而选择电 压和电流容量过大的器件则可能造成浪费，增加成本。
工作频率与散热设计
总结词
总结词
电力电子系统正朝着集成化和模块化的方向 发展。
详细描述
集成化和模块化可以提高电力电子系统的可 靠性和可维护性，减小系统的体积和重量， 降低制造成本。同时，集成化和模块化还有 利于实现电力电子系统的标准化和系列化， 方便不同系统之间的互连和互操作。
电力电子在分布式发电和微电网中的应用
电力电子器件
新型电力电子器件电力电子器件（Power Electronic Device）又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。
又称功率电子器件。
20世纪50年代，电力电子器件主要是汞弧闸流管和大功率电子管。
60年代发展起来的晶闸管，因其工作可靠、寿命长、体积小、开关速度快，而在电力电子电路中得到广泛应用。
70年代初期，已逐步取代了汞弧闸流管。
80年代，普通晶闸管的开关电流已达数千安，能承受的正、反向工作电压达数千伏。
在此基础上，为适应电力电子技术发展的需要，又开发出门极可关断晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管等一系列派生器件，以及单极型MOS功率场效应晶体管、双极型功率晶体管、静电感应晶闸管、功能组合模块和功率集成电路等新型电力电子器件。
各种电力电子器件均具有导通和阻断两种工作特性。
功率二极管是二端(阴极和阳极)器件，其器件电流由伏安特性决定，除了改变加在二端间的电压外，无法控制其阳极电流，故称不可控器件。
普通晶闸管是三端器件，其门极信号能控制元件的导通，但不能控制其关断，称半控型器件。
可关断晶闸管、功率晶体管等器件，其门极信号既能控制器件的导通，又能控制其关断，称全控型器件。
后两类器件控制灵活，电路简单，开关速度快，广泛应用于整流、逆变、斩波电路中，是电动机调速、发电机励磁、感应加热、电镀、电解电源、直接输电等电力电子装置中的核心部件。
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%)。
单个电力电子器件能承受的正、反向电压是一定的，能通过的电流大小也是一定的。
因此，由单个电力电子器件组成的电力电子装置容量受到限制。
所以，在实用中多用几个电力电子器件串联或并联形成组件，其耐压和通流的能力可以成倍地提高，从而可极大地增加电力电子装置的容量。
器件串联时，希望各元件能承受同样的正、反向电压；并联时则希望各元件能分担同样的电流。
电力电子技术知识点总结
电力电子技术知识点总结一、电力电子器件1. 晶闸管：晶闸管是一种具有双向导电性能的电子器件，可以控制大电流、大功率的交流电路。
其结构简单，稳定性好，具有一定的可逆性，可用作直流电压调节元件、交流电压调节元件、静止开关、逆变器等。
2. 可控硅：可控硅是一种具有双向导电性的半导体器件，具有控制开关特性，可用于控制大电流、大功率的交流电路。
可控硅具有可控性强，工作稳定等特点，适用于电力调节、交流电源、逆变器等领域。
3. MOSFET：MOSFET是一种以金属氧化物半导体栅极场效应晶体管为基础的器件，和普通的MOS晶体管相比，MOSFET在导通电阻上有较低的压降、耗散功率小、寄生电容小、开关速度快等优点，适用于开关电路、逆变器、电源调节等领域。
4. IGBT：IGBT是一种继承了MOSFET和双极晶体管的特点的半导体器件，具有高阻塞电压、低导通压降、大电流、耐脉冲电流等特点，适用于高频开关电路、变频器、电源逆变器、电机调速等领域。
5. 二极管：二极管是最基本的电子元件之一，具有正向导通和反向截止的特点，广泛用于整流、短路保护、开关电源等方面。
以上所述的电力电子器件是电力电子技术的基础，掌握了这些器件的特性和应用，对于电力电子技术的学习和应用具有重要的意义。
二、电力电子拓扑结构1. 变流器拓扑结构：变流器是电力电子技术中的一种重要装置，用于将直流电转换为交流电或者改变交流电的频率、电压和相数等。
常见的变流器拓扑结构包括单相全桥变流器、三相全桥变流器、单相半桥变流器、三相半桥变流器等。
2. 逆变器拓扑结构：逆变器是电力电子技术中的一种重要装置，用于将直流电转换为交流电，逆变器可以选择不同的拓扑结构和控制策略，以满足不同的电力系统需求。
常见的逆变器拓扑结构包括单相全桥逆变器、三相全桥逆变器、单相半桥逆变器、三相半桥逆变器等。
3. 母线型柔性直流输电系统：母线型柔性直流输电系统是一种新型电力电子系统，用于将大容量的交流电转换为直流电进行长距离输电。
修改稿 第1章 电力电子器件
三 、晶闸管
晶闸管及其工作原理 2 晶闸管的特性与主要参数 3 晶闸管的派生器件
1
晶闸管
晶闸管(Thirsted)包括：普通晶闸管(SCR)、快速晶 闸管(FST)、双向晶闸管(TRIAC)、逆导晶闸管(RCT) 、 可关断晶闸管(GTO) 和光控晶闸管等。 由于普通晶闸管面世早，应用极为广泛, 因此在无特别 说明的情况下,本书所说的晶闸管都为普通晶闸管。 普通晶闸管：也称可控硅整流管(Silicon Controlled Rectifier), 简称SCR。 由于它电流容量大,电压耐量高以及开通的可控性 (目前生产水平：4500A/8000V)已被广泛应用于相控整 流、逆变、交流调压、直流变换等领域, 成为特大功率 低频(200Hz以下)装置中的主要器件。
图1.2.2
电力二极管的伏安特性曲线
PN结的电容效应：
PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ， 又称为微分电容。
二、 电力二极管
1 2
电力二极管及其工作原理 电力二极管的特性与参数
2
电力二极管的特性与参数
（1）电力二极管的伏安特性 （2）电力二极管的开关特性 （3）电力二极管的主要参数
电力二极管的主要类型：
（1）普通二极管：普通二极管又称整流管（Rectifier Diode），多用于开关频率在１KHZ以下的整流电路中， 其反向恢复时间在５us以上，额定电流达数千安，额定 电压达数千伏以上。 （2）快恢复二极管：反向恢复时间在５us以下的称为快恢复 二极管（Fast Recovery Diode简称FDR）。快恢复二极 管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者 反向恢复时间为数百纳秒以上，后者则在100ns以下，其 容量可达1200V/200A的水平, 多用于高频整流和逆变电 路中。 （3）肖特基二极管：肖特基二极管是一种金属同半导体相接 触形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型值为 0.4～0.6V，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但 反向耐压在200Ｖ以下。它常被用于高频低压开关电路或 高频低压整流电路中。
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1、什么是单极型器件和双极型器件？试举例说明。
(P4第一行)
答：单极型器件是只有一种载流子参与导电的电力电子器件，如功率MOSFET、静电感应晶体管（SIT）
双极型器件是电子和空穴都参与导电的电力电子器件，如PN结整流管、普
通晶闸管（SCR）、电力晶体管（GTR）
2、压控器件和流控器件的特点各是什么？哪些器件属于压控和流控器件，举
例。
(P5)
答:（1）流控器件有GTR,其特点：
①在器件体内有电子和空穴两种载流子导电，由导通转向阻断时，两种载
流子在复合过程中产生热量，使器件结温升高。
过高的结温限制了工作
频率的提高，因此，电流控制型器件比电压控制型器件的工作频率低。
②电流控制型器件具有电导调制效应，使其导通压降很低，导通损耗较小。
③电流控制型器件的控制极输入阻抗低，控制电流和控制功率较大，电路
也比较复杂。
（2）电压控制型器件有MOSFET、IGBT，其特点是：
①输入阻抗高，控制功率小，控制线路简单。
②工作频率高。
②工作温度高，抗辐射能力强。
（4）自身压降大
3、PIN型和PN型快速恢复二极管的开关特性有何不同？(P16)
答：同等容量下PIN型结构具有开通压降低、反向快速恢复性能好，不足之处是PIN型二极管具有硬恢复特性，而PN型结构则具有软的恢复特性。
4、与PN结二极管相比，肖特基势垒二极管（SBD）具有那些特点？（P17）
答：（1）反向恢复时间短，工作频率高
（2）SBD的正向压降小，开启电压低，正向导通损耗小。
（3）SBD的开关时间短，开关损耗远比PN结二极管小。
5、何为GTR的安全工作区？GTR的正向偏置安全区和反向偏置安全区通常各由
哪几个参量确定。
（P28）
答：（1）GTR的安全工作区是指GTR能够安全运行的电流电压的极限范围。
（2）GTR的正向偏置安全区由GTR的最大允许集电极电流I CM、最大允许集电极功耗P CM、集电极耐压BU CEO以及二次击穿功率P S/B参量确定。
GTR反向偏置安全区由反向集电极电流I C和集电极电压U CE确定。
6、何谓GTR的二次击穿现象？
答：GTR的二次击穿现象是指GTR发生一次击穿后，集电极电流继续增加，在某电压电流点产生向低电阻抗区高速移动的富足现象，使GTR耐压降低、特性变差，甚至使集电结和发射结熔通，使GTR受到永久性损坏。
如果VCE继续增加，IC也增加，由于GTR具有负阻特性，当结温上升时，IC更大。
由于整个管芯的导电不可能绝对均匀，大的IC会产生集中热点，从而发生雪崩击穿，IC骤增。
这时候，即使降低VCE也无济于事，高速增长的热量无法散出，在很短时间内（几微秒甚至几纳秒）便使GTR被永远地烧坏。
这就是GTR的二次击穿现象
7、在GTR开关响应特性中，td、tr、ts、tf 存在原因及改善措施？
答：
td:发射结、集电结势垒电容效应，两结接近正向偏置才有Ic。
tr：继续充电，正偏程度不断增大。
ts：去除存储电荷，其减小到一定程度，Ic才开始下降。
tf：基区电荷继续抽走到体内复合时间，结由正偏变反偏，Ic迅速下降8、。