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。
电力电子技术2.1-2.2
5）保护电路：用于保证电力电子器件和整个电力电子系 统正常可靠工作。 因为主电路中有电压和电流的冲击，而电力电子器 件一般比主电路中的普通器件昂贵，但承受过电压和过 电流的能力却要差一些，所以保护电路的存在是非常必 要的。 6）电气隔离：将主电路和控制电路等进行安全隔离，而 通过光、磁等来传递信号。 因为主电路中电流和电压较大，而控制电路中的元 器件只能承受较小的电压和电流，因此在主电路和控制 电路连接的路径上需要进行电气隔离。例如：驱动电路 与主电路的连接处、与控制信号的连接处，主电路与检 测电路的连接处。
④PN结的电容效应 PN结的电荷量随外加电压的变化而变化，呈现电容效应，称 为结电容CJ，又称为微分电容。 结电容按其产生的机制和作用的差别分为以下两类： A—势垒电容CB： 它只在外加电压变化时才起作用，外加电压频率越高，其作 用越明显。 它的大小与PN结的截面积成正比，与阻挡层厚度成反比。 B—扩散电容CD： 它仅在正向偏置时起作用。 在正向偏置时，当正向电压较低时，势垒电容为结电容的主 要成份，正向电压较高时，扩散电容为结电容的主要成份。 注意：结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开关的状态 下，可使其单向导电性变差，甚至不能工作，应用时要注意。
4 电力电子器件的分类
（1）按照器件的开关控制特性分类：分为三类 ①不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功能，而是需要根据 电路条件决定其导通、关断状态的器件称为不可控器件。 如：电力二极管。 ②半控型器件：通过控制信号只能控制其导通，不能控制其关断的 电力电子器件称为半控型器件。 如：晶闸管及其大部分派生器件。 ③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的器 件，称为全控型器件。 如：门极可关断晶闸管（GTO）、功率晶体管GTR、功率场效应晶 体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。
电力电子器件
晶闸管为数十微秒，而高频晶闸管则为10s左右。
◆高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。
◆由于工作频率较高，选择快速晶闸管和高频晶闸管的 通态平均电流时不能忽略其开关损耗的发热效应。
2.3.4 晶闸管的派生器件
I
■双向晶闸管（Triode AC
2.3.3 晶闸管的主要参数
■电压定额 ◆断态重复峰值电压UDRM ☞是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器 件上的正向峰值电压。 ☞国标规定断态重复峰值电压UDRM为断态不重复峰值 电压（即断态最大瞬时电压）UDSM的90%。 ☞断态不重复峰值电压应低于正向转折电压Ubo。 ◆反向重复峰值电压URRM ☞是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器 件上的反向峰值电压。 ☞规定反向重复峰值电压URRM为反向不重复峰值电压 （即反向最大瞬态电压）URSM的90%。 ☞反向不重复峰值电压应低于反向击穿电压。
电子器件
2.6 功率集成电路与集成电力电子模块
■基本概念 ◆ 20世纪80年代中后期开始，模块化趋势，将多
个器件封装在一个模块中，称为功率模块。 ◆可缩小装置体积，降低成本，提高可靠性。 ◆对工作频率高的电路，可大大减小线路电感，
从而简化对保护和缓冲电路的要求。 ◆将器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自
时间短、高温特性好、额 定结温高等优点，可用于 不需要阻断反向电压的电 路中。
K G
A
I O
IG=0 U
a)
b)
图2-12 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
2.3.4 晶闸管的派生器件
■光控晶闸管（Light
电力电子器件
习题3.101.电力电子器件一般工作在开关状态，通常情况下，电力电子器件功率损耗为当器件开关频率较高时，功率损耗主要为开关损耗。
2.二极管英文名字缩写（TVS），二极管电气符号为。
3.电力二极管主要类型：、、。
3.131.晶闸管英文名字缩写为：。
2.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 I H。
3.晶闸管基本工作特性的概括为正向触发刚导通，反向截止。
3.201.晶闸管：。
门极自关断晶闸管：。
电力晶闸管。
2.GTO的多元集成，多元集成，多元的功率集成结构是为了便于实现萌及控制关断而设计。
3.功率晶体管GTR从高压小电流向低电压大电流跃变现象：。
4.GTR共发射极接法时输出特性中的三个区域：，，。
5.GTR电气符号中：b是极。
c是极。
e是极。
3.271.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR的共发射极接法时输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者截至区对应后者，前者饱和区对应后者，前者非饱和区对应后者。
2.电力MOSFET的电气符号中，G是极，D 极，S 极。
3.电力MOSFET通态电阻具有温度系数。
4.晶闸管；门级的关断晶闸管：；电力晶体管：；绝缘栅双型晶体管：。
电力场效应管晶体管。
4.31.在如下电力电子器件中SCR，GTO，IGBT，MOSFET中，按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电情况，属于双极型器件是；属于单极型器件；属于复合型器件的是；属于电压驱动的是；电流驱动型全控器件。
2.晶闸管的电气图形符号：。
3.门级的关断晶闸管电气图形符：。
4.电气晶体管电气图形符号：。
5.电力场效应晶体管电器图形符号：。
6.绝缘栅双极型晶体管电气图形符号：。
7.如图中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，电流最大值为I m，试计算波形的电流平均值I d与电流有效值I L，如果考虑安全裕量为a。
应选择额定电流为多大的晶闸管?1.单项桥式全控整流电路，带电阻负载时，其a角的移相范围：带阻感负载时，a角的移相范围：。
电力电子器件
电力电子器件
电力电子器件是用于电力变换和开关领域的电子器件。
它可按下列不同方式分类:
1.按控制方式分
不可控型:整流二极管、快速整流二极管等;
半可控刑:普通晶阐管，快速晶闸管，双向晶闸管，逆导品闸管，光控晶闸管等:
全控型:双极结型晶体管(GTR)，门极关断(GTO)晶闸管，电力场效应晶体管(MOSFET)，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。
2.按内部芯片结构分
整流二极管最简单，仅为一对PN结:
各种品体管为PNP或NPN方式;
各种晶闸管为PNPN结。
3.按器件的通断控制方式分
各种品闸管均为脉冲触发实现导通或关新(GTO)，在导通或关断期间无需施加控制脉冲;各种品体管型电力电子器件均为电平型控制，控制电平存在时导通，控制电平消失时即关断。
4.按外形结构型式分
螺栓形:整流二极管(300A以下)，晶闸管(500A以下);
平板形:可有凹台和凸台两种型式，可与散热器双面接触(双面冷却)，用于200A以上的大电流器件;
模块封装形:将整流管、晶闸管、IGBT等分立器件按臂对、单相桥式、
三相桥式、三相半桥、三相交流开关等整流电路联结方式压制在一个模块内。
它具有体积小、重量轻、结构紧凑、连接方便的特点，且总体价格低。
标准的模块型器件的电联结方式见表3-1。
智能功率模块:将电力电子器件与其驱动电路、保护电路集中压装在一个模块内，且具有与控制系统的低电平信号接口，便于电力电子设备制造厂的整机设计、开发和制造，如三菱公司的IGBT智能功率模块;ABB公司的集成门极换向晶闸管(IGCT)模块。
第1章电力电子器件
电源电压反向后，从正向电流降为零起到能重新
施加正向电压为止定义为器件的电路换向关断时
间toff。反向阻断恢复时间trr与正向阻断恢复时间 tgr之和。
toff=trr+tgr
1.2.4 晶闸管的主要参数
1、额定电压UTn
（1）正向重复峰值电压UDRM 在控制极断路和正向阻断条件下，可重复加在晶闸管两端 的 正 向峰值 电 压 。 规 定 此电压 为 正向不 重 复峰值 电 压 UDSM的80%。 在控制极断路时，以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压。 此电压取反向不重复峰值电压URSM的80%。
GTO处于临界饱和状态。这为门极负脉冲关断阳
极电流提供有利条件。
（2）关断过程
当GTO已处于导通状态时，对门极加负的关断脉冲，形 成－IG ，相当于将IC1 的电流抽出，使晶体管N1P2N2 的基 极电流减小，使IC2 和IK 随之减小，IC2 减小又使IA 和IC1 减 小，这是一个正反馈过程。当IC2和IC1的减小使α1+α2<1时， 等效晶体管N1P2N2 和P1N1P2 退出饱和，GTO不满足维持 导通条件，阳极电流下降到零而关断。
1.1 功率二极管
1.1.1 功率二极管的结构和工作原理 1、功率二极管的结构
2、功率二极管的工作原理
由于PN结具有单向导电性，所以二极管是一个正方向单 向导电、反方向阻断的电力电子器件。
1.1.2 功率二极管的伏安特性
ID
U R0 U RSMU RRM
0
I RR I RS
UD
I dD
1.1.3 功率二极管的主要参数
倍的安全裕量。
3、维持电流IH
电力电子器件
电力电子器件电力电子器件是电力系统中的重要组成部分，它们在电能转换、调节和控制等方面发挥着关键作用。
本文将介绍电力电子器件的分类、工作原理以及在电力系统中的应用。
一、分类根据其功能和特性，电力电子器件可以分为不同类型。
常见的电力电子器件主要包括晶闸管、可控硅、晶闸二极管、IGBT、MOSFET等。
这些器件具有不同的工作原理和特性，适用于不同的电力应用。
二、工作原理1. 晶闸管：晶闸管是一种具有双向导通能力的半导体器件。
它由四个不同极性的层连接而成，通过控制极的激励信号，可以控制晶闸管的导通和截止状态，实现电流的控制和转换。
2. 可控硅：可控硅是一种双向可控的半导体开关。
它可以通过加在控制极上的电流脉冲或电压来控制其导通和截止状态，用于实现交流电的调节和控制。
3. 晶闸二极管：晶闸二极管是一种具有可控导通特性的二极管。
它与普通二极管相比，在导通状态下具有较低的压降和较高的导通电流能力，可以用于实现电流的控制和反向电压的保护。
4. IGBT：IGBT是绝缘栅双极型晶体管的简称。
它结合了晶闸管和MOSFET的优点，既能承受高电压，又具有低导通压降和高开关速度的特性，广泛应用于电力电子和工业控制领域。
5. MOSFET：MOSFET是一种常用的场效应管。
它具有高输入阻抗、低开关损耗和快速响应速度等优点，适用于低功率应用和高频切换。
三、应用电力电子器件在电力系统中的应用广泛。
以下是几个常见的应用领域：1. 逆变器：电力电子器件可以将直流电转换为交流电，实现电能的逆变。
这在再生能源发电系统中尤为重要，可以将太阳能电池板或风力发电机输出的直流电转换为交流电，供电给家庭或工业用电。
2. 变频器：电力电子器件的调节特性使其非常适合用于变频器。
变频器可以根据需要调整电机的转速和运行模式，实现对电机的精确控制，广泛应用于工业和交通领域。
3. 电能质量改善器：电力电子器件可以修复和改善电力系统中的电能质量问题，如电压波动、谐波污染等。
电力电子器件及电力二极管
在开关电路中，电力二极管作为开关元件，可以通过控制其导通和截止状态来控 制电流的通断，广泛应用于大功率开关设备中，如电机控制器、逆变器等。
保护电路中的应用
总结词
电力二极管在保护电路中起到过压保护、过流保护等作用，保障电子设备和系统的安全运行。
详细描述
在保护电路中，电力二极管具有快速响应和单向导电性等特点，可以用于过压保护、过流保护等，防 止电子设备和系统因过压、过流而损坏。同时，电力二极管还可以用于吸收电路中的浪涌电压和电流 ，提高系统的稳定性和可靠性。
解决方案包括优化器件结构和散热设计，采用先进的散热材料和技术等。
02 03
可靠性
电力电子器件在高电压、大电流环境下工作，对其可靠性的要求极高。 解决方案包括加强器件的材料、工艺和制造过程的质量控制，以及采用 寿命预测和健康管理技术等。
能效
提高电力电子器件的能效是当前的一个重要挑战。解决方案包括优化电 路拓扑和控制策略，采用新型的半导体材料和器件结构等。
电动汽车
电动汽车市场的快速发展为电力电子器件提供了新的应用场景。同时，电动汽车对电力电 子器件的能效、可靠性和集成化程度提出了更高的要求，需要加强相关技术的研发和应用 。
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电力电子器件及电力 二极管
目 录
• 电力电子器件概述 • 电力二极管基础 • 电力二极管的应用 • 电力二极管的选择与使用 • 新型电力电子器件介绍 • 电力电子器件的发展前景与挑战
01
电力电子器件概述
定义Байду номын сангаас分类
定义
电力电子器件是用于转换、控制 和利用电能的电子器件，主要用 于电力系统的控制和调节。
电力电子知识点总结
电力电子知识点总结一、电力电子的基本原理电力电子是运用半导体器件实现电能的变换、控制和调节的技术领域。
在电力电子领域中最常用的器件是晶闸管、可控硅、晶闸管二极管、IGBT等。
它们通过对电压和电流的控制，实现将电能从一种形式转换为另一种形式。
电力电子的基本原理可以分为电力电子器件、电力电子电路和电力电子系统三个方面。
1. 电力电子器件电力电子器件是实现电力电子技术的基础。
常见的电力电子器件有晶闸管、可控硅、三端闭管、IGBT等，在电力电子中起着至关重要的作用。
晶闸管是一种四层结构的半导体器件，能够控制电流的导通和截止，实现电能的控制和调节。
可控硅是一种三端器件，具有双向导通特性，广泛应用于交流电路中。
IGBT集结了MOS管和双极型晶体管的优点，具有高开关速度、低导通压降等特点，是目前应用范围最广泛的功率器件之一。
2. 电力电子电路电力电子电路是利用电力电子器件构成的电路，实现对电能的控制和调节。
常见的电力电子电路包括整流电路、逆变电路、斩波电路等。
整流电路能够将交流电转换为直流电，逆变电路能够将直流电转换为交流电，斩波电路能够实现对电压和频率的调节。
这些电路在各种电力电子设备中得到了广泛应用，如变频调速器、逆变焊接电源等。
3. 电力电子系统电力电子系统是由多个电力电子电路组成的系统，实现对电能的复杂控制和转换。
常见的电力电子系统包括交流电调压系统、柔性直流输电系统、电能质量调节系统等。
这些系统在能源转换、传输和利用方面发挥着关键作用，是现代电力系统中不可或缺的一部分。
二、电力电子的常见器件和应用电力电子领域中常见的器件有晶闸管、可控硅、IGBT等。
而在现代工业中，电力电子技术得到了广泛的应用，如变频调速器、逆变焊接电源、电动汽车充电设备等。
1. 变频调速器变频调速器是一种能够实现电机转速调节的设备，它利用电力电子技术对电机供电进行控制，实现对电机转速的调节。
通过变频调速器，可以实现电机的恒流恒功率调节，使得电动汽车、电梯、风力发电机等设备具有更加灵活和高效的性能。
第二章电力电子器件
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2.1 电力电子器件概述
电力电子器件的使用特点 从使用角度出发，主要可从以下五个方面考察电力电子器件的性能特点。 (1)导通压降。电力电子器件工作在饱和导通状态时仍产生一定的管耗，管耗 与器件导通压降成正比。 (2)运行频率。受到开关损耗和系统控制分辨率的限制，器件的开关时间越短， 器件可运行的频率越高。 (3)器件容量。器件容量包括输出功率、电压及电流等级、功率损耗等参数。 (4)耐冲击能力。这主要是指器件短时间内承受过电流的能力。半控型器件的 耐冲击能力远高于全控型器件。 (5)可靠性。这主要是指器件防止误导通的能力。
普通二极管(Conventional Diode)又称整流二极管(Rectifier Diode)， 多用于开关频率不高(1kHz以下)的整流电路中 2. 快速恢复二极管
恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短(一般在5ms以下)的二极管被称 为快速恢复二极管(Fast Recovery Diode，FRD)，简称快速二极管。 3. 肖特基势垒二极管
2.3 半控型器件—晶闸管及其派生器件
2. 晶闸管的工作原理 按图2.12所示电路 (1) 当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极承受何种电压，晶闸管都处
于关断状态。 (2) 当晶闸管承受正向阳极电压时，若门极不施加电压，晶闸管也处于关
断状态。即晶闸管具有正向阻断能力。 (3) 要使晶闸管由阻断变为导通，必须在晶闸管承受正向阳极电压时，同
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2.2 电力二极管
电力二极管的工作原理和基本特性
电力二极管的基本结构都是以半导体PN结为基础。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。图2.7所示为电力二极 管的外形、结构和电气图形符号。从外形上看，电力二极管主要有螺栓型和 平板型两种封装。
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运算放大器在实践中的运用
摘要：本文主要介绍了运算放大器的基本工作原理以及运放在生活中的一些简单应用，去了解一下小小的运算放大器给我们的生活带来了什么。
其中，原理内容涉及到了运算放大器的基本组成，原理与常见模型的一些特性，然后阐述了有关运放的一些简单应用。
关键词：电路理论，运算放大器原理，理想运放，运放的原理应用。
1 运算放大器的原理
运算放大器是目前应用最广泛的一种多端元器件，虽然各种不同的运放结构不同，但对于外部电路而言，其特性都是一样的，运放内部包含许多晶体管的集成电路。
一般放大器的作用是把输入电压放大一定倍数后在输送出去，其输出电压与输入电压之比称为电压放大倍数或电压增益。
用房是一种高增益（可达几万倍甚至更高）、高输入电阻、低输出电阻的放大器。
由于他能完成加法、微分、积分等数学运算而被称为运算放大器，然而它的应用远远超出上述范围。
运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。
其中输入级一般是采用差动放大电路（抑制电源），中间级一般采用有源负载的共射负载电路（提高放大倍数），输出级一般采用互补对称输出级电路（提高电路驱动负载的能力）。
工业上，用来衡量一个运算放大器的性能的指标有很多，一般认为实际运算放大器越接近理想运放就越好，课堂上我们涉及到的只是要求输入端等效电阻无穷大，开环增益无穷大，其实还有很多其他的指标，运算放大器的性能指标包括5个，(1).开环差模电压放大倍数，(2).最大输出电压，(3).差模输入电阻，(4).输出电阻，(5).共模抑制比CMRR。
（开环差模放大倍数是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。
最大输出电压是指它是指一定电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰--峰值。
差模输入电阻的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号源索取电流的大小。
要求它愈大愈好。
输出电阻的大小反映了集成运放在小信号输出时的负载能力。
共模抑制比放映了集成运放对共模输入信号的抑制能力，其定义同差动放大电路。
CMRR越大越好。
）运算放大器（Operational Amplifier）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出的高增益电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。
一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。
最基本的运算放大器如图1-1，一个运算放大器模组一般包括一个负输入端a、一个正输入端b和一个输出端o。
通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端连接，形成一负反馈组态。
原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。
但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈，相反地，在很多需要产生震荡讯号的系统中，正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。
开环回路运算放大器如图1-2。
当一个理想运算放大器采用开回路的方式工作时，其输出与输入电压的关系式如下：
Vout = ( V+ - V- ) * A
其中A代表运算放大器的开环回路差动增益,由于运算放大器的开环回路增益非
常高，因此就算输入端的差动讯号很小，仍然会让输出讯号饱和，导致非线性的失真出现。
因此运算放大器很少以开环回路出现在电路系统中，少数的例外是用运算放大器做比较器，比较器的输出通常为逻辑准位元的「0」与「1」。
闭环负反馈
将运算放大器的反向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在负反馈组态的状况，此时通常可以将电路简单地称为闭环放大器。
闭环放大器依据输入讯号进入放大器的端点，又可分为反相放大器与非反相放大器两种。
反相闭环放大器如图1-3。
假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器，则因为其开环增益为无限大，所以运算放大器的两输入端为虚接地，其输出与输入电压的关系式如下：
Vout = -(Rf / Rin) * Vin
闭环正回馈
将运算放大器的正向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在正回馈的状况，由于正回馈组态工作于一极不稳定的状态，多应用于需要产生震荡讯号的应用中。
2 运算放大器的应用
这里只谈理想运放的应用，实际运放可以近似看作是理想运放。
运算放大器的应用很广泛，这里我们只谈谈由运算放大器加上其他一些集中性元件组成的运算电路。
运算电路的应用相对其他而言更加广泛，而且理解起来方便一些。
运算电路包括比例电路，和差电路，积分微分电路，对数和指数运算电路。
1．比例电路：
所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。
2．和差电路：
和差电路也是一种运用比较广泛的电路，这里就举三个电路：反向求和电路，同向求和电路，和差电路。
3．积分和微分电路：
以上用到的元件基本上都是电阻元件，如果其中端的电阻换成电容，那么结果就会变成积分电路和微分电路。
微分电路与积分电路的区别只是电阻和电容位置互换。
微分是积分的逆运算，它的输出电压与输入电压呈微分关系
4．对数和指数运算电路：
对数电路使用了二极管，二极管最重要的特性就是单方向导电性。
在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出，正是利用这个特性而实现了对数和指数电路。
（1）对数运算电路：
对数运算电路输出电压与输入电压呈对数函数。
我们把反相比例电路图1-3中反馈电阻Rf用二极管代替即组成了对数运算电路。
其实也可以用三极管代替二极管，原理是一样的，除了要多连接一条线路。
（2）指数运算电路：
指数运算电路与对数运算电路差别仅仅只是把二极管和电阻互相位置，指数运算电路是
对数运算的逆运算,将指数运算电路的二极管(三级管)与电阻R对换即可。
利用对数和指数运算以及比例，和差运算电路，可组成乘法或除法运算电路和其它非线性运算电路。
参考资料：
1.《运算放大器原理与应用》作者：蔡锦福出版社：科学出版社
2.《基本电路理论》主编：王蔼出版社：上海科学技术文献出版社
3. 《电路基础》上海交通大学
4《电路》第五版原著邱关源.。