2.电力电子器件-(2)---半控型器件
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
电力电子技术复习题
电力电子技术复习题一、单项选择题（请选出1个正确答案填入括号中）。
1．电子技术包括信息电子技术和（）技术两大分支。
A. 电力电子B.通信电子C.模拟电子D.数字电子答案：A2．在下列电力电子器件中属于半控型器件的是（）。
A.SCRB.GTRC. IGBTD. POWER MOSFET 答案：A3．具有擎住效应的全控器件是（）。
A.SCRB.GTRC. IGBTD. POWER MOSFET 答案：C4．电力电子技术中，DC-DC是什么变换？（）A. 整流B. 逆变C. 直流斩波D. 交流变换答案：C5．隔离型DC-DC变换器主要类型有（）、反激、桥式和推挽式。
A. 同向B. 反向C. 正激D. 反相答案：C6．逆变器的三种变换方式为方波变换、阶梯波变换和（）变换。
A. 余弦波B. 正弦波C. 三角波D. 正切波答案：B7．不控整流电路中的整流管为（）。
A. GTRB. 二极管 C . IGBT D. SCR答案：B8．变压器漏感对整流电路输出电压的影响，使得输出电压（）。
A、恒定B、不能确定C、变大 D.变小答案：D9．AC-DC变换器又可分为（）和有源逆变运行两种工作状态。
A、交流调压B、直流斩波C、逆变D、整流答案：D10．交流调压电路一般采用相位控制，其特点是维持（）不变，仅改变输出电压的幅值。
A、初相B、相位C、平均值D、频率答案：D11．按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，电力电子器件分为（）和电压驱动型。
A. 电流驱动型B.电子驱动型C.空穴驱动型D.电荷驱动型答案：A12．电力电子装置中会产生外因过电压和（）过电压。
A. 内因B.电源C. 负载D. 电阻答案：A13．缓冲电路分为关断缓冲电路和（）缓冲电路。
A. 开通B.电源C. 负载D. 吸收答案：A14．电力电子技术中，DC-AC是什么变换？（）A. 整流B. 逆变C. 直流斩波D. 交流变换答案：B15．隔离型DC-DC变换器主要类型有正激、（）、和桥式和推挽式。
电力电子技术器件的分类
1.1不可控器件电力二极管功率二极管是开通与关断均不可控的半导体开关器件，其电压、电流定额较大，也称为半导体电力二极管。
1.2功率二极管的结构和工作原理与普通二极管相比，工作原理和特性相似，具有单向导电性。
在面积较大的PN 结上加装引线以及封装形成，主要有螺栓式和平板式。
1.3功率二极管的基本特征1) 静态特性主要指其伏安特性1.门槛电压U TO，正向电流I F开始明显增加所对应的电压。
2.与I F对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降U F。
3.承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。
2) 动态特性功率二极管通态和断态之间转换过程的开关特性。
1.二极管正向偏置形成内部PN结的扩散电容。
此时突加反向电压，二极管并不能立即关断。
当结电容上的电荷复合掉以后，二极管才能恢复反向阻断能力，进入截止状态。
2.二极管处于反向偏置状态突加正向电压时，也需要一定的时间，才会有正向电流流过，称为正向恢复时间。
1.4功率二极管的主要参数1．额定正向平均电流I F（AV）——在规定的管壳温度和散热条件下，功率二极管长期运行时允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
2.反向重复峰值电压U RRM——功率二极管反向所能承受的重复施加的最高峰值电压。
3.正向管压降U F——功率二极管在规定的壳温和正向电流下工作对应的正向导通压降。
4.最高允许结温T jM——结温（T j）是管芯PN结的平均温度，最高允许结温（T jM）是PN结正常工作时所能承受的最高平均温度。
1.5功率二极管的主要类型1) 普通二极管（General Purpose Diode ） 又称整流二极管（Rectifier Diode ）多用于开关频率不高（1kHz 以下）的整流电路其反向恢复时间较长正向电流定额和反向电压定额可以达到很高2) 快恢复二极管（Fast Recovery Diode ——FRD ）简称快速二极管 快恢复外延二极管（Fast Recovery Epitaxial Diodes ——FRED ），其t rr 更短（可低于50ns ）， U F 也很低（0.9V 左右），但其反向耐压多在1200V 以下。
电力电子技术
电力电子技术（区分）电力电子器件按照控制特性分类：1）不可控型器件（不具有开关性能）：功率二极管；2）半控型器（只能控制导通不能控制其关断）：晶闸管及其大部分晶闸管派生器件；3）全控型器件（既能控制导通又能控制其关断）：可关断晶闸管、双极型功率晶体管、功率场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管等。
变换器按照电能变换功能分为：1）交流—直流变换器（AD-DC Converter）；2）直流—交流变换器（DC-AD Converter）；3）交流—交流变换器（AD-AD Converter）；4）直流—直流变换器（DC-DC Converter）。
晶闸管导通需要具备的条件：1）在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压（即在阳极加正向电压）；2）在晶闸管的门极与阴极之间加上正向电压和电流（即在门极加正控制信号）。
区分维持电流和擎住电流：1）维持电流I H：在室温和门极断路时，晶闸管已经处于通态后，从较大的通态电流降至维持通态所必需的最小阳极电流。
2）擎住电流I L：晶闸管从断态转换到通态时移去的触发信号之后，要保持器件维持通态所需要的最小阳极电流。
对于同一个晶闸管来说，通常擎住电流为维持电流的（2~4）倍。
晶闸管的通态平均电流I T(AV)和正弦电流最大值I m之间的关系：I T(AV)= ;正弦半波电流的有效值I T：I T= 。
绝缘栅双极型晶体管IGBT兼有MOSFET的快速响应、高输入阻抗和BJT的低通态压降、高电流密度的特性。
由栅极电压来控制IGBT的导通或关断。
晶闸管对驱动电路的基本要求：1）驱动信号可以是交流、直流或脉冲；2）驱动信号应有足够的功率；3）驱动信号应有足够的宽度和陡度。
晶闸管串联时必须解决其均压问题，均压包括静态均压和动态均压两种。
器件的容量从高到低的顺序：SCR、GTO、IGBT、BJT、功率MOSFET；器件的频率从高到低的顺序：功率MOSFET、IGBT、BJT、GTO、SCR。
第二章：触发角a也称触发延迟角或控制角，是指晶闸管从承受电压开始到导通之间角度。
电力电子技术的主要内容1
电⼒电⼦技术的主要内容1电⼒电⼦技术的主要内容将电⼦技术和控制技术引⼊传统的电⼒技术领域，利⽤半导体电⼒开关器件组成各种电⼒变换电路实现电能的变换和控制称为电⼒电⼦技术。
电⼒电⼦技术主要包括电⼒电⼦器件、变流电路和控制技术三个部分，其中电⼒电⼦技术是基础，变流电路是电⼒电⼦技术的核⼼。
主要研究电⼒电⼦器件的应⽤、电⼒电⼦电路的电能变换原理以及控制技术及电⼒电⼦装置的开发与应⽤。
1、电⼒电⼦器件1.1电⼒电⼦器件是指可直接⽤于主电路中实现电能变换或控制的电⼦器件，它是电⼦器件的⼀⼤分⽀，能承受⾼电压和⼤电流，是弱电控制强电的纽带。
1.2电⼒电⼦器件的分类1.2.1按可控性分类根据控制信号对器件控制程度可将电⼒电⼦器件分为三类：（1）不可控器件，不能⽤控制信号来控制其导通、关断的电⼒电⼦器件，如电⼒⼆极管。
（2）半控型器件，能⽤控制信号控制其导通，但不能控制其关断的电⼒电⼦器件称为半控型器件，主要有晶闸管及其⼤部分派⽣器件（GTO除外）。
（3）全控型器件，能⽤控制信号控制其导通，⼜能控制其关断的电⼒电⼦器件称为半控型器件，⼜称为⾃关断器件。
如绝缘栅双极晶体管（IGBT）和电⼒场效应晶体管（P-MOSFET）等。
1.2.2按驱动信号类型分类（1）电流驱动型，通过控制极注⼊或抽出电流来实现导通或关断控制的。
如门极可关断晶闸管（GTO）、电⼒晶体管（GTR）。
（2）电压驱动型，通过在控制端和公共端之间加⼀定的电压信号就能实现导通或关断控制的，如电⼒场效应晶体管（P-MOSFET）、集成门集换流晶闸管（IGCT）。
1.2.3按器件内部载流⼦参与导电情况分类（1）单极型器件，由⼀种载流⼦参与导电的器件，如电⼒场效应晶体管（P-MOSFET）、静电感应晶体管（SIT）。
（2）双极型器件，由电⼦和空⽳两种载流⼦参与导电的器件，如电⼒晶体管（GTR）、静电感应晶闸管（SITH）、MOS控制晶闸管（MCT）。
1.3常⽤电⼒电⼦器件1.3.1电⼒⼆极管具有⼀个PN结和阳极A、阴极K的两层两端半导体器件。
2.电力电子器件 (2) - 半控型器件
+
_
IG2 IG1 IG0
U DRM U BO U 正向转折电压 正向特性
IG2 >IG1 >IG0
o
反向转折电压
U
_ +
反向特性
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电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2.3.2 晶闸管的基本特性
(Power Electronics)
晶闸管的门极触发电流从门极流入晶闸管，从阴极 流出。 阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端。 门极触发电流也往往是通过触发电路在门极和阴极 之间施加触发电压而产生的。
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电 力 电 子 技 术
2014-2-28
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
(Power Electronics)
5
1、晶闸管的结构
具有四层PNPN结构、三端引出线(A、K、G)的器件。
外形有螺栓型和平板型两种封装。
有三个联接端。
螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧
电压或正向脉冲(正向触发电压)。EG>0 晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正反
馈，晶闸管仍可维持导通状态。
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(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
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晶闸管关断的条件：
1. 必须使可控硅阳极电流减小,直
到正反馈效应不能维持。
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2、晶闸管的其它封装形式： 还有塑封和模块式两种封装。
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电力电子简答题考试重点
1.电力电子器件的分类a.按照电力电子器件能被控制电路信号所控制的程度可分为三类：(1)不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件，因此不需要驱动电路，这就是电力二极管。
只有两个端子，器件的导通和关断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：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。
晶闸管及其大部分派生器件，器件的关断是由其在主电路中所承受的电压和电流决定的。
(3)全控型器件（自关断器件）：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。
常用的是电力场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(电力晶体管)b.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端间信号的性质分两类：(1)电流驱动型：通过从控制端注入或抽出电流来实现导通或者关断的控制。
（晶闸管、GTO 、GTR ）(2)电压驱动型：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关断的控制。
（IGBT 、MOSFET ）c.按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况可分三类：（1）单极型器件：由一种载流子参与导电的器件。
（电力MOSFET 、功率SIT 、肖特基二极管）(2)双极型器件：由电子和空穴两种载流子参与导电的器件。
（电力二极管、晶闸管、GTO 、GTR ）(3)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。
（MCT （MOS 控制晶闸管）、IGBT 、SITH ）d.根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的有效信号波形分类：（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 、GTO 、MOSFET 、GTR ）2、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：uAK>0且uGK>0。
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。
《电力电子技术》复习资料
《电力电子技术》复习资料一 电力电子器件1. 要点：① 半控器件：晶闸管（SCR ）全控器件：绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）、电力晶体管（GTR ）、 门极关断晶闸管（GTO ）、电力场效应管（MOSEFT ） 不可控器件：电力二极管各器件的导通条件、关断方法、电气符号及特点。
②注意电流有效值与电流平均值的区别： 平均值：整流后得到的直流电压、电流。
有效值：直流电压、电流所对应的交流值。
波形系数：K f =有效值/平均值 。
③电力电子技术器件的保护、串并联及缓冲电路： du /dt ：关断时，采用阻容电路（RC ）。
di/dt ：导通时，采用电感电路。
二 整流电路1. 单相半波电路：① 注意电阻负载、电感负载的区别： ② 有效值与平均值的计算：平均值：整流后得到的直流电压、电流。
21cos 0.452d U U α+=d d U I R=有效值：直流电压、电流所对应的交流值。
U U =U I R = 波形系数：电流有效值与平均值之比。
f dIk I =② 注意计算功率、容量、功率因数时要用有效值。
③ 晶闸管的选型计算：Ⅰ求额度电压：2TM U =，再取1.5~2倍的裕量。
Ⅱ 求额度电流（通态平均电流I T （AV ）） 先求出负载电流的有效值（f d I k I =）； →求晶闸管的电流有效值（I T =I ）；→求晶闸管的电流平均值（()/T AV T f I I k =），再取1.5~2倍裕量。
2. 单相全桥电路负载：①注意电阻负载、电感负载和反电动势负载的区别： ② 电阻负载的计算：α移相范围：0~π负载平均值：整流后得到的直流电压、电流。
（半波的2倍）21cos 0.92d U U α+=d d U I R=负载有效值：直流电压、电流所对应的交流值。
U U =U I R = 晶闸管:电流平均值I dT 、电流有效值I T :dT d12I I =T I =③ 电感负载的计算：Ⅰ加续流二极管时，与电阻负载相同。
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密联接且安装方便。
平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
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电 力 电 子 技 术
螺 栓 型 晶 闸 管
平板型晶闸管外形及结构
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求。它具有体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维护
简单、操作方便和寿命长等特点，获得了广泛的应用。 晶闸管也有许多派生器件，如快速晶闸管（FST）、双 向晶闸管（TRIAC）、逆导晶闸管（RCT）和光控晶闸 管（LCT）等。
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2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
(Power Electronics)
5
1、晶闸管的结构
具有四层PNPN结构、三端引出线(A、K、G)的器件。
外形有螺栓型和平板型两种封装。
有三个联接端。
螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧
β 2 iG
T2
+ EA _
iC 2 2 iG i B 1 iC 1 β 1 iC 2 1 2 iG i B 2
晶闸管导通后，去掉EG ， 依靠正反馈，仍可维持导 通状态。
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i B 2 iG
K EA > 0、EG > 0
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电力电子器件
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IA实际由外电路决定。
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2.3.2 晶闸管的基本特性
晶闸管导通的条件：
式中1和2分别是晶体管V1和 V2的共基极电流增益；ICBO1和 ICBO2分别是V1和V2的共基极漏 I A
2 I G I CBO1 I CBO2
1 ( 1 2 )
电流。由以上式可得 ：
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第四节
第五节
典型全控型器件
其他新型电力电子器件
第六节
功率集成电路与集成电力电子模块
本章小结及作业
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电 力 电 子 技 术
2.3 半控型器件—晶闸管
晶闸管是一种能够用控制信号控制其导通，但不能控制 其关断的半控型器件。其导通时刻可控，满足了调压要
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2.3 半控型器件——晶闸管 晶闸管 (Thyristor) ：晶体闸流管，可控硅整流器（ Silicon Controlled Rectifier——SCR） 1956年美国贝尔实验室（Bell Lab）发明了晶闸管 1957 年美国通用电气公司（ GE ）开发出第一只晶闸管产 品 1958 年商业化，开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应 用的崭新时代 20世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代 能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场 合具有重要地位 晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型——普通晶闸管
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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。
开通状态：注入触发电流使晶体
IA
2 I G I CBO1 I CBO2
1 ( 1 2 )
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， 将趋近于无穷大，实现饱和导通。
在极短时间内使两个三 极管均饱和导通，此过
i B 2 iG
K EA > 0、EG > 0
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程称触发导通。
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晶闸管导通的工作原理:
(Power Electronics)
形成正反馈过程
A
β1β2 iG
T1
R
iG
E
G
iB 2
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2、晶闸管的其它封装形式： 还有塑封和模块式两种封装。
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2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
(Power Electronics)
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A 阳极(Anode)
P1
四 层 半 导 体
三 个
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按晶体管的工作原理 ，得：
I c1 1I A I CBO1
I c 2 2 I K I CBO2
（2-1） （2-2） （2-3） （2-4）
(Power Electronics)
I K I A IG
I A I c1 I c 2
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第2章 电力电子器件
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第一节
电力电子器件概述
第二节
第三节
不可控器件——电力二极管
半控型器件——晶闸管
G
P
G
IG
IK _K
晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
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晶闸管导通的工作原理:
(Power Electronics)
形成正反馈过程
A
β 1β 2 iG
T1 G
R
iG
EG
iB 2
β 2 iG
+ T2 EA _
iC 2 2 iG i B 1 iC 1 β 1 iC 2 1 2 iG i B 2
PN
N1
P2
结
G 控制极(Gate)
符号
N2
K 阴极(Kathode)
结构
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A
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A
P N
双晶体管模型
G
(Power Electronics)
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+
A N1 T1 P2 N2 N1 T2
P1
IA
N P N K
P1 P2
N1
P2 N2 K