2.电力电子器件 (1)-概述及不可控器件
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电力电子器件概述
4. 最高工作结温 TJM：125～175℃
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
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
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
华东理工大学
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
华东理工大学
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。
华东理工大学
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)
2电力电子器件
不用平均值而用有效值来 表示其额定电流值。
37
晶闸管的派生器件
2.双向晶闸管
I+
I-
+
+
四种触发方式
I
+
-
-
-
IG = 0
0
U
-
-
+
Ⅲ-
+ +
Ⅲ+
触发灵敏度I+、Ⅲ-相对较高。 实际常用I+、Ⅲ-两种触发方式
38
晶闸管的派生器件
3.逆导晶闸管
K G
A I
0
I =0
G
U
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。
电流驱动型
20
晶闸管的结构与工作原理
4.晶闸管的基本特点：
1） 晶闸管具有可控的单向导电性。
与二极管比较： 相同点——都具有单向导电性； 不同点——晶闸管的单向导电受门极控制。
2） 晶闸管属半控型器件。
门极只能用来控制晶闸管的导通，晶闸管导通后门极就失去控制作用。
3） 晶闸管具有开关作用。
导通——相当于开关闭合； 阻断——相当于开关断开。
能维持导通所需的最小阳极电流。 对同一晶闸管，通常IL约为IH的2~4倍。
30
2.电流定额
晶闸管的主要参数
正弦半波电流波形
通态平均电流IT(AV)
1
IT ( AV ) 2
0
Im
sin td (t )
Im
正弦半波电流的有效值
ITN
1
2
0
(Im
sint)2 d (t)
Im 2
波形系数Kf
有效值 Kf 平均值
37
晶闸管的派生器件
2.双向晶闸管
I+
I-
+
+
四种触发方式
I
+
-
-
-
IG = 0
0
U
-
-
+
Ⅲ-
+ +
Ⅲ+
触发灵敏度I+、Ⅲ-相对较高。 实际常用I+、Ⅲ-两种触发方式
38
晶闸管的派生器件
3.逆导晶闸管
K G
A I
0
I =0
G
U
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。
电流驱动型
20
晶闸管的结构与工作原理
4.晶闸管的基本特点：
1） 晶闸管具有可控的单向导电性。
与二极管比较： 相同点——都具有单向导电性； 不同点——晶闸管的单向导电受门极控制。
2） 晶闸管属半控型器件。
门极只能用来控制晶闸管的导通，晶闸管导通后门极就失去控制作用。
3） 晶闸管具有开关作用。
导通——相当于开关闭合； 阻断——相当于开关断开。
能维持导通所需的最小阳极电流。 对同一晶闸管，通常IL约为IH的2~4倍。
30
2.电流定额
晶闸管的主要参数
正弦半波电流波形
通态平均电流IT(AV)
1
IT ( AV ) 2
0
Im
sin td (t )
Im
正弦半波电流的有效值
ITN
1
2
0
(Im
sint)2 d (t)
Im 2
波形系数Kf
有效值 Kf 平均值
电力电子技术--第一章
28
1.3.1 晶闸管的结构及工作原理
二、晶闸管的工作原理
由于通过门极我们可以控制晶 闸管的开通；而通过门极我们不 能控制晶闸管的关断，因此，晶 闸管才被我们称为半控型器件。
按照等效电路和晶体管
的工作原理，我们可列出如下方 程：
IC1＝α1IA＋ICO1 (1－1)
IC2＝α2IK＋ICO2 (1－2)
件，一般都要安装散热器。
4
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子 器件的损耗
通态损耗 断态损耗 开关损耗 驱动损耗
开通损耗 关断损耗
5
1.1.2 电力电子器件组成的应用系统
电力电子器件在实际应用中，一般是 由控制电路、驱动电路、检测电路和以电 力电子器件为核心的主电路构成的一个完 整的系统。
16
1.2.2 电力二极管的基本特性与参数
二、 动态特性 （开关特性）
电力二极管的电压-电流特性
是随时间变化的
延迟时间：td= t1- t0, 电流下降时间：tf= t2- t1 反向恢复时间：trr= td+ tf 恢复特性的软度：下降 时间与延迟时间 的比值 tf /td，或称恢复系数，用 Sr表示。
4、反向漏电流IRR
指器件对应于反向重复峰值电压时的反向电流。
5、最高工作温度TJM
指器件中PN结不至于损坏的前提下所能承受的最高
平均温度。TJM通常在125～175℃范围内。
22
1.3 半控型器件-晶闸管
1.3.1 晶闸管的结构及工作原理
一、晶闸管的结构 二、晶闸管的工作原理
1.3.2 晶闸管的基本特性与主要参数
30
1.3.1 晶闸管的结构及工作原理
➢晶闸管导通的必要条件是：
《电力电子技术》第2章 电力电子器件
电力电子器件是基础 电能进行变换和控制是核心
2/89
上节课内容回顾
• 二、电力电子器件
1、概念：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。
2、特性：大功率、开关特性、驱动电路、损耗大，加散热
3、组成：主电路、控制电路、检测电路。。。。
4、分类：
1）控制程度：不控器件、半控器件、全控器件
12/89
2.1.3 电力电子器件的分类
■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。 ◆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。
13/89
2.1.4 本章内容和学习要点
■本章内容 ◆按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其 它新型器件的顺序，分别介绍各种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的 一些问题。
检测
控
电路
制
保护
电
电路
路
驱动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电路
V1 LR
V2
主电路
电气隔离
图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
10/89
2.1.3 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 ☞主要是指晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。 ☞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。 ◆全控型器件 ☞目前最常用的是 IGBT和Power MOSFET。 ☞通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关 断。 ◆不可控器件 ☞电力二极管（Power Diode） ☞不能用控制信号来控制其通断。
■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。 ◆了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。 ◆了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。
2/89
上节课内容回顾
• 二、电力电子器件
1、概念：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。
2、特性：大功率、开关特性、驱动电路、损耗大，加散热
3、组成：主电路、控制电路、检测电路。。。。
4、分类：
1）控制程度：不控器件、半控器件、全控器件
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2.1.3 电力电子器件的分类
■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。 ◆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。
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2.1.4 本章内容和学习要点
■本章内容 ◆按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其 它新型器件的顺序，分别介绍各种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的 一些问题。
检测
控
电路
制
保护
电
电路
路
驱动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电路
V1 LR
V2
主电路
电气隔离
图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
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2.1.3 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 ☞主要是指晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。 ☞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。 ◆全控型器件 ☞目前最常用的是 IGBT和Power MOSFET。 ☞通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关 断。 ◆不可控器件 ☞电力二极管（Power Diode） ☞不能用控制信号来控制其通断。
■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。 ◆了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。 ◆了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。
电力电子器件的概念和特征同处理信...
导通时（通态）阻抗很小，接近于短路， 管压降接近于零，而电流由外电路决定
阻断时（断态）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
2008-5-14
作电路分析时，为简单起见往
上海电往力学用院理电子想技术开教关研室来代替
2
《电力电子技术》第1章 电力电子器件 1.1 电力电子器件概述
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
二.晶闸管工作原理：
？
Ic1=α1 IA + ICBO1 Ic2=α2 IK + ICBO2
IK=IA+IG
IA=Ic1+Ic2
（1-1） （1-2）
G
（1-3） （1-4）
A
P1
N1
N1
P2
P2
N2
K
A
IA
PNP
V1
G IG
Ic1
Ic2
R
NPN V2
S
EG
IK
EA
上海电力学院 电子技术教研室
15
《电力电子技术》第1章 电力电子器件 1.2 不可控器件——电力二极管
1.2.4 电力二极管的主要类型
1. 普通二极管（General Purpose Diode） 频率不高容量大
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 其反向恢复时间较长，一般在5µs以上，
3. 反向重复峰值电压URRM 指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压
2008-5-14
上海电力学院 电子技术教研室
14
《电力电子技术》第1章 电力电子器件 1.2 不可控器件——电力二极管
电力电子器件概述
31
1.4.1 门极可关断晶闸管
门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor — GTO）
晶闸管的一种派生器件。 可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。 GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因 而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。 DATASHEET
32
1.4.1 门极可关断晶闸管
25
12.）3 双晶向闸晶管闸的管派（生Tr器io件de AC Switch——TRIAC
或Bidirectional triode thyristor）
可认为是一对反并联联 接的普通晶闸管的集成。 T1
有两个主电极T1和T2，
一个门极G。
G
T2
I O
IG =0 U
在第Ｉ和第III象限有对
a)
b)
电压降低。
雪崩
击穿
晶闸管本身的压降很小，在1V左右。
IA 正向 导通
IH
IG2 IG1 IG=0
O
U UDRM bo+UA
UDSM
正向不可重复峰值电压UDSM ，正向 可重复峰值电压UDRM
-IA
晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
13
反向特性
IA 正向 导通
反向特性类似二极管的反
向特性。
- URSMURRM
闸管为半控型器件。 (4) 为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一
定数值以下，这只有用使阳极电压减小到零或 反向的方法来实现。
10
2. 晶闸管的工作原理
A
P1
N1
N1
G
P2
P2
N2
K
A
IA
1.4.1 门极可关断晶闸管
门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor — GTO）
晶闸管的一种派生器件。 可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。 GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因 而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。 DATASHEET
32
1.4.1 门极可关断晶闸管
25
12.）3 双晶向闸晶管闸的管派（生Tr器io件de AC Switch——TRIAC
或Bidirectional triode thyristor）
可认为是一对反并联联 接的普通晶闸管的集成。 T1
有两个主电极T1和T2，
一个门极G。
G
T2
I O
IG =0 U
在第Ｉ和第III象限有对
a)
b)
电压降低。
雪崩
击穿
晶闸管本身的压降很小，在1V左右。
IA 正向 导通
IH
IG2 IG1 IG=0
O
U UDRM bo+UA
UDSM
正向不可重复峰值电压UDSM ，正向 可重复峰值电压UDRM
-IA
晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
13
反向特性
IA 正向 导通
反向特性类似二极管的反
向特性。
- URSMURRM
闸管为半控型器件。 (4) 为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一
定数值以下，这只有用使阳极电压减小到零或 反向的方法来实现。
10
2. 晶闸管的工作原理
A
P1
N1
N1
G
P2
P2
N2
K
A
IA
常用电力电子器件
其关断，故又称为自关断器件。如绝缘栅双极晶体管 IGBT和门极可关断晶闸管GTO等。
2.按驱动电路加在器件控制端和公共端之间信 号的性质分类
1）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。常见的有普通晶闸管、门极可关断 晶闸管GTO等。
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
（2）关断过程包括反向阻断恢复时间和正向阻断恢复 时间。
关断时间tq是反向阻断恢复时间与正向阻断恢复时间 之和，即 tq=trr+tgr。普通晶闸管的关断时间约几百微秒， 快速晶闸管的关断时间为几微秒到几十微秒。
6.晶闸管的主要参数 晶闸管的主要参数包括电压定额、电流定额、动 态参数和门极参数等。 1）电压定额 电压定额包括断态重复峰值电压、反向重复峰值
电压、通态（峰值）电压、额定电压和通态平均电压 等。
（1）正向重复峰值电压。断态重复峰值电压 UDRM是指在门极断开而结温为额定值时，允许重 复加在器件上的正向峰值电压。
（2）反向重复峰值电压。反向重复峰值电压 URRM是指在门极断开而结温为额定值时，允许重 复加在器件上的反向峰值电压。
（3）通态（峰值）电压。通态（峰值）电压 UTM是指晶闸管通以π倍的或某一规定倍数的额定 通态平均电流时的瞬态峰值电压。从减小器件损 耗和发热的角度应选用UTM较小的晶闸管。
其他几种可能导通的情况：
（1）阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应， 即硬开通。 （2）阳极电压上升率du/dt过高。 （3）结温较高。 （4）光直接照射晶体管硅片上，即光触发。
5.晶闸管的基本特性 晶闸管的基本特性包括静态特性和动态特性。
1）晶闸管的静态特性 （1）晶闸管的阳极伏安特性。晶闸管的阳极伏安特 性是指晶闸管阳极电流和阳极电压之间的关系曲线，如图 2-5所示。其中，第I象限的是正向特性；第III象限的是反 向特性。
2.按驱动电路加在器件控制端和公共端之间信 号的性质分类
1）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。常见的有普通晶闸管、门极可关断 晶闸管GTO等。
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
（2）关断过程包括反向阻断恢复时间和正向阻断恢复 时间。
关断时间tq是反向阻断恢复时间与正向阻断恢复时间 之和，即 tq=trr+tgr。普通晶闸管的关断时间约几百微秒， 快速晶闸管的关断时间为几微秒到几十微秒。
6.晶闸管的主要参数 晶闸管的主要参数包括电压定额、电流定额、动 态参数和门极参数等。 1）电压定额 电压定额包括断态重复峰值电压、反向重复峰值
电压、通态（峰值）电压、额定电压和通态平均电压 等。
（1）正向重复峰值电压。断态重复峰值电压 UDRM是指在门极断开而结温为额定值时，允许重 复加在器件上的正向峰值电压。
（2）反向重复峰值电压。反向重复峰值电压 URRM是指在门极断开而结温为额定值时，允许重 复加在器件上的反向峰值电压。
（3）通态（峰值）电压。通态（峰值）电压 UTM是指晶闸管通以π倍的或某一规定倍数的额定 通态平均电流时的瞬态峰值电压。从减小器件损 耗和发热的角度应选用UTM较小的晶闸管。
其他几种可能导通的情况：
（1）阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应， 即硬开通。 （2）阳极电压上升率du/dt过高。 （3）结温较高。 （4）光直接照射晶体管硅片上，即光触发。
5.晶闸管的基本特性 晶闸管的基本特性包括静态特性和动态特性。
1）晶闸管的静态特性 （1）晶闸管的阳极伏安特性。晶闸管的阳极伏安特 性是指晶闸管阳极电流和阳极电压之间的关系曲线，如图 2-5所示。其中，第I象限的是正向特性；第III象限的是反 向特性。
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PN结的反向击穿分为：雪崩击穿(电压高)、齐纳击 穿 雪崩击穿和齐纳击穿均可能导致热击穿(烧毁)
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2014-2-28
2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
电力电子器件
(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
2014-2-28
PN 结反向偏置
变厚
－ + + + +
_ P
－ － －
内电场被加强，多子的 扩散受抑制。少子漂移 加强，但少子数量有限， 只能形成较小的反向电 流。
N
+
内电场 外电场
E
R
2- 28
武汉科技大学信息科学与工程学院
内电场E N型半导体
2- 26
(Power Electronics)
P型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
+ + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + 扩散的结果是使空间电 荷区更窄
空间电荷区， 也称耗尽层。
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2014-2-28
2.1.3 电力电子器件的分类
2- 19
(Power Electronics)
按照驱动电路信号的性质，分为两类：
电流驱动型
电压驱动型
——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。
——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。
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2014-2-28
2.1.2 应用电力电子器件的系统组成 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。
控 制 电 路 检测 电路 保护 电路 驱动 电路
2- 10
(Power Electronics)
V1 L R
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
半控型器件——晶闸管
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
电力电子器件的串联和并联使用
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2014-2-28
本章内容和学习要点
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。最重要的是掌 握其基本特性。 了解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，这是在实际中正确应用电力电 子器件的两个基本要求。 本章内容需要在全部课程学完后才能得到深入理解！
电力电子器件
(Power Electronics) 2- 1 电 力 电 子 技 术
2014-2-28
第2章 电力电子器件
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
(Power Electronics) 2- 2 电 力 电 子 技 术
2014-2-28
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
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。 主要指半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅) 。
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2014-2-28
2.1.1 电力电子器件的概念和特征
2- 5
(Power Electronics)
2- 12
武汉科技大学信息科学与工程学院
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ力电子器件
(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
2014-2-28
电 力 电 子 装 置 结 构 图 （ 背 面 内 部 ） 武汉科技大学信息科学与工程学院
2- 13
电力电子器件
(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
2014-2-28
电力电子装置结构图（变压器部分）
2- 16
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
2014-2-28
电力电子装置结构图（驱动与保护部分）
2- 17
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2014-2-28
结构
外型
符号
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
2014-2-28
2- 25
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件 内电场越强，就使漂移 运动越强，而漂移使空 电 间电荷区变宽。 力
电 子 技 术
2014-2-28
PN结具有单向导电性： 漂移运动
V2
主电路
电气隔离 图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2014-2-28
2.1.2 应用电力电子器件的系统组成
2- 11
(Power Electronics)
控制电路：按系统的工作要求形成控制信号，通 过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通
或关断，来完成整个系统的功能。
检测电路：电压传感器PT、电流传感器CT。
电气隔离：通过光、磁等来传递信号。
保护电路：过压保护、过流保护。
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电力电子器件
(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
2014-2-28
电 力 电 子 装 置 结 构 图 （ 正 面 内 部 ）
2014-2-28
电力电子装置结构图（控制部分）
2- 14
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
2014-2-28
只能看到散热器！
电力电子装置结构图（主回路部分）
2- 15
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电力电子器件
(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
2- 3
(Power Electronics)
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2014-2-28
2.1 电力电子器件概述
2.1.1 电力电子器件的概念和特征
2- 4
(Power Electronics)
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。
通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断， 电力场效应晶体管（电力MOSFET） 又称自关断器件。
门极可关断晶闸管（GTO）
绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT）
3) 不可控器件
电力二极管（Power Diode） 不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的 动电路。 电压和电流决定的。
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2014-2-28
2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
2- 29
(Power Electronics)
PN结的状态
状态 参数 电流 电压 阻态 正向导通 正向大 维持1V 低阻态 反向截止 几乎为零 反向大 高阻态 反向击穿 反向大 —— ——
•
• •
二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性
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。
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电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2014-2-28
2.2 不可控器件—电力二极管(Power Diode)
2- 23
(Power Electronics)
电力电子器件的一般特征： (1) 能够处理电功率的大小，即承受电压和
电流的能力是电力电子器件最重要的参数。
其处理电功率的能力小至毫瓦（ mW ）级，
大至兆瓦（=1000kW, MW）级, 大多都远大于处
理信息的电子器件。
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电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2014-2-28
1) 2)
3)
复合型器件
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
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2.1.3 电力电子器件的分类
肖特基势垒二极管 型
2- 21
武汉科技大学信息科学与工程学院
图1-42
（
(Power Electronics)
混 合 IGBT 型
（
MCT
双 极
SITH
功率MOSFET 单 功率SIT 极
复 合 型
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电力电子器件
电 力 电 子 技 术
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2.1.1 电力电子器件的概念和特征
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
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2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
电力电子器件
(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
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PN 结反向偏置
变厚
－ + + + +
_ P
－ － －
内电场被加强，多子的 扩散受抑制。少子漂移 加强，但少子数量有限， 只能形成较小的反向电 流。
N
+
内电场 外电场
E
R
2- 28
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内电场E N型半导体
2- 26
(Power Electronics)
P型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
+ + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + 扩散的结果是使空间电 荷区更窄
空间电荷区， 也称耗尽层。
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电力电子器件
电 力 电 子 技 术
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2.1.3 电力电子器件的分类
2- 19
(Power Electronics)
按照驱动电路信号的性质，分为两类：
电流驱动型
电压驱动型
——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。
——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。
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
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2.1.2 应用电力电子器件的系统组成 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。
控 制 电 路 检测 电路 保护 电路 驱动 电路
2- 10
(Power Electronics)
V1 L R
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
半控型器件——晶闸管
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
电力电子器件的串联和并联使用
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电力电子器件
电 力 电 子 技 术
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本章内容和学习要点
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。最重要的是掌 握其基本特性。 了解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，这是在实际中正确应用电力电 子器件的两个基本要求。 本章内容需要在全部课程学完后才能得到深入理解！
电力电子器件
(Power Electronics) 2- 1 电 力 电 子 技 术
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第2章 电力电子器件
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电力电子器件
(Power Electronics) 2- 2 电 力 电 子 技 术
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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
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。 主要指半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅) 。
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电力电子器件
电 力 电 子 技 术
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2.1.1 电力电子器件的概念和特征
2- 5
(Power Electronics)
2- 12
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ力电子器件
(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
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电 力 电 子 装 置 结 构 图 （ 背 面 内 部 ） 武汉科技大学信息科学与工程学院
2- 13
电力电子器件
(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
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电力电子装置结构图（变压器部分）
2- 16
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电力电子装置结构图（驱动与保护部分）
2- 17
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结构
外型
符号
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电力电子器件 内电场越强，就使漂移 运动越强，而漂移使空 电 间电荷区变宽。 力
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PN结具有单向导电性： 漂移运动
V2
主电路
电气隔离 图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
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2.1.2 应用电力电子器件的系统组成
2- 11
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控制电路：按系统的工作要求形成控制信号，通 过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通
或关断，来完成整个系统的功能。
检测电路：电压传感器PT、电流传感器CT。
电气隔离：通过光、磁等来传递信号。
保护电路：过压保护、过流保护。
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2.1 电力电子器件概述
2.1.1 电力电子器件的概念和特征
2- 4
(Power Electronics)
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。
通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断， 电力场效应晶体管（电力MOSFET） 又称自关断器件。
门极可关断晶闸管（GTO）
绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT）
3) 不可控器件
电力二极管（Power Diode） 不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的 动电路。 电压和电流决定的。
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
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2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
2- 29
(Power Electronics)
PN结的状态
状态 参数 电流 电压 阻态 正向导通 正向大 维持1V 低阻态 反向截止 几乎为零 反向大 高阻态 反向击穿 反向大 —— ——
•
• •
二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性
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。
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2- 23
(Power Electronics)
电力电子器件的一般特征： (1) 能够处理电功率的大小，即承受电压和
电流的能力是电力电子器件最重要的参数。
其处理电功率的能力小至毫瓦（ mW ）级，
大至兆瓦（=1000kW, MW）级, 大多都远大于处
理信息的电子器件。
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1) 2)
3)
复合型器件
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2.1.3 电力电子器件的分类
肖特基势垒二极管 型
2- 21
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（
(Power Electronics)
混 合 IGBT 型
（
MCT
双 极
SITH
功率MOSFET 单 功率SIT 极
复 合 型
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2.1.1 电力电子器件的概念和特征