第一章 电力电子器件
电力电子器件复习提纲
• 16、电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管 所承受的最大正向电压Um等于√2U2，晶闸管控制角 α的最大移相范围是0~150º，使负载电流连续的条件 为α≤30º(U2为相电压有效值)。 • 17、单相全控桥式整流大电感负载电路中，控制角α 的移相范围是( A ) • A 0°～90° B 0°～180° C 90°～ 180° D 180°～360°
• 11、直流斩波电路作用是将交流电压变换成一种幅值可调的直流 电压。 （×） • 12、直流斩波电路采用的电力电子器件多以晶闸管为主。 （×） • 13、直流斩波电路有降压式斩波电路、升压式斩波电路和升降压 式斩波电路。 （√） • 14、晶闸管过零调功器两种控制方式为全周波连续式和全周波间 隔式。 • 15、交流调压电路是用来变换交流电压幅值的电路，与整流相似， 也有单相和三相之分。
• 23、晶闸管在电路中的门极正向偏压（ B ）愈好。 • A、愈大 B、愈小 C、不变 D、愈稳定 • 24、普通晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（ C ） 来表示的。A 有效值 B 最大值 C 平均值 D瞬时值 • 25、如某晶闸管的正向阻断重复峰值电压为745V，反向重复 峰值电压为825V，则该晶闸管的额定电压应为（ A ） • A、700V B、750V C、800V D、850V • 26、双向晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（ A ） 来表示的。 • A、 有效值 B、 最大值 C、 平均值 D、 瞬时值 • 27、比较而言，下列半导体器件中输入阻抗最大的（ B ）。 • A、GTR B、MOSFET C、IGBT D、GTO • 28、下列电力半导体器件电路符号中表示IGBT器件的电路符 号是( C )。
第一章 电力电子器件
• 1、P14，例1-1 • 2、P14，例1-2 • 3、作业（P34）：1-1、1-2、1-3、1-4、1-7、1-8、1-9（C）、110、1-11、1-22。 • 4、电力电子技术是依靠电力电子器件组成各种电力变换电路， 实现电能的高效率转换与控制的一门学科，它包括 电力电子器件、 电力电子电路和控制电路三个组成部分。
第1章 电力电子器件概述(第一部分)(2)
1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
1.1.3 电力电子器件的分类 1.1.4 本章内容和学习要点
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1-3
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件
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）
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
V1 L R
V2
主电路
电气隔离 图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
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1-7
注重对器件的保护：通常采用吸收（缓冲） 保护电路（ Snubber ）来限制器件的 du/dt 和di/dt，减小由于大电流跃变在引线（寄 生）电感上形成的反电势尖峰，以防器件 过压击穿。 需要驱动与隔离：强、弱电系统之间电气 隔离，不共地，消除相互影响，减小干扰， 提高可靠性。
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。
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1-6
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。 在主电路
控 制 控制电路 电 路 检测 电路 保护 电路 驱动 电路
额定电流 —— 在指定的管壳温度和散热条件下， 其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。 IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应 按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留 有一定的裕量。 在工频正弦半波的情况下：
平均值 IF(AV) 有效值 1.57 IF(AV)
电力电子复资料
第一章 电力电子器件1、电力电子器件一般工作在( 开关状态 ) 。
2、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： ( 半控型器件)、(全控型器件)、(不可控器件)。
3、半控型电力电子器件控制极只能控制器件的（ 导通 ），而不能控制器件的( 关断 )4、电力二极管的主要类型有( 普通二极管 )，( 快恢复二极管 )和(肖特基二极管)5、晶闸管的三极为( 阳极 )、 ( 阴极 )、( 门极 )。
6、晶闸管是硅晶体闸流管的简称，常用的外形有( 螺栓型 )与( 平板型 )。
7、晶闸管一般工作在( 开关 )状态。
晶闸管由( 四 )层半导体构成；有( 3 )个PN 结。
8、晶闸管的电气符号是A AG G K Kb)c)a)A GK K G A P 1N 1P 2N 2J 1J 2J 3 。
9、晶闸管导通的条件是在 ( 阳 )极加正向电压，在 ( 门 )极加正向触发电压。
10、给晶闸管阳极加上一定的( 正向 )电压；在门极加上( 正向门极 )电压，并形成足够的( 门极触发 )电流，晶闸管才能导通。
11、晶闸管的非正常导通方式有 ( 硬导通 ) 和 ( 误导通 ) 两种。
12、晶闸管在触发开通过程中，当阳极电流小于( 擎住 )电流之前，如去掉( 触发 )脉冲，晶闸管又会关断。
13、要使晶闸管重新关断，必须将（ 阳极 ）电流减小到低于（ 维持 ）电流。
14、同一晶闸管，维持电流I H 与掣住电流I L 在数值大小上有I L ( 大于 )I H 。
15、晶闸管的额定电流是指（ 平均 ）值；。
16、由波形系数可知，晶闸管在额定情况下的有效值电流I T 等于（ 1.57 ）倍I T （AV ），如果I T （AV ）=100安培，则它允许的有效电流为（ 157 ）安培。
通常在选择晶闸管时还要留出 （1.5～2 ）倍的裕量。
17、型号为KP100-8的晶闸管表示其额定电压为 ( 800 ) 伏额定有效电流为( 100 ) 安。
电力电子技术学习指导
第一章电力电子器件重点和难点：一、电力二极管特性静态特性主要是指其伏安特性，而动态特性是由于结电容的存在，电力二极管在零偏置、正向偏置和反向偏置者三种状态之间转换的时候，必然要要经历一个过渡过程，在这些过渡过程中，PN结的一些区域是需要一定的时间来调整其带电的状态，因而其电压－电流特性不能用通常所说的伏安特性来描述，而是随时间变化的；电力二极管的正向平均电流是指其长期运行时，在指定的管壳温度和散热条件下其允许流过的最大公频正旋半波电流的平均值；电力二极管的正向压降是指在指定的温度下，流过某一指定的稳定正向电流时对应的正向压降。
二、晶闸管的工作原理参见教材P16，当对晶闸管施以正向电压且门极有电流注入则导通，当对其施以反相电压时晶闸管截止，而把正向电压改为反向电压或使的流过晶闸管的电流降低到接近与零的某一个数值时晶闸管关断。
三、MOSFET、IGBT的工作原理1、电力MOSFET的工作原理（1）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。
（2）导电：在栅源极间加正电压U GS,当U GS大于U T时，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。
2、IGBT的结构和工作原理（1）三端器件：栅极G、集电极C和发射极E（2）驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，通断由栅射极电压u GE 决定。
导通：u GE大于开启电压U＝GE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。
通态压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降减小。
关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。
四、电力二极管工作原理电力二极管工作原理与信息电子电路中的二极管的工作原理时一样的，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。
电力电子技术复习资料
电力电子技术复习资料第一章 电力电子器件及驱动、保护电路1、电力电子技术是一种利用电力电子器件对电能进行控制、转换和传输的技术。
P12、电力电子技术包括电力电子器件、电路和控制三大部分。
P13、电力电子技术的主要功能：1）、整流与可控整流电路也称为交流/直流（AC/DC ）变换电路；2）、直流斩波电路亦称为直流/直流(DC/DC)转换电路；3）、逆变电路亦称为直流/交流(DC/AC)变换电路；4）、交流变换电路（AC/AC 变换）。
P14、电力电子器件的发展方向主要体现在：1）、大容量化；2）、高频化；3）、易驱动；4）、降低导通压降；5)、模块化；6）、功率集成化。
P25、电力电子器件特征：1）、能承受高压；2）、能过大电流；3）、工作在开关状态。
P46、电力电子器件分类：1)、不可控器件，代表：电力二极管；2）、半控型器件，代表：晶闸管；3）、全控型器件，代表：电力晶体管（GTR ）。
P57、按照加在电力电子器件控制端和公共端之间的驱动电路信号的性质又可以将电力电子器件分为电流驱动和电压驱动两类。
P68、晶闸管电气符号。
P19、晶闸管关断条件：阴极电流小于维持电流；晶闸管导通条件：阳极加正压，门极加正压。
导通之后门极就失去控制。
P1110、晶闸管的主要参数（选管用）重复峰值电压——额定电压U Te ；晶闸管的通态平均电流I T(A V)——额定电流。
P1311、K f =电流平均值电流有效值===2)(πAV T T I I 1.57。
P14 12、根据器件内部载流载流子参与导电的种类不同，全控型器件又分为单极型、双极性和复合型三类。
P1713、门极可关断晶闸管（GTO ）具有耐压高、电流大等优点，同时又是全控型器件。
P1814、电力晶体管(GTR)具有自关断能力、控制方便、开关时间短、高频特性好、价格低廉等优点。
P1915、GTR 发生二次击穿损坏，必须具备三个条件：高电压、大电流和持续时间。
电力电子器件-电子课件
第一章 电力电子器件
波形系数Kf ：有效值/平均值，反应周期
交流量波形性质。
如果额定电流为100A的晶闸管 其允许通过的电流有效值为1.57×100＝157A
第一章 电力电子器件
选择晶闸管额定电流时，要依据实际波形的电流
有效值与额定电流IT（AV)有效值相等的原则（即管芯结
温一样）进行换算。即：
由于晶闸管的过载能力差，一般选用时取1.5～2倍 的安全裕量。
第一章 电力电子器件
3.通态平均电压UT(AV)
当流过正弦半波的电流为额定电流，并达到稳定 的额定结温时，晶闸管阳极与阴极之间电压降的平均 值，称为通态平均电压。
第一章 电力电子器件
电力电子器件在电力设备或电力系统中，直接 承担电能变换和控制任务的电路称为主电路。
电力电子器件就是可直接用于主电路中实现电 能的变换和控制的电子器件。
电力电子器件则是电力电子电路的基础。 目前常用的电力电子器件都是用半导体材料制 成的，主要分为半控型器件和全控型器件。
第一章 电力电子器件
门极可关断晶闸管实物、图形 和文字符号
GTO在牵引电力机车和斩波器中的应用
第一章 电力电子器件
二、功率晶体管GTR
大功率晶体管（Giant Transistor）简称GTR， 又称为电力晶体管。因为有PNP和NPN两种结构，因此 又称双极型晶体管BJT。
功率晶体管GTR实物、图形和文字符号
第一章 电力电子器件
为晶闸管的额定电压值，用电压等级来表示。
第一章 电力电子器件
2.额定电流IT（AV)
又称为额定通态平均电流。 是指在环境温度小于40℃和标准散热及全导通的条 件下，晶闸管可以连续导通的工频正弦半波电流的平均 值。 晶闸管的额定电流参数系列：1A、5A、10A、20A、 30A、50A、100A、200A、300A。
电力电子技术第一章
（第一章电力电子器件）电力电子技术——使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子技术。
电力电子器件——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。
半导体器件采用的主要材料是硅【电力电子器件的特征】1处理电功率的能力非常大，一般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。
3电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制和驱动。
4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。
电力电子系统：由控制电路、保护电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。
【电力电子器件的分类】1)按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，可分为三类：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。
例：晶闸管全控型器件——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。
如IGBT、Power MOSFET、GTO、BJT。
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。
如电力二极管。
2)按照驱动电路信号的性质，可分为两类：电流驱动型,电压驱动型【电力二极管】PN结的单向导电性就是二极管的基本原理静态特性——主要是指其伏安特性动态特性——由于结电容的存在，电力二极管在通态与断态之间转换时，需经历一个过渡过程。
在此过渡过程中，其电压-电流特性随时间而变化，这就是电力二极管的动态特性，且专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性。
正向平均电流I F(AV)：即额定电流，指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
正向平均电流I F(AV)的对应的有效值为1.57I F(AV) 【晶闸管】内部结构: 是PNPN四层半导体结构。
P1区引出阳极A，N2区引出阴极K，P2区引出门极G。
四个区形成三个PN结：J1、J2、J3。
电力电子技术(第4版)第4讲 电力电子器件讲解
电力电子技术
第1章： 电力电子器件
⑴IGBT的结构和工作原理
①三端器件：栅极G、集电极C和发射极E
发射极 栅极
E
G
N+ P N+
N+ P N+
J3 J2
电力电子技术
第1章： 电力电子器件
⑵IGBT的基本特性
①IGBT的静态特性
IC
输出特性
IC
有源区
•分 为 三 个 区 域 ： 正向阻断区、有 源区和饱和区。
饱 和 区
URM 反向阻断区
O UGE(th)
UGE
O
正向阻断区
a)
b)
转UG移E间特的性关—系—(I开C与启电
图1.24 IGBT的转移特性和输出特性 a) 转移特性 b) 输出特性
压UGE(th))
UGE增加 UGE(th) UFM UCE
电力电子技术
第1章： 电力电子器件
② IGBT的动态特性
U GE 90% U GEM
U GEM
IGBT的开通过程 与MOSFET的相似
10% U GEM
0 IC 90% I CM
t d(on)
I CM tr
t d(off)
t tf
开通延迟时间td(on)
电力电子技术
第1章： 电力电子器件
③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
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从平均电流找出相应波形的有效电流以保证不过热。
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第一章 功率半导体器件
三、通态平均电压（管压降）UT(AV) 通态平均电压∶ P.13 表1-5
四、维持电流ＩH 几十mA，结温↑IH↓(难关断)
五、擎住电流ＩL
开通过程中，能维持导通的最小电流。ＩL＝（2～4）ＩH
４．正向平均电压UF
四、大功率二极管的型号 ZP[电流]─[电压/100][ ]
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第一章 功率半导体器件
五、分类
１．普通二极管 ２．快恢复二极管
开通特性
关断特性
3．肖特基二极管
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第一章 功率半导体器件
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第一章 功率半导体器件
二、大功率二极管的伏安特性
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第一章 功率半导体器件
三、大功率二极管的主要参数
１．额定电流 IF 正向平均电流，与晶体管相同。
２．额定电压 URRM
反向重复峰值电压 ３． 反向不重复峰值电流IRS，反向重复平均电流IRR
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第一章 功率半导体器件
六、门极触发电流ＩGT与门极触发电压ＵGT 对触发电路要求，随温度变化。
七、门极控制的开通时间ｔgt 几十至几百微秒。
八、电路换向关断时间ｔq 导通时有载流子存在。使载流子消失， 正向阻断能力，ｔq > ４０微秒以上。
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第一章 功率半导体器件
内部结构：四层（P-N-P-N）
三端（A。K。G）
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第一章 功率半导体器件
二、 正向阻断，反向阻断。 1、 导通条件：1.晶闸管的阳极—阴极之间加正向电压；2. 门极加正向电压，使足够的门极电流Ig流入。 关断条件：阳极电流小于维持电流 IH 以下并经过一段 时间。
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第一章 功率半导体器件
九、 门极开路，使元件断通的最小电压上升 Uak < UB0， IC相当于Ig
十、通态电流临界上升率
di/dt过大J↑
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第一章 功率半导体器件
十一、 Ｐ----普通, Ｋ—快速型，Ｓ—双向型，Ｎ—逆导型，Ｇ—可关断， LTT —光控 KP[电流]─[电压/100][ 通态压降组别 ] KP500-12G 0.9V<=UT(AV)<=1.0V
(2) I g Ie2 2 Ic 2 Ie1 1 I c1 Ib2
当α1+α2=1时，Ig=0
Ia
I ce 1 (1 2 )
导通后，Ig无影响
(3)关断 Ia < IH, α1、α2均下降，
1 (1 2 ) 1
I a I c0
Ik I g Ia
Ia I co 2 I g 1 (1 2 )
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第一章 功率半导体器件
Байду номын сангаас
(1) I g 0 Ib2 0 I e2 2 Ic 2 (Ib11 ) Ie1 1
I a I c0
分散性 采用区域表示法
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第一章 功率半导体器件
§１-３晶闸管的主要参数
参照国家标准GB290032-92国电公司术语和GB4940-85普通晶闸管对主要 参数做一介绍 一、额定电压UR 正反向重复峰值电压 UDRM = 0.8UDSM，URRM = 0.8 URSM 取UDRM和URRM中较小值，取整 1000V以下（100V一个等级），1000-3000V（200V一个等级）
作业∶ P．36 习题2、 3、 7 . 2)、5)、 8. 2)、5)
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第一章 功率半导体器件
§１-４大功率二极管
一、 大功率二极管的结构
大功率二极管的内部结构与外部构成与晶闸管基本相同，只是少了一个可控 的门极。从内部结构上看，它是一个具有Ｐ型及Ｎ型两层半导体、一个ＰＮ 结和阳极Ａ、阴极Ｋ的两层两端半导体器件。 与普通晶闸管相比∶有延迟导通、关断现象。 关断时会出现瞬时反向电流和瞬时反向过电压。
元件关断
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第一章 功率半导体器件
§１-２晶闸管的特性 一.
理想特性 实际特性
① ② ③
正向阻断高阻区; 负阻区; 正向导通低阻区;
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④ 反向阻断高阻区
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第一章 功率半导体器件
二. 晶闸管门极伏安特性
IGFM ：门极正向峰电流 UGFM：门极正向峰电压 PGM ：门极峰值功率 PG：门极平均功率 确保触发：Ig > IGT, Ug > UGT 加反压< 10Ｖ，防止误触发
二、瞬态热阻
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第一章 功率半导体器件
二、散热措施
1.接触热阻 2.散热器热阻
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电力半导体器件是电力电子技 术的核心、基础，是发展的龙头。 器件特性的每一次发展，都会引起 变换电路的相应突破，产生一系列 新的装置。
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第一章 功率半导体器件
§１-5 散热技术 一、稳态热阻
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第一章 功率半导体器件
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第一章 功率半导体器件 §１.１ 晶闸管的结构和工作原理 一、 结构: 分为管芯及散热器两大部分。 方式: 分为螺栓型与平板型两种。
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第一章 功率半导体器件
螺栓型：散热效果差，用于２００Ａ以下容量的元件； 平板型：散热效果好，用于２００Ａ以上的元件
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第一章 功率半导体器件
二、通态平均电流（额定电流）IT(AV) 单相、工频、正弦半波、角度>１７０° IT(AV)=
1 2
0
sin tdt
Im
Im 2
I=
1 2
0
(Im sin t ) 2 dt
Ｋf＝Ｉ/ IT(AV) =π/2 = 1.57
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第一章 功率半导体器件
2、 内部物理过程：
晶体管的集电极电流为另一名晶体管的基极电流 形成正反馈。
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第一章 功率半导体器件
晶闸管的阳极电流应为:
I a I c1 I c 2 I c0 1 I a 2 I k I co