电力电子开关器件特性介绍共235页文档
第2章 电力电子器件的基本特性
逆导晶闸管 (RCT)
I
G
K O
IG=0 U
A
a)
b)
图2.3.7 逆导晶闸管的电气 图形符号和伏安特性 a) 电气图形符号 b) 伏安 特性
§2.3.2
门极可关断晶闸管（GTO）
• 可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor)简称GTO。 • 它具有普通晶闸管的全部优点，如耐压高，电流大等。 同时它又是全控型器件，即在门极正脉冲电流触发下 导通，在负脉冲电流触发下关断。
2. 晶闸管的伏安特性
晶闸管导通时的A-K间 的电压（导通压降） 是非常小的，其典型 的平均压降为1～2V， 因此，晶闸管导通后 相当于“低阻态”。 晶闸管门极特性偏差 很大，即使同一额定 值的晶闸管之间其特 性也有所不同，所以 在设计门极触发电路 时，必须考虑这种偏 差。
图2-4 晶闸管的伏安特性
2.1.2
电力电子器件的种类
二、电力电子器件按控制信号的性质不同又可分为 两种：
电流控制型器件： 此类器件采用电流信 号来实现导通或关断控 制。 如：晶闸管、门极可关 断晶闸管、功率晶体管、 IGCT等； 电压控制半导体器件： 这类器件采用电压控 制（场控原理控制）它 的通、断，输入控制端 基本上不流过控制电流 信号，用小功率信号就 可驱动它工作。 如：MOSFET管和IGBT管。
重点和难点
• • • •
电力电子器件的基本模型和分类 电力电子器件指标和特性 应用电力电子器件系统的组成 电力电子器件的驱动和保护类型及原理
§2.1
电力半导体器件的种类及应用
电力半导体器件是电力电子技术及其应用系统的基 础。电力电子技术的发展取决于电力电子器件的研制 与应用。 定义：电力电子电路中能实现电能的变换和控制的 半导体电子器件称为电力电子器件（Power Electronic Device）。 广义上，电力电子器件可分为电真空器件和半导体 器件两类，本书涉及的器件都是指半导体电力电子器 件。
电力电子技术中的开关器件有哪些
电力电子技术中的开关器件有哪些电力电子技术是指利用电力器件进行能量转换和信号处理的技术领域。
开关器件在电力电子技术中起着至关重要的作用，它们具有开关能力，可以控制电路通断，实现能量转换和信号处理功能。
在电力电子技术中常用的开关器件包括晶体管、功率MOSFET、IGBT和二极管等。
下面将分别介绍这些开关器件的工作原理和应用。
一、晶体管晶体管是一种基于半导体材料的开关器件，分为NPN型和PNP型两种。
晶体管工作的基本原理是通过控制输入信号的电流或电压，来控制输出信号的增益和功率。
晶体管具有高速开关和放大功能，广泛应用于电力电子技术中的各种电路中，如放大器、振荡器、计算机逻辑电路等。
二、功率MOSFET功率MOSFET是一种金属氧化物半导体场效应管，具有低电阻、高开关速度和低功耗等特点。
功率MOSFET的工作原理是通过控制栅极电压来改变沟道中的电阻，从而实现对信号的放大或开关控制。
功率MOSFET广泛应用于直流-直流转换器、交流-直流变换器、电机驱动器等电力电子系统中。
三、IGBTIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种集晶体管和MOSFET于一体的开关器件。
它结合了晶体管和MOSFET的优点，具有高电压承受能力和低导通压降的特点。
IGBT的工作原理是通过控制栅极电压来控制基极和集电极之间的结，实现对电流的开关和放大。
IGBT广泛应用于交流电机驱动、电网功率变换、无线电发射器等领域。
四、二极管二极管是一种最简单的开关器件，它由P型和N型半导体材料组成。
二极管具有电压导通和整流功效，其工作原理是通过施加正向电压，使电流从P区域流向N区域，实现通断控制。
二极管广泛应用于电源、整流、保护电路等。
以上是电力电子技术中常见的开关器件，它们的工作原理和应用领域各有特点，通过合理选择和配置，可以实现各种电力电子系统的功能和性能要求。
在实际应用中，需要根据具体需求和设计条件来选择合适的开关器件，以提高系统效率、稳定性和可靠性。
电力电子技术-电力电子器件的原理与特性
IR
Vo
VS +
-
IZ
DZ
RL
(a)整流
(b)续流
(c)限幅
(d)钳位
图2.6 二极管的整流、续流、限幅、钳位和稳压应用
(e)稳压
本章内容
2.3 晶闸管（SCR）
2. 3 晶闸管
一、名称 ➢晶闸管 （Thyristor） ➢可控硅
（SCR）
二、外形与符号 ➢螺栓式结构 (<200A) ➢平板式结构 (>200A)
• N型半导体： 掺入微量5价元素（磷、锑、鉮等）
自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 • P型半导体：
掺入微量3价元素（硼、镓、铟等） 空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。
半导体基础知识
器件原理
• PN结（异型半导体接触现象） • （1）扩散运动（多数载流子）
自由电子由 N区 向 P区 空 穴由 P区 向 N区 （2）漂移运动（少数载流子） 与扩散运动相反
三、SCR的工作原理（续）
（2）按晶体管原理可得：
IA
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
其中： α1、α2分别是晶 体管T1、T2的共基极电 流增益； ICBO1、ICBO2分 别是晶体管T1、T2的共 基极漏电流。
❖双极型器件：有两种载流子参与导电，如二 极管、 晶闸管、GTO、GTR、IGCT、SITH等。
❖复合型器件：由MOSFET与晶体管、晶闸管复 合而成，如IGBT、IPM、MCT等。
➢ 按门极驱动信号的种类（电流、电压）分类： ❖电流控制型器件 如晶闸管、GTO、GTR、 IGCT、SITH等
❖电压控制型器件 如MOSFET、IGBT、IPM、 SIT、MCT等
电力电子器件的开关特性分析与优化
电力电子器件的开关特性分析与优化第一章：引言电力电子器件是电力电子技术应用中的重要组成部分，其在各个领域中都有广泛的应用。
而其中最为重要的性能之一便是开关特性。
开关特性的好坏对电子器件的电性能、热性能和可靠性有着直接影响。
因此，对电力电子器件的开关特性进行分析与优化，具有极其重要的意义。
第二章：电力电子器件开关特性分析电力电子器件的开关特性，即指器件的导通和截止过程能否得到快速、准确、稳定地实现。
其关键衡量指标是器件的开关速度和开关损耗。
因此，对电力电子器件的开关特性进行分析主要需要从以下两个方面入手。
2.1 开关速度分析开关速度是指器件在实现导通和截止过程时所需的时间长度，又被称为反向恢复时间（Reverse Recovery Time, RRT），通俗地讲就是器件从关断到导通所需的时间，从导通到关断所需的时间。
开关速度是衡量电力电子器件开关特性的重要指标。
速度快的器件可以提高交流电源的转换效率，降低开关时的噪声和电磁干扰，同时还可以提高系统的响应速度。
具体实现快速开关的关键在于如何缩短器件的反向恢复时间，有效减小开关过程中的惯性，使导通时延和截止时延尽可能短，进而提高开关速度。
目前常用的提高开关速度的方法主要有：1.改进管芯结构2.更换硅基材料3.优化驱动电路4.采用新型的选通结构2.2 开关损耗分析开关损耗是指在器件开关过程中由于电容和电感元器件的充放电过程引起的功率损耗，其主要包括导通损耗和截止损耗。
导通损耗是指器件在导通状态下，由于主导通区的导通电阻、导通电流等特性而产生的损耗；截止损耗则是由于器件经历的截止过程中所产生的电压、电流快速变化所引起的能量损耗。
同时，开关损耗也是衡量电力电子器件开关特性的重要指标。
如果不注意对开关损耗进行优化，将对器件的稳定性、安全性造成影响。
具体来讲，进行开关损耗分析的过程中需要考虑的因素有：1.极限电压的大小2.导通电阻的有效降低3.时域波形状况4.瞬态电荷和短路电流第三章：电力电器件开关特性优化基于电力电子器件开关特性的分析，可以采用多种方法进行开关特性的优化。
电力电子第二章器件特性
off
I ATO I GM
➢ off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。1000A的 GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A。
2.5.3 可关断晶闸管的驱动
➢ 根据GTO的导通和关断机理，GTO要求有正的触发脉 冲电流使其导通，有负的脉冲电流使其关断，并不需要 有持续的正、负电流保持其通态和断态。
➢ （1）设计电流增益 2较大，使晶 体管V2控制灵敏，易于GTO关断
➢ （2）导通时 1+ 2更接近1
GK
G
K
G
（ 1.05，普通晶闸管 1+ 2 1.15）导通时饱和不深，
N2
P2
N2
接近临界饱和，有利门极控制关断，
N1
G
但导通时管压降阴极
A
面积很小，门、阴a) 极间距大为缩短，
b)
使得P2基区横向电阻很小，能从
门极抽出较大电流
图 1-13
2.5.2 可关断晶闸管特性
➢ GTO的特性与晶闸管大多相 同，但也有其特殊性。
➢ 开通过程与普通晶闸管类似， iA
开通过程中需要经过延迟时
间td和上升时间tr。
100% IA 90% IA
➢ 关断过程则有所不同：
td tr
储 下尾 存 降部 时 时时 间 间间
➢ 目前GTO已被广泛应用于电力机车的逆变器、电网动态 无功补偿和大功率直流斩波调速装置中。
2.5.1 基本结构和工作原理
GTO的外部管脚与普通晶闸管相同，也有阳极A、阴极K和 门极G三个电极，其外形、结构断面示意图和电气符号如图218所示。和普通晶闸管的不同：GTO是一种多元的功率集成器 件，内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元，这些GTO 元的阴极和门极则在器件内部并联在一起。
1-1-电力电子器件特征与分类
电力电子器件特征与分类◆电力电子技术的概念：使用电力电子器件对电能进行变换和电力电子技术的概念使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
◆电力电子器件的地位：又称功率半导体器件，是电力电子电电力电子器件的地位又称功率半导体器件是电力电子电路（变流技术）的基础。
◆电力电子器件概念：可直接用于主电路中，实现电能的变换电力电子件概念直接用主电路中实电能的变换或控制的电子器件。
问题：为什么要对电能进行变换和控制？（）特征半导体功率开关与普通半导体器件有何区别? （一）特征问题：半导体功率开关与普通半导体器件有何区别☞电力电子器件能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件的电子器件。
☞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，需要驱动电路。
☞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。
ii；（2）开关处于导通状态时能流过大电流端电压为零；（3）导通、关断切换时所需；（4）长期反复地开关也不损坏（）。
）长期反复地开关也不损坏（寿命长◆电力电子开关的特点---近似理想开关◆电力电子开关的主要损耗☞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的可行性☞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。
◆在分析变换器电路时采用理想化器件模型的可行性：☞由于能量转换的效率通常设计得很高，所以器件的通态电压与工作电压相比一定比较小所以在电路分析中可以电压与工作电压相比一定比较小，所以在电路分析中可以忽略。
☞器件的开关时间一定远小于电路的工作周期因此可近器件的开关时间定远小于电路的工作周期，因此可近似为瞬时通断。
采用理想化器件模型可大大简化变换器工作原理的分析，但是在设计实际变流装置时，必须考虑器件的具体特性。
（三）电力电子开关器件的应用准则在设计变流电路时，应根据应用的场合选择适合的电力电子开关器件。
选择时应考虑如下问题：☞电压和电流定额决定器件处理功率的能力。
电子行业电力电子器件介绍
电子行业电力电子器件介绍1. 概述电力电子器件是电子行业中一类重要的器件，在能源转换、控制和调节等方面发挥着关键作用。
随着能源需求的增长和环境保护的要求，对电力电子器件的要求也越来越高。
2. 电力电子器件的分类电力电子器件根据其功能和特点可以分为多个类别，以下是一些常见的电力电子器件分类：2.1 可控硅（SCR）可控硅是一种常见的电力电子器件，在交流电控制方面具有重要作用。
可控硅具有整流和可控开关的功能，因此广泛应用于电能转换、变频调速、功率因数校正等领域。
2.2 可控晶闸管（GTO）可控晶闸管是一种高压高功率的半导体开关器件，广泛应用于高压直流输电和直流变频调速等场合。
可控晶闸管具有较好的控制能力和可靠性，被认为是电力电子领域的关键器件之一。
2.3 电力二极管电力二极管是一种用于整流和逆变的无控制半导体器件。
具有较大的导通电流和较高的工作温度，广泛用于交流电转换、电源等方面。
常见的电力二极管有快恢复二极管、整流二极管等。
2.4 电力MOSFET电力MOSFET是电力电子器件中的一种关键元件，广泛应用于交流-直流转换、逆变和变频调速等领域。
它具有快速开关速度、低开关损耗和高温工作能力等优点。
电力IGBT是一种高压、高功率的开关器件，结合了MOSFET的高速性和可控晶闸管的大电流承受能力。
电力IGBT被广泛应用于交流电变频调速、直流电逆变等电力电子系统中。
3. 电力电子器件的应用电力电子器件在电力变换、电能控制和调节等方面具有广泛的应用。
电力电子器件可以将一种电能形式转换为另一种电能形式，例如将交流电转换为直流电、将直流电转换为交流电。
这种电力转换广泛应用于工业生产、交通运输等领域。
3.2 电能控制和调节电力电子器件可以控制和调节电能的大小、频率和波形，实现对电力系统的稳定运行和优化控制。
例如，调整电源的输出电压、调整电机的转速等。
3.3 新能源应用随着新能源的快速发展，电力电子器件在太阳能、风能等新能源设备中的应用越来越广泛。
《电力电子开关器件》课件
结论和要点
1 关键要点
电力电子开关器件是电能调节和转换的关键组件，主要有功率MOSFET、IGBT以及功率 管和二极管模块。
2 应用广泛
这些器件在电源、电动工具、太阳能逆变器、电机驱动、电网逆变等领域中得到广泛应 用。
3 未来发展
随着电力需求和可再生能源的增长，电力电子器件市场将持续增长。
应用：电机驱动、电网逆变、工业电
源
3
功率管和二极管模块
特性：高压大功率 应和未来发展
市场增长
电力电子器件市场持续增长， 驱动力有电动汽车、可再生能 源和智能电网等领域。
新兴技术
新的电力电子技术如碳化硅和 氮化镓器件能提供更高的效率 和功率密度。
未来发展
IG BT
结合了BJT和MOSFET的优点，是常用的高压大功率开关器件，适用于电机驱动、电网逆变 等领域。
功率管和二极管模块
结构简单、工作可靠的一体化模块，常用于高压高功率应用。
特性和应用
1
功率MOSFET
特性：高频开关、低导通压降
IG BT
2
应用：电源、电动工具、太阳能逆变 器
特性：高压耐受、大功率开关
电力电子开关器件
本课件介绍电力电子开关器件的定义、主要分类和特性应用。同时探讨市场 趋势和未来发展，提供结论和要点。
什么是电力电子开关器件
1 定义
电力电子开关器件是控制电力转换的关键组件，用于实现电能的调节和转换。
主要分类
功率MOSFET
具有高开关速度和低导通压降的功率器件，广泛应用于交流-直流和直流-交流转换。
什么是电子电路中的电子开关管它们有什么特点
什么是电子电路中的电子开关管它们有什么特点电子电路中的电子开关及其特点电子开关是电子电路中的一种重要元件，它能够在不同的条件下对电路的通断进行控制。
在电子开关的作用下，电路可以实现信号的调控、电路的保护和功率的控制等功能。
本文将介绍电子开关的概念、分类以及特点。
一、电子开关的概念电子开关是指能够在开与闭之间切换的电子元件。
它可以通过外部的输入信号控制电路的通断，从而实现对信号的处理、保护和控制。
在电子开关中，一般采用半导体材料（如晶体管、场效应管）或真空管等作为开关元件，通过改变开关的工作状态来控制电流或电压的通断。
二、电子开关的分类根据工作原理和结构特点，电子开关可以分为以下几类：1. 晶体管开关：晶体管开关是指利用晶体管作为开关元件的电子开关。
它具有开关速度快、功耗低等特点，广泛应用于数字电路、模拟电路以及功率电子等领域。
2. MOSFET开关：MOSFET开关是指利用金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）作为开关元件的电子开关。
它具有低功耗、高效率和高速度等特点，广泛应用于功率放大、电源管理以及驱动电路等领域。
3. IGBT开关：IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）开关是一种结合了晶体管和场效应管优点的电子开关。
它具有低开关损耗、高功率和高频率特性，广泛应用于通信电源、变频器以及家电控制等领域。
4. 电子继电器：电子继电器是一种利用半导体器件作为开关元件的电子开关。
它具有体积小、寿命长、响应速度快等特点，广泛应用于自动控制、电力电子以及工业自动化等领域。
三、电子开关的特点电子开关相较于机械式开关具有以下几个特点：1. 快速切换：电子开关的切换速度非常快，可以在微秒乃至纳秒的时间内完成通断操作。
这使得电子开关适用于高速信号处理和控制系统。
2. 小型化：由于电子开关采用半导体器件或真空管作为开关元件，具有体积小、重量轻的特点，可以实现电路的集成化和小型化。
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2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
■二极管的基本原理——PN结的单向导电性 ◆当PN结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上则 形这成就自是PPN区结流的入正而向从导N区通流状出态的。电流，称为正向电流IF， ◆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，被称为反向截 止状态。
☞电力二极管并不能立即关断，而是须经 过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力， 进入截止状态。
☞在关断之前有较大的反向电流出现，并 伴随有明显的反向电压过冲。
☞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： tf /td，或称恢复系 数，
烟台—晶闸管
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理 2.3.2 晶闸管的基本特性 2.3.3 晶闸管的主要参数 2.3.4 晶闸管的派生器件
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2.3 半控器件—晶闸管·引言
■晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器 （Silicon Controlled Rectifier——SCR），以前被简称为可控硅。 ■1956年 贝尔实验室（Bell Laboratories）发明了晶闸管，到 1957年 通用电气公司（General Electric）开发出了世界上第一只 晶闸管产品，并于1958年使其商业化。 ■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仍然具有比较重要的地 位。
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2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
■晶闸管的工作原理 ◆按照晶体管工作原理，
电力电子开关器件特性介绍PPT237页
电力电子开关器件特性介绍
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
电子元件的开关特性(康华光)
这时场效应管D 、S端相当于: +
一个断开的开关。
uGS
g ig
uDS s-
[2]可变电阻状态
-
判断： UGS 足够大(如:UGS ＝UCC) 特点: UDS≈0 这时场效应管D 、S端相当于:
一个接通的开关。
RD
+
uCC -
（1-15）
[3]恒流状态(放大状态)
判断: UGS ＞UT , UDS ≥uGS-UT
（1-8）
(3) 放大状态
特点： IC=IB , 且 IC = IB
这时三极管C 、 E端相当于: 一个受电流控制的恒流源。 判断是否放大的方法： 先判断是否截止？
IC
RC
C
IB
B
UCE
RB
UBE E
EC
EB
IE
再判断是否饱和？
若既不是截止，也不是饱和，那就是放大。
或：UC＞ UB ＞ UE 则三极管处在放大状态。
第三章 逻辑门电路
电子元件的开关特性 重点： 1.掌握二极管、三极管、场效应管的开关特性； 2.学会判断二极管、三极管、场效应管的工作状态。
§3.0 常用半导体器件的开关特性
数字电路中常用的半导体器件有：二极管、三极管、 场效应管等。这些器件在数字电路中只有两种工作状态：开 通(导通)、关断(截止)，即开关作用。
例1 判断下面MOS管的工作状态。
+5V
R d
g
0V 导通
+5V
s
g
0V
+5V
R d
0V 截止
s
d
g
+5V 截止
+5V
s
电力电子开关器件特性介绍
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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
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
简要概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题
介绍各种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的一些问题
3
■
1.1 电力电子器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ概述
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 1.1.2 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
器件开关频率较高时，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
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1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
1.1.2 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
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通或断，来完成整个系统的功能
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1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
有的电力电子系统中，还需要有检测电路。广义上往往其 和驱动电路等主电路之外的电路都归为控制电路，从而粗 略地说电力电子系统是由主电路和控制电路组成的。 主电路中的电压和电流一般都较大，而控制电路的元器件 只能承受较小的电压和电流，因此在主电路和控制电路连 接的路径上，如驱动电路与主电路的连接处，或者驱动电 路与控制信号的连接处，以及主电路与检测电路的连接处， 一般需要进行电气隔离，而通过其它手段如光、磁等来传 递信号。
电力电子开关
1【开关电源】开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。
随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。
目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
主要类型：现代开关电源有两种：一种是直流开关电源（DC/DC）；另一种是交流开关电源(AC/DC)。
发展方向：开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域。
开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET、变压器。
工作条件:1、开关：电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态2、高频：电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流主要特点1、体积小、重量轻：由于没有工频变压器，所以体积和重量只有线性电源的20～30%。
2、功耗小、效率高：功率晶体管工作在开关状态，所以晶体管上的功耗小，转化效率高，一般为60～70%，而线性电电源只有30～40%。
3、稳压范围宽：从开关稳压电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿。
4、滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。
开关电源中的主要电磁干扰源开关电源中的电磁干扰源主要有开关器件、二极管和非线性无源元件；在开关电源中，印制板布线不当也会引起电磁干扰。
2【变频器】变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等组成。
变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。
电力电子器件特性介绍及对比
9.输入阻抗高；
10.在保持高开关频率同时，耐压和通流能力还能进一步提高；
伏安特性
正向特性
反向特性
输出特性（共射接法）
截止区
放大区
饱和区
工作于截止区和饱和区，但开关时要经过放大区
输出特性（漏极伏安特性）
截止区
饱和区：UDS增加时ID不再增加
非饱和区：UDS增加时ID相应增加
工作于截止区和非饱和区
输出特性（伏安特性）
正向阻断区
有源区
饱和区
工作于正向阻断区和饱和区
电压定额
1.断态重复峰值电压
GTO能够通过门极关断：
(1)设计时使a2较大，可使晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断；
(2)导通时饱和不深，a1+a2更接近于1，有利于门极控制关断；
(3)多元集成结构使GTO单元阴极面积很小，门阴极间距离大为缩短，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流，导通时饱和程度较浅
一次击穿（雪崩击穿）：只要限制电流就不会损坏，工作特性不变
2.反向重复峰值电压
3.额定电压
电压定额
1.断态重复峰值电压
2.反向重复峰值电压
3.额定电压
电压定额
1.最高工作电压< BUceo
BUcbo>BUcex>BUces>BUcer>BUceo
电压定额
1.开启电压
2.漏极电压
3.栅源电压
电压定额
1.最大集射极间电圧Uces
电流定额
1.通态平均电流（额定电流）
uds增加时id相应增加工作于截止区和非饱和区输出特性伏安特性正向阻断区有源区饱和区工作于正向阻断区和饱和区电压定额额定电压电压定额额定电压电压定额最高工作电压buceobucbobucexbucesbucerbuceo电压定额栅源电压电压定额最大集射极间电圧uces电流定额浪涌电流电流定额最大可关断阳极电流gto额定电流电流关断增益off电流定额集电极最大允许电流电流定额漏极脉冲电流幅值电流定额最大集电极电流额定直流电流ic1ms脉宽最大电流icp动态参数关断时间反向阻断恢复时间正向阻断恢复时间通态电流临界上升率didt动态参数通态电流临界上升率didt动态参数关断时间储存时间下降时间动态参数关断时间关断延时时间下降时间动态参数开通时间开通延迟时间电流上升时间电压下降时间关断时间关断延迟时间电压上升时间电流下降时间电流放大倍数icib直流电流增益hfe集电极最大允许耗散功率gfsdiddugs最大集电极功耗pcm极间电容
第1章 电力电子器件概述54332 113页PPT文档
在主电路
和控制电
路中附加
控
制
控制电路
电
检测 电路
保护 电路
V1 LR
一些电路， 以保证电 力电子器 件和整个 系统正常 可靠运行
路
驱动 电路
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
7
1.1.3 电力电子器件的分类
按器件受控程度可分为以下三类：
半控型器件（Thyristor） ——通过控制信号可以控制其导通而不
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）
4
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
3）同处理信息的电子器件相比的一般特征： 处理电功率的能力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。
2V
uF
电流上升率越大，UFP越高 。
0
tfr
t
图1-5(b)开通过程
18
1.2.3 电力二极管的主要参数
1) 正向平均电流IF(AV)
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。
A
G
KK
A A
G
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K
K G
A
a)
b)
c)
图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
电力电子第二章器件特性
off
IA 2 I G (1 2 ) 1
电
力
电
子
技
术
2.5.1 基本结构和工作原理
βoff定义为GTO的电流关断增益。若βoff太大， 则GTO处于深度饱和，不能用门极抽取电流 A 的方法来关断。因此在允许范围内，要求 A α1+α2尽可能接近1，且α2要大。 导通过程 : 与普通晶闸管一样，只是导通时 IA P1 P1 PNP 饱和程度较浅。 V1 N1 N N Ic2 1 1 关断过程： I c1 G IG Ib2 P2 P2 G 强烈正反馈—门极加负脉冲即从门极抽出电 V2 P2 NPN 流，则Ib2减小，使IK和Ic2减小，Ic2 的减小又 N2 S N2 使IA和Ic1减小，又进一步减小V2的基极电流 IK EG 当 IA 和 IK 的减小使 1+2<1 时，器件退出饱 K K 和而关断 多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过 a) b) 程快，承受di/dt能力强
ib 90%Ib1 10%Ib1 0 Ib2 ton ic 90%Ics 10%Ics 0 td tr Ics ts toff tf Ib1
t
t0 t1
t2
t3
t4
t5
t
图1-17 关断时间toff=储存时间 ts+下降时间tf
ts是用来除去饱和导通时储存在基区的载流子的，是关断 时间的主要部分。 GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多
电
力
电
子
技
功率开关器件介绍
功率开关器件介绍晶体管是一种通过控制电流流动情况来切换电路的半导体器件。
它有不同的类型，包括双极性晶体管（BJT）、场效应晶体管（FET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。
BJT是一种三层结构的晶体管，它具有放大和开关功能。
FET则是一种基于电场效应的晶体管，可以分为金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）和结型场效应晶体管（JFET）。
IGBT是一种将BJT和MOSFET的优势结合在一起的功率开关器件，适用于高功率和高电流应用。
晶体管的一个重要特性是它的开关速度。
BJT的开关速度较慢，FET的开关速度较快，而IGBT的开关速度介于两者之间。
在一些需要快速控制电流的应用中，如电力变换器和驱动器，FET和IGBT常常被使用。
而在一些对开关速度要求不高的应用中，如音频放大器，BJT可作为开关器件使用。
主动器件是一类能够主动控制电流和电压的器件，它具有较低的开关损耗和较高的开关速度。
其中，开关二极管和晶闸管是最常见的主动器件。
开关二极管是一种可以在正向和反向条件下切换的二极管。
当它工作在正向偏置时，它具有低导通电阻，可以快速导通电流。
而在反向偏置时，开关二极管则具有较高的反向阻力，可以阻止电流通过。
开关二极管适用于需要频繁开关的应用，如交流电能转换、逆变器和电源开关等。
晶闸管是一种可以通过控制电流来开关电路的双稳态器件。
当晶闸管的阳极电流达到一定电流（称为触发电流）或阳极电压达到一定电压（称为触发电压）时，它会进入导通状态。
在导通状态下，晶闸管的三个层分别称为发射区、中间区和外继结。
晶闸管具有较高的开关速度和较低的开关损耗，但它需要外部电压或电流触发才能开关。
总结起来，功率开关器件是电力电子领域不可或缺的关键器件。
晶体管具有更广泛的应用范围和更高的可靠性，可用于高速开关和放大功能。
而主动器件则具有较低的开关损耗和较高的开关速度，适合用于需要频繁开关的应用。
通过选择适当的功率开关器件，可以实现高效的电能转换，提高电子设备的性能和可靠性。