电力电子技术第二章 电力电子器件概述资料PPT课件
电力电子技术概述PPT课件
电力电子技术概述PPT课件•电力电子技术基本概念•电力电子器件•电力电子变换技术•电力电子系统分析与设计•典型应用案例剖析•发展趋势与挑战01电力电子技术基本概念它涉及到电力、电子、控制等多个领域，是现代电力工业的重要组成部分。
电力电子技术的核心是对电能进行高效、可靠、可控的转换，以满足各种用电设备的需求。
电力电子技术是一门研究利用半导体器件对电能进行转换和控制的学科。
电力电子技术定义从早期的整流器、逆变器到现在的高频开关电源、智能电网等，电力电子技术经历了多个发展阶段。
发展历程目前，电力电子技术已经广泛应用于工业、交通、通信、家电等各个领域，成为现代社会不可或缺的一部分。
现状随着新能源、智能电网等技术的不断发展，电力电子技术的应用前景将更加广阔。
未来趋势发展历程及现状工业领域电机驱动、电力系统自动化、工业加热等。
电动汽车、高速铁路、航空航天等。
通信电源、数据中心、云计算等。
变频空调、LED照明、智能家居等。
随着新能源技术的不断发展，电力电子技术在太阳能、风能等领域的应用将更加广泛；同时，智能电网的建设也将为电力电子技术的发展提供新的机遇。
交通领域家电领域前景展望通信领域应用领域与前景02电力电子器件电力二极管（Power Diode）结构简单，工作可靠导通和关断不可控主要用于整流电路晶闸管（Thyristor）四层半导体结构，三个电极导通可控，关断不可控主要用于相控整流电路可关断晶闸管（GTO）通过门极负脉冲可使其关断关断时间较长，需要较大的关断电流主要用于大容量场合电力晶体管（GTR）电流驱动的双极型晶体管导通和关断可控，但驱动电路复杂主要用于中等容量场合电力场效应晶体管（Power MOSFET ）电压驱动的单极型晶体管导通电阻小，开关速度快01主要用于中小容量场合02绝缘栅双极型晶体管（IGBT）03结合了MOSFET和GTR的优点01电压驱动，大电流容量，快速开关02目前应用最广泛的电力电子器件之一03电力电子变换技术整流电路的作用整流电路的分类整流电路的工作原理整流电路的应用将交流电转换为直流电。
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
《电力电子器件概述》课件
主要器件分类和特点
基础器件
二极管、三极管和电 容器是电力电子器件 家族的基础，它们分 别具有导通和截止、 放大和切换、储能等 特点。
控制器件
可控硅、晶闸管和场 效应管能够在电路中 实现控制和变换电流 的功能，并具有方便 使用、可靠性高等特 点。
开关器件
IGBT和MOSFET是现代 电力电子技术中应用 最广泛的开关器件之 一，它们能够快速地 控制电流，拥有高速 度和低损耗的特点。
核电岛供电系统中的应用
核电岛是核电站中最关键的一部分，核 电岛供电系统中的电力电子器件起到了 重要作用，例如：可控硅直流电源、晶 闸管逆变器以及IGBT变频器等。
电力电子器件的发展历程与趋势
初创时期
重大进展
20世纪30年代初，电力电子器件 的初衷是用于照明和飞机无线电 通信设备，当时的器件非常原始。
快速器件
快恢复二极管和快速 开关器件是一类性能 优异、应用广泛的快 速器件，能够满足复 杂电路和高速电路的 需求。
器件工作原理与应用案例
1
输入输出特性与参数
2
电力电子器件一般具有输入端和输出端，
其特点表现在电路中的传导特性、阻抗
和输出功率等方面。
3
什么是电力电子器件？
电力电子器件是指能够在电力电路中实 现功率控制和转换的电气元件，是现代 电力电子技术的基础。
电力电子器件的作用
通过对电源电路的控制，电力电子器件实现了电力变换和供应的精确控制，同时能够提高电力系统的效率，减 少电力损耗。
- 电力电子器件的分类和应用领域
电力电子器件按照主要功能可以分为基础器件、控制器件、开关器件和快速器件四类，并应用于现代电力电子 技术的众多领域，如可再生能源、工业自动化、电动汽车等。
《电力电子技术》PPT 第2章
图2-12 射极接地NPN型晶体管的静特性
图2-13 射极接地型晶体管电路图
小型晶体管最主要功能是作为线性放大器来使用，而功率 晶体管的主要是用于开关，充分发挥其功耗小、无触点的 优点。 图2-15为双极型晶体管的开关动特性。该特性对其它器件如 MOSFET、IGBT、SCR、GTO均适用。因为，它们都要考 虑电荷蓄积时间造成开关时间滞后的问题，不同的元件只 是滞后时间大小不同而已。图中输入信号为基极电流，输 出波形是指集电极电流与时间的关系。
图2-22 IGBT兼有BJT和MOS的优点
由图2-24（a）的IGBT的等效电路可见，IGBT是 以BJT为主导元件、MOS为驱动元件的达林顿结 构器件。其电路图符号如图2-24（b）所示。
图2-22 IGBT等效电路
2.2.4 晶闸管 1 普通晶闸管
晶闸管是四层（PNPN）三端（AKG）器件。A是阳极， K为阴极，G为门极。它有三个PN结J1、J2、J3。在一 般情况下，由于器件存在着反向PN结，因而，无论是承 受正压还是反压，器件均不能导通。
下面再解释一下图2-8（c），如果在PN结上 加与图2-7相反极性的电压，则在结合面上电 位壁垒将大大提高，该结合面仿佛变成了一 个电容器，使得电流不可能再流通。当然， 严格的说，也有接近0的微安级漏电流流过， 此电流称为反向电流。
2.2.3 电力晶体管
电力晶体管根据产生主电流载流子不同分为双极 型和单极型两类。前者载流子为空穴和电子，后 者只是电子（或空穴）。 单极型晶体管是在控制极加上电压形成电场，进行 电流控制。这类晶体管又称场效应晶体管（field effect transistor）简称FET，在后面章节还要详述。
2.4 电力电子器件的模块化
模块是在单个元件基础上发展起来的新器件， 它是有若干个半导体芯片按不同的用途和目的 进行接线后，封装成一个块状整体。90年代已 经开始普及，除少数超大功率器件外，一般中 小功率器件均模块化。其优点是外部接线简单， 抗干扰能力增强。
(2024年)电力电子技术完整版全套PPT电子课件
实验报告撰写与答辩
讲解实验报告的撰写要求和答辩技巧 ，提高学生的综合素质和能力。
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08
电力电子技术应用案例
2024/3/26
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新能源发电系统中电力电子技术应用
光伏发电系统
最大功率点跟踪（MPPT ）技术、逆变器并网技术 、孤岛检测与保护技术等 。
2024/3/26
风力发电系统
变桨距控制技术、变速恒 频技术、直驱式永磁风力 发电技术等。
2024/3/26
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可控整流电路分析与应用
可控整流电路原理
可控整流电路通过控制触发角α的大小，实现对输出电压的调 节。
2024/3/26
可控整流电路应用
可控整流电路广泛应用于直流调速、电力拖动、电解、电镀 等领域。
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滤波电路原理与设计方法
滤波电路原理
滤波电路是利用电容、电感等元件对交流电的频率特性进行滤波，从而得到平 滑的直流电的电路。
高性能器件选择
选用高性能的功率器件和驱动电路，提高电路的工作频率和可靠性。例如，选用低导通电阻和低栅极电荷的 MOSFET可以降低电路的导通损耗和开关损耗；选用高耐压和高电流的IGBT可以提高电路的带负载能力等 。
系统优化与热设计
对系统进行全面的优化和热设计，确保电路在高负载、高温等恶劣环境下仍能稳定可靠地工作。例如，采用 合理的散热结构和风扇控制策略可以降低电路的工作温度；采用模块化设计可以提高电路的维修性和可扩展 性等。
2024/3/26
功率场效应晶体管（Power MOSFE…
阐述Power MOSFET和IGBT的结构、特点以及在电力电子电路中的 广泛应用。
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03
整流与滤波技术
2024/3/26
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。
电力电子技术概述 PPT课件
1.1 什么是电力电子技术
电力电子技术与控制理论的关系
1) 控制理论广泛用于电力电子技术，使电力电子装置和系统 的性能满足各种需求
2) 电力电子技术可看成“弱电控制强电”的技术，是“弱电 和强电的接口”，控制理论是实现该接口的强有力纽带
3) 控制理论和自动化技术密不可分，而电力电子装置是自动 化技术的基础元件和重要支撑技术
➢ 在变电所中，给操作系统提供可靠的交直流操作电 源，给蓄电池充电等都需要电力电子装置
1.3 电力电子技术的应用
4) 电子装置用电源
➢ 各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信 设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源， 现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需 的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电 源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由 于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了 线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电 源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。
➢ 电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和 驱动控制其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。 一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠 变频器和斩波器驱动并控制
➢ 飞机、船舶需要很多不同要求的电源，因此航空 和航海都离不开电力电子技术
➢ 如果把电梯也算做交通运输，那么它也需要电力 电子技术。以前的电梯大都采用直流调速系统， 而近年来交流变频调速已成为主流
1.3 电力电子技术的应用
➢ 传统的发电方式是火力发电、水力发电以及后来 兴起的核能发电。能源危机后，各种新能源、可 再生能源及新型发电方式越来越受到重视。其中 太阳能发电、风力发电的发展较快，燃料电池更 是备受关注。太阳能发电和风力发电受环境的制 约，发出的电力质量较差，常需要储能装置缓冲， 需要改善电能质量，这就需要电力电子技术。当
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目录
• 电力电子技术概述 • 电力电子器件 • 电力电子电路 • 电力电子技术的控制策略 • 电力电子技术的实验与仿真
01
电力电子技术概述
电力电子技术的定义与发展
定义
电力电子技术是一门研究利用半 导体器件对电能进行变换和控制 的科学。
发展历程
饱和压降等特性
05
广泛应用于电机控制、电源转
换等领域
06
03
电力电子电路
整流电路
整流电路的工作原理
介绍整流电路的基本工作原理，包括 半波整流、全波整流和桥式整流等。
整流电路的应用
列举整流电路在电力电子领域的应用 ，如电源供应器、电池充电器和电机 驱动器等。
整流电路的类型
详细阐述不同类型的整流电路，如单 相半波整流电路、单相全波整流电路 、三相半波整流电路和三相全波整流 电路等。
光调光器和电加热温度控制器等。
一般工业应用
01
02
03
电动机控制
利用电力电子技术实现对 电动机的启动、调速、制 动等控制，提高工业生产 效率。
电热控制
通过电力电子技术对电热 设备进行控制，实现精确 的温度控制和节能效果。
照明控制
利用电力电子技术研发的 照明控制系统，可实现对 照明设备的智能控制和节 能管理。
。
应用领域
适用于对控制精度要求不高、成 本敏感的场合，如某些电源管理
、电机驱动等。
优缺点分析
优点在于实现简单、成本低；缺 点在于控制精度低、易受干扰、
调试困难。
数字控制技术
原理与特点
基于数字电路和微处理器实现控制，具有控制精度高、灵活性好 、易于实现复杂控制算法等特点。
2024版《电力电子技术》PPT课件
电力电子技术的定义与发展01020304定义晶闸管时代可控硅时代现代电力电子时代用于高压直流输电、无功补偿、有源滤波等，提高电力系统的稳定性和效率。
用于电动汽车、电动自行车、电梯等电机驱动系统，实现高效、节能的电机控制。
用于太阳能、风能等新能源发电系统，实现能源的高效利用和转换。
用于自动化生产线、机器人等工业设备，实现设备的精确控制和高效运行。
电力系统电机驱动新能源工业自动化数字化与智能化随着计算机技术和人工智能的发展，电力电子技术将实现数字化和智能化，提高系统的自适应能力和智能化水平。
高频化与高效化随着半导体材料和器件的发展，电力电子技术将实现更高频率和更高效率的电能转换。
绿色化与环保化随着环保意识的提高，电力电子技术将更加注重绿色、环保的设计理念，降低能耗和减少对环境的影响。
工作原理特点应用整流电路、续流电路等工作原理通过门极触发导通，无法自行关断特点耐压高、电流大、开关速度快应用直流电机调速、交流调压等工作原理特点应用工作原理特点应用逆变器、斩波器、电机驱动等工作原理特点应用工作原理开关速度快、耐压高、电流大、热稳定性好应用逆变器、斩波器、电机驱动等高端应用领域特点VS整流电路的作用整流电路的分类整流电路的工作原理整流电路的应用整流电路逆变电路逆变电路的作用逆变电路的分类逆变电路的工作原理逆变电路的应用直流-直流变流电路直流-直流变流电路的作用直流-直流变流电路的分类直流-直流变流电路的工作原理直流-直流变流电路的应用交流-交流变流电路交流-交流变流电路的作用交流-交流变流电路的工作原理A B C D交流-交流变流电路的分类交流-交流变流电路的应用电机驱动照明控制加热与焊接030201一般工业应用交通运输应用电动汽车驱动轨道交通牵引航空电源电力系统应用高压直流输电柔性交流输电通过电力电子技术可实现高压直流输电，减少输电损耗和占地面积。
智能电网风能发电通过电力电子技术可实现风能发电系统的变速恒频控制和并网运行。
电力电子技术第二章
2．2．1 PN结原理
电
力
电
子
技
术
2．2．1 PN结原理
内电场
- - 。 。 。 - - 。 。 。 - - 。 。 。 - - 。 。 。 - - 。 。 。
P型区
-
+ + + + +
+ + + · · · + + + · · · + + + · · · + + + · · · + + + · · ·
P
N J
-
N
K
b) K c)
安徽省高等学校精品课程
电力电子技术
Power Electronics
合肥工业大学电气与自动化工程学院 张兴
电
力
电
子
技
术
第2章 电力电子器件及应用
1 电力电子器件的特点与分类 2 电力电子器件基础 3 功率二极管 4 5 6 7 8
晶闸管 可关断晶闸管（GTO） 电力晶体管 功率场效应晶体管 绝缘栅双极型晶体管
。
电
力
电
子
技
术
2．1 电力电子器件的特点和分类
2.电力电子器件的分类
根据器件内部带电粒子参与导电的种类不同，电力电子器件又可分为
2．2．1部 只 有 一 种 带 电 粒 子 参 与 导 电 的 称 为 单 极 型 器 件 ， 如 Power 器 件 内 PN结原理
MOSFET； 器件内有电子和空穴两种带电粒子参于导电的称为双极型器件，如GTR 和GTO； 由双极型器件与单极型器件复合而成的新器件称为复合型器件，如IGBT 等。
电力电子技术课件 第2章
控制方式：相位控制 触发角 输出直流电压平均值
1
第2章
相控整流电路
整流电路的分类：
按器件组成：不可控、半控、全控 按电网、交流电相数：单相、三相、多相
按接线方式：半波、全波
2
第2章
相控整流电路
整流电路形式繁杂，重点掌握：
电路拓扑
控制策略
工作原理、波形分析
数量关系
3
第2章
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
平均值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小。
18
为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管
T a) u1 u2 VT id uVT iVD ud
R
L
VDR R u2 b) O ud c) O id d) O i VT e) O iVD f) O uVT g) O
R
t1
t
t
Id
3) α<ωt<α+θ区域
t
0
t
16
1 1 1 Ud u2d(t ) 2π uR d(t ) 2π uLd(t ) 2π
1 L 0 uL d(t ) 2π 0 di 0 2π
Ud UR
电感元件的一个重要特性：在稳态条件下，电感两端 的电压平均值恒等于零。换言之，在一个周期内，电 感储存的能量等于释放的能量。
sin 2 IVT I 2 2 4
晶闸管在工作中可能承受的最大正、反向电压为电源 电压的峰值
11
变压器二次侧有功功率、视在功率、功率因数
P I R UI
电力电子技术完整版课件全套ppt教程 (2)全文编辑修改
1．断态电压临界上升率du／dt du／dt是在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通 态转换的最大阳极电压上升率。在实际使用时的电压上升率必须低于此
规定值。
表1-3 断态电压临界上升率（du / dt）的等级
du /
dt
V
25
/μs
级 别
A
50 100 200 500 800 1000
8
800
20
9
900
22
10 1000 24
12 1200 26
14 1400 28
16 1600 30
18 1800
2000 2200 2400 2600 2800 3000
表1-2 晶闸管正向通态平均电压的组别
正向 通态 平均 电压 V
组别 代号
正向 通态 平均 电压 V
组别 代号
UT（AV） ≤0.4
晶闸管承受断态重复峰值电压UDRM 和反向重复峰值电压URRM 时的 峰值电流。
5. 浪涌电流ITSM ITSM是一种由于电路异常情况引起的使结温超过额定结温的不重 复性最大正向过载电流，用峰值表示。它是用来设计保护电路的。
按标准，普通晶闸管型号的命名含义如下：
（三）门极触发电流IGT和门极触发电压UGT IGT是在室温下，给晶闸管施加6V正向阳极电压时，使元件由断态转 入通态所必需的最小门极电流。
4．通态（峰值）电压UTM UTM 是晶闸管通以π倍或规定倍数额定通态平均电流值
时的瞬态峰值电压。从减小损耗和器件发热的观点出发，应
该选择UTM较小的晶闸管。 5．通态平均电压(管压降)UT(AV) 当元件流过正弦半波的额定电流平均值和稳定的额定结
《电力电子技术》PPT第2章
《电力电子技术》PPT第2章2.4电力电子器件的模块化模块是在单个元件基础上发展起来的新器件，它是有若干个半导体芯片按不同的用途和目的进行接线后，封装成一个块状整体。
90年代已经开始普及，除少数超大功率器件外，一般中小功率器件均模块化。
其优点是外部接线简单，抗干扰能力增强。
2.5 智能电力电子模块（IPM）IPM（IntelligentPowerModule）智能电力电子模块是功率集成电路PIC（PowerIntegratedCircuits）的一种。
一类称为高压集成电路，简称HVIC，它是横向高耐压电力半导体器件与控制电路的单片集成；另一类即IPM，它是纵向电力半导体器件与控制电路保护电路以及传感器电路等多功能集成。
由于高度集成化使模块结构十分紧凑，避免了由于分布参数、保护延迟等带来的一系列技术难题，使变频器的可靠性得到进一步提高。
IPM的智能化表现为可以实现控制、保护、接口三大功能，构成混合式电力集成电路。
2.6全控型电力电子器件的比较1电压、电流的比较图2-45电压、电流的比较2性能的比较200200200200125150最高工作结温（℃）中等高高高低中等di/dt高高高高低中等du/dt中等低低很低中等高门栅极驱动功耗100200×10320×103501050最大开关速度（kHz）10倍额定值5倍额定值5倍额定值5倍额定值10倍额定值3倍额定值浪涌电流耐压量100～500306604030正向导通电流密度（A/cm2）220200100～12400～1003500400正向电流范围（A）500～450050～150050～1000200～2500500～9000100～1400正向阻断电压范围（V）500～450000200～2500500～6500<50反向电压阻断能力（V）导通/关断导通/关断阻断阻断阻断阻断常态电压电压电压电压电流电流控制方式S.ITHS.ITVDMOSIGBTGTOBJT器件名称2.7电力电子器件的相关技术1串并联技术图2-47直流输电用晶闸管变换装置的一个模块（桥式电路的一个臂）该模块均衡电路由以下几部分构成。
第2章 电力电子器件56767 90页PPT文档
根据定义，正向平均电流IF(AV)，应是右图 所示工频正弦半波电流的平均值。
• 设电流的峰值为Im， 则通态平均电流IF(AV)为：
I F (A ) V 2 10 I m sitn ( d t) 2 I m ( co t) 0s I m
• 该电流波形的有效值，
从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等 级。前者trr为数百纳秒或更长，后者则在100ns 以下，甚至达到20~30ns。
3）肖特基二极管
以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖 特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode ——SBD）。
肖特基二极管的优点 反向恢复时间很短（10~40ns）。 正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲。 反向耐压较低时正向压降明显低于快恢复二极管。 效率高，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管 还小。
正向 正向 正向
正向
亮
零
亮
反向
亮
正向(减小 到零）
(任意)
暗
2.3.2 晶闸管的工作原理
1. 晶闸管的导通关断条件
1）晶闸管导通的条件
• 阳极加正向电压，同时门极加合适的正向触发电压。
2）晶闸管关断的条件
• 使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。 （关断实现的方式： ⒈ 减小阳极电压 ⒉ 增大负载电阻 ⒊ 加反向阳极电压 ）
I1.57IF(AV )
• 额定电流100A电力二极管，允许的电流有效值为: 157A
2）正向压降UF 在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电 流时对应的正向压降。
3）反向重复峰值电压URRM 对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值 电压。
使用时，应当留有两倍的裕量。
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UD(I)
截止区
0 UD
反向偏置电压超过某一规定值时，反向漏电流迅
速增加。正常工作状态下，反向电压不允许达到或超 过规定的截止电压。
由 于 关 断 状 态 下 的 漏 电 流 和 通 态 压 降 都 很 小 ， 因
而，功率二极管的伏安特性可被理想化。
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第二章 电力电子器件概述
2.2.3 几种常用的功率二极管
肖特基二极管
用于正向压降较低(一般是 0.3V)的低压输出电路。
快恢复二极管
用于带有可控开关且反向恢 复时间较短的高频电路中。
工频二极管
用于工频交流电路之中，其
通态电压被限定得尽可能低，将产生一个较大的可
适用于工频交流电路的反向恢复时间trr。
第二章 电力电子器件概述
❋功率二极管处于导通状
iD
态时，因其导通速度很快，
trr
故可当作理想开关。
0
t Qrr
❋功率二极管处于关断状
IRM
态时，它将在下降到零之前，有一个电流反向恢复
时间trr，在此时间内的电流是反方向流动的。
❋反向恢复电流可消除功率二极管的过剩载流子，
并在其后能阻断反极性电压。它还会使感应电路产
反向恢 复时间
在功率二极管从导通到阻断的过程 中，二极管会流过一定的负电流。 从功率二极管电流下降到零开始，
直至在此回到零所需时间。
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7 浪涌电流IFSM
第二章 电力电子器件概述
浪涌 电流
功率二极管所能承受的最大的连续 一个或几个工频周期的过电流。
该项参数反应了二极管抵抗短路冲击电流的能力。 显然，设计器件的保护电路时，保护电路的动作电 流应小于该参数。
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第二章 电力电子器件概述
2.3.1 晶闸管的基本特性
A
iA
+
iG G
UAK -
反向击穿区
iA 导通状态
反向 截止区
反向截 0
截止状态 UAK
K
止电压 正向截止电压
主电流由阳极流向阴极。晶闸管处于断态时可
阻断正向偏置电压而不导通。
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第二章 电力电子器件概述
首页 1
整体概况
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概况3
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2
第二章 电力电子器件概述
功率半导体器件的分类
半可控型
功率二极管: 导通和关断均由 电路潮流决定。
不可 控型
可控开关 : 由控制信号控 制器件的导通
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第二章 电力电子器件概述
额定电流有效值为：IF 21 0(Imsint)2d(t)I2m
某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流的波
形系数:
电流有效值 Kf 电流平均值
根据上式求出正弦半波的波形系数为:
Kf
IF IFAV
1.57
2
如额定电流IF(AV)=100A的电流功率二极管，其额定电
流有效值IF=Kf IF(AV)=157A。注：这里是正弦半波
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第二章 电力电子器件概述
2 正向压降UF
正向 压降
功率二极管在指定温度下，流过某一 指定的稳态正向电流时对应的正向压 降。
有时候，其参数表中也给出在指定的温度下流过某
一瞬态正向大电流时功率二极管的最大瞬时正向压
降。正向压降越低，通态损耗越小。
第二章 电力电子器件概述
2.1
2.7 门极可关断晶闸管（GTO）
2.2 功率二极管
2.8 绝缘栅双极晶体管（IGBT）
2.3 晶闸管
2.9 MOS控制晶闸管（MCT）
2.4 可控开关的理想特征
2.10 可控开关的比较
2.5 双极结型晶体管和达林顿管
2.11 驱动和吸收电路
2.6 电力场效应晶体管（MOSFET） 2.12 半导体功率器件的选择
4 反向电流IRR
反向 电流
功率二极管对应于反向重复峰值电压 时的反向电流。
5 最高工作结温TJM
最高工 作结温
管芯PN结的平均温度，而且是 在PN结不至损坏的前提下所能 承受的最高平均温度。
TJM通常在125~175℃范围之内。
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第二章 电力电子器件概述
6 反向恢复时间 trr
生一个反向过冲电压。
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第二章 电力电子器件概述
2.2.2 功率二极管的主要参数
1 正向平均电流IF(AV)
正向平 均电流
功率二极管长期运行时，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。
设正弦半波电流的峰值为Im，则额定电流为:
IF (A V)2 10 Im sintd(t)Im
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第二章 电力电子器件概述
2.2.1 功率二极管的基本特性
iD iD
URM
A
K
反向 UF UD(I)
+ UD -
截止区
当功率二极管承受正向电压时，它的正向导通压
降很小，大约在1V左右。
当功率二极管承受反向电压时，只有极小的漏电
流可通过该器件。
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第二章 电力电子器件概述
反向击穿区
晶闸管承受正向电压时，
iA 导通状态
在门极注入正向脉冲电流 可将它触发导通。
晶闸管一旦开始导通，
门极就失去控制作用。不
反向 截止状态 截止区
UAK 反向截 0 止电压 正向截止电压
论门极触发电流是否存在，晶闸管都保持导通。
通过外电路使阳极电流反向，并且降到接近于零的
某一数值，可使已导通的晶闸管关断。
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第二章 电力电子器件概述
3 反向重复峰值电压URRM
反向重复 峰值电压
功率二极管所能重复施加的反 向最高峰值电压，通常是其雪 崩击穿电压UB的2/3。
具体使用时，往往按照电路中功率二极管可能承受 的反向最高峰值电压的两倍来选定此项参数。
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第二章 电力电子器件概述
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第二章 电力电子器件概述
反向击穿区
当晶闸管承受正向电
iA 导通状态
压时，门极触发电流才 能在某个时间再一次控 制晶闸管触发导通。
和关断。
晶闸管: 当器件在承受正向电压 时，由控制信号控制器 件的导通，而关断状态
由电路潮流决定。
全控电子器件概述
电力场效应晶体 管（MOSFET）
双极结型晶体管 （BJT）
全控型电力 电子器件
绝缘栅双极晶体管 （IGBT）
门极可关断 晶闸管
（GTO ）
绝缘栅门极 换流晶闸管 （IGCT）