电力电子必备知识点

电力电子必背知识点

1.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）。

2.电力电子器件的基本特性注：很重要，一定记住

（1）电力电子器件一般都工作在开关状态。

（2）电力电子器件的开关状态由（驱动电路）外电路来控制。（3）在工作中器件的功率损耗（通态、断态、开关损耗）很大。为保证不至因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，在其工作时一般都要安装散热器。3.按器件的开关控制特性可以分为以下三类：

①不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功能，而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（Power Diode）；

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（Thyristor）及其大部分派生器件等；

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（Gate-Turn-Off Thyristor ）、功率场效应管（Power MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor）等。

4.前面已经将电力电子器件分为不可控型、半控型和全控型。按控制信号的性质不同又可分为两种：

①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；

②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：代表性器件为MOSFET管和IGBT管。

5.几点结论（重要）

1.晶闸管具有单向导电和可控开通的开关特性。

2.晶闸管由阻断状态转为导通状态时，应具备两个条件：从主电路看，晶闸管应承受正向阳极电压；从控制回路看，应有符合要求的正向门极电流。

3.晶闸管导通后，只要具备维持导通的主回路条件，晶闸管就维持导通状态，门极便失去控制作用，其阳极电流由外电路决定。

4.欲使晶闸管关断，必须从主电路采取措施，使晶闸管阳极电流下降至维持电流之下，通常还要施加一定时间的反向阳极电压。

6.晶闸管的正向特性

IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿。晶闸管本身的压降很小，在1V 左右。导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。Ih称为维持电流。

7.晶闸管的反向特性

晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性。晶闸管处于反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。当反向电压超过一定限度，到反向击穿电压后，外电路如无限制措施，则反向漏电流急剧增加，导致晶闸管发热损坏。

1）维持电流ＩＨ：

在室温下门极断开时，元件从较

大的通态电流降至刚好能保持导通的最小阳极电流为维持电流ＩH 。

2）掣住电流ＩL ：

给晶闸管门极加上触发电压，当元件刚从阻断状态转为导通状态就撤除触发电压，此时元件维持导通所需要的最小阳极电流称掣住电流ＩL 。对同一晶闸管来说，掣住电流ＩL 要比维持电流ＩH 大2~4倍。

8.通态平均电流─额定电流Ita 的

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9.通态电流临界上升率 di/dt 定义：晶闸管能承受而没有损害影响的最大通态电流上升率称通态电流临界上升率 di/dt 。 影响：门极流入触发电流后，晶闸管开始只在靠近门极附近的小区域内导通，随着时间的推移，导通区才逐渐扩大到PN 结的全部面积。如果阳极电流上升得太快，则会导致门极附近的Ｐ

Ｎ结因电流密度过大而烧毁，使晶闸管损坏。

10.断态电压临界上升率du/dt 定义：把在规定条件下，不导致晶闸管直接从断态转换到通态的最大阳极电压上升率，称为断态电压临界上升率du/dt 。 影响：晶闸管的结面在阻断状态下相当于一个电容，若突然加一正向阳极电压，便会有一个充电电流流过结面，该充电电流流经靠近阴极的ＰＮ结时，产生相当于触发电流的作用，如果这个电流过大，将会使元件误触发导通。

11.电力晶体管GTR 的二次击穿 一次击穿：集电极电压升高至击穿电压时，Ic 迅速增大，出现雪崩击穿。只要Ic 不超过限度，GTR 一般不会损坏，工作特性也不变。

二次击穿：一次击穿发生时Ic 增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下

降。常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变。

12.MOSFET的特点

1.开关速度快，一般为10ns~100ns。

2.温度稳定性好，通态电阻具有正温度系数，可实现自动均流。

3.输入阻抗大、驱动功率小，因此驱动电路也较简单。

4.导通电阻大、通态压降大，因此在大电流时通态损耗较大。13.散热问题

电力半导体器件在电能变换、开关动作中会产生功率损耗，使得器件发热，结面温度上升。但是，电力半导体器件均有其安全工作区所允许的工作温度（结面温度），无论任何情况下都不允许超过其规定值。为此，必须要对电力半导体器件进行散热。

电力半导体器件的散热，一般有三种冷却方式：

①自然冷却：只适用于小功率应用场；②风扇冷却：适用于中等功率应用场合，如IGBT应用电路；

③水冷却：适用于大功率应用场合，如大功率GTO、IGCT及SCR等应用电路；

14.IGBT：绝缘栅双极型晶体管，兼具功率MOSFET高速开关特性和GTR的低导通压降特性两者优点的一种复合器件。

IGBT的特点

(1) 开关速度高，开关损耗小。在电压1000V以上时，开关损耗只有GTR的1/10，与电力MOSFET相当。

(2) 相同电压和电流定额时，安全工作区比GTR大，且具有耐脉冲电流冲击能力。

(3) 通态压降比VDMOSFET 低，特别是在电流较大的区域。

(4) 输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似。

(5) 与MOSFET和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特