1-电力电子器件及其应用解析
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：
电力电子器件的发展与应用
电力电子器件的发展与应用摘要：电力电子器件又称为功率半导体器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件，其类型非常的多样，在各个领域中都有着广泛的应用，是弱电与强电、信息与电子、传统产业与现代产业完美结合的媒介。
本文主要针对电力电子器件及其应用现状和发展趋势进行分析、关键词：电力电子器件；应用现状；发展趋势随着科学技术的不断进步，电力电子器件装置当今得到了广泛的应用，主要涉及到交通运输业、先进装备制造业、航天航空和坦克飞机等现代化装备中。
得益于电子技术的应用优势，全球电子产品产业得到了快速的发展，给全球的经济、文化、军事等各领域带来了实质性的影响。
电子技术可以划分为两类：一种是电子信息技术，电力电子元件在电子信息技术上的应用可以实现信息的传送、储存和控制等目的；第二种就是保证电能正常安全的进行传输，同时将能源和信息有效的结合起来。
在社会的不断发展中，各行各业对于优质优量的电能都是迫切需要的，而随着一次次电力电子技术的改革，电力电子器件的应用范围也更加广泛，成为了工业生产中不可或缺的重要元件。
电力电子技术的发展为人类的环保和生活都做出了重要的贡献，成为了将弱电与强电、信息与电子、传统产业与现代产业完美结合的媒介。
所以电力电子器件的研究成为了电力电子行业的重要课题。
1.电力电子器件的应用与发展历程上世纪50年代开始，全球第一支晶闸管诞生，这就标志着现代电气传动中的电力电子技术登上历史的舞台，基于晶闸管研发的可控硅整流装置成为了电气传动行业的一次变革，开启了以电力电子技术控制和变换电能的变流器时代，至此电力电子技术产生。
到70年代时晶闸管已经研发出来可以承受高压大电流的产品，这一代的半控型器材被称之为第一代电力电子器件。
但是晶闸管的缺点就是不能自关断，随着电力电子理论和工艺的不断进步，随后研发出了GTR.GTO和MOSFET等自关断的全控型，这一类产品被称之为第二代电力电子器件。
之后出现了第三代电力电子器件，主要以绝缘栅双极晶体管为代表，第三代电力电子器件具有频率快、反映速度快和能耗较低的特点。
电力系统中的电力电子器件及其应用
电力系统中的电力电子器件及其应用在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定运行和高效发展至关重要。
电力电子器件作为电力系统中的关键组成部分，正发挥着日益重要的作用。
它们的出现和应用，为电力系统的优化、控制和能源转换带来了革命性的变化。
电力电子器件是一种能够对电能进行高效控制和转换的半导体器件。
常见的电力电子器件包括二极管、晶闸管、晶体管（如 MOSFET 和IGBT）等。
这些器件具有不同的特性和性能，适用于各种不同的电力系统应用场景。
二极管是最简单的电力电子器件之一，它只允许电流单向通过。
在电力系统中，二极管常用于整流电路，将交流电转换为直流电。
例如，在电源适配器中，二极管将交流市电整流为直流电，为电子设备提供稳定的电源。
晶闸管则是一种具有可控导通特性的器件。
通过施加合适的触发信号，可以控制晶闸管的导通和关断。
晶闸管在电力系统中的应用非常广泛，如用于高压直流输电系统中的换流器、无功补偿装置等。
通过控制晶闸管的导通角，可以实现对交流电压和电流的调节，从而达到控制无功功率和提高电能质量的目的。
MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是现代电力电子系统中常用的晶体管器件。
它们具有开关速度快、导通电阻小、驱动功率低等优点。
MOSFET 适用于高频、小功率的应用场景，如开关电源、电动汽车充电器等。
IGBT 则在中大功率的电力变换领域表现出色，如变频器、新能源发电系统中的逆变器等。
在电力系统中，电力电子器件的应用范围十分广泛。
首先，在发电环节，可再生能源的开发和利用离不开电力电子技术。
例如，太阳能光伏发电系统中，通过电力电子逆变器将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电并并入电网。
风力发电系统中，电力电子变流器用于控制风机转速，实现最大功率跟踪，同时将风机发出的交流电转换为符合电网要求的电能。
在输电环节，高压直流输电技术凭借其输电距离远、输电容量大、损耗低等优势，成为了远距离大容量输电的重要手段。
电力电子器件原理
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
轨道交通
在城市轨道交通中，电力电子器 件用于实现牵引供电和信号控制 。
在磁悬浮列车中，电力电子器件 可以实现高效的电机控制和能量 回收。
在高速铁路中，电力电子器件用 于实现列车牵引和供电系统的控 制。
在轨道交通的自动化和智能化方 面，电力电子器件也发挥着重要 的作用。
05 电力电子器件的未来发展
智能化与网络化的趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，电力电子器件的智能化成为一种趋势。智能化能够提高电力电子系统的自适应性、可 靠性和容错性，实现更加高效和智能的能源管理。
网络化
通过互联网和物联网技术，将电力电子器件与智能终端、云计算等相互连接，实现远程监控、数据采集和智能控 制等功能。网络化的电力电子器件能够提高能源利用效率和可再生能源的接入能力，促进能源的可持续发展。
热特性
最大结温
指电力电子器件在工作过程中所允许的最高结温， 超过此温度将导致器件性能下降或损坏。
热阻
指电力电子器件在工作过程中因温度升高而产生 的热量传导阻力。
散热设计
为确保电力电子器件的正常工作，需要采取有效 的散热措施，如散热片、风冷或液冷等。
安全工作区
安全工作区
指在规定的电源电压和负载电流范围内，电力电子器件能够安全、可靠地工作 而不会发生损坏或性能下降的区域。
新材料与新工艺的应用
新材料
随着科技的发展，新型材料如碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN） 等在电力电子器件中的应用越来越广泛。这些新材料具有更高 的热导率、禁带宽度和击穿场强等特点，能够提高电力电子器 件的效率和可靠性。
新工艺
新型工艺技术如薄膜工艺、微纳加工技术等在电力电子器件 制造中逐渐得到应用。这些新工艺能够减小器件尺寸、降低 制造成本和提高集成度，为电力电子器件的发展提供了新的 可能性。
电气元件介绍及应用实例
电气元件介绍及应用实例电气元件指的是在电子电路中起到特定功能的元件，主要分为被动元件（如电阻、电容、电感）和有源元件（如二极管、晶体管、集成电路等）。
这些元件在各种电子电路中起到重要的作用，下面将分别介绍各种电气元件的基本原理、特点和应用实例。
1. 电阻（resistor）电阻是最常见的被动元件之一，它的主要作用是限制电流通过的量。
电阻根据材料和结构不同，可以分为固定电阻和变阻器。
固定电阻一般有金属膜电阻、炭膜电阻等。
变阻器可以通过调节电阻值来调整电路中的电流和电压。
电阻的应用实例：(1) 当需要将电源电压限制在一定范围内时，可以使用电阻加在电路中；(2) 在放大电路中，为了调整电流和电压分配的关系，可以使用电阻来改变电路的增益；(3) 在传感器电路中，常常需要电阻来调整传感器的灵敏度。
2. 电容（capacitor）电容是具有存储电荷和释放电荷能力的元件，它由两个导体板之间的绝缘层（一般是电介质）组成。
电容的主要特点是可以暂时存储电能，并且对不同频率的电信号有不同的阻抗。
电容的应用实例：(1) 在直流电源中，电容常被用作滤波器，以减小电压的波动；(2) 在交流电源中，电容常被用作耦合电容，用于传递交流信号；(3) 在振荡电路中，电容通常用来控制振荡频率。
3. 电感（inductor）电感是一种储存磁能的元件，它由导线或线圈组成。
电感的主要特点是抵抗电流的改变，当电流改变时，电感会产生电磁感应，从而产生自感电动势。
电感的应用实例：(1) 在电源中，电感常被用作滤波器，以去除高频噪声；(2) 在调谐电路中，电感可以用来选择特定频率的信号；(3) 在电源变换器中，电感常被用来稳定电压和电流。
4. 二极管（diode）二极管是一种具有单向导电性的有源元件，它包括一个PN结。
当正向偏置时，二极管允许电流流过；而当反向偏置时，二极管将阻止电流流过。
二极管的应用实例：(1) 在整流电路中，二极管可以将交流电转换为直流电；(2) 在电源保护电路中，二极管可以防止误反接电源导致器件损坏；(3) 在信号调理电路中，二极管可以用作开关或者信号限幅器。
电力电子器件及其应用PPT课件
IGBT发生擎住效应后漏极电流增大，造成过高的功耗，最后导致器件损坏。
• 如何防止
• 不使漏极电流超过 ，防止静态擎住效应； • 还可用加大栅极电阻的办法，延长IGBT的关断时间。防止动态擎住效应。
第20页/共47页
第二节绝缘栅双极晶体管(IGBT)
• 擎住效应
• 正向偏置安全工作区 IGBT开通时的正向偏置安全工作区FBSOA由电流、电压和功耗三条边界极限包围而成
第9页/共47页
第一节 可关断晶闸管(GTO)
• GTO关断过程的机理图
图3-10（a)关断时空穴从门极抽出 (b) 耗尽层的形成 • 其结果是从N2发射极没有电子向P2区注入，在P2基区及N2基区中的
过剩载流子一直复合到消失为止，如J3结能维持反偏状态，GTO就被 关断。由此可见，关断GTO的前提是门控电路要有足够大的关断电流， 以便从门极排出足够大的门极关断电荷，同时其关断功率又不能超过 允许值。
第19页/共47页
第• 擎二住节效应绝缘栅双极晶体管(IGBT)
• 概念
由于IGBT结构上难以避免的原因，它的等效电路图实际上如图3-14(c)所示，内部 存在一只NPN型寄生晶体管，当漏极电流大于规定的临界值时，该寄生晶体管因有 过高的正偏置被触发导通，使PNP管也饱和导通，结果IGBT的栅极失去控制作用， 这就是所谓擎住效应。
• 阳极电压上升率
• 静态电压上升率是指GTOdv还/ d没t 有导通时所能承受的最大断态电压上升率。
• 动态电压上升率是指GTO关断过程中的阳极电压上升率。
• 阳极电流上升率
di / dt
第8页/共47页
第一节 可关断晶闸管(GTO)
• 可关断晶闸管(GTO)的门控电路
新型电力电子元器件研究及应用
新型电力电子元器件研究及应用随着电力电子技术的不断发展，电子器件的种类和功能也得到了极大的拓展。
新型电力电子元器件不仅仅包括经典的半导体器件，还涵盖了各种新型器件，如功率集成芯片、SiC器件、GaN器件等。
这些新型器件的出现，让电力电子系统性能得到了显著提升，同时也推动了电力电子领域的技术进步。
1. 功率集成芯片的应用功率集成芯片（PIC）是一种具有高度集成化的、尺寸小、功率密度大的电力电子元器件。
相比传统的电力电子系统，采用PIC可以大幅提升系统的功率密度和效率。
同时，PIC的制造成本也相对较低，便于批量制造和应用。
目前，PIC已经在电机驱动、DC-DC转换、太阳能逆变、LED 驱动等领域得到了广泛应用。
以电机驱动为例，现代电机驱动系统一般由三个模块组成：控制模块、功率模块和传感器模块。
而采用PIC后，三个模块可以通过一个芯片实现，大大减小了系统体积、提高了效率、降低了故障率。
这种集成技术的应用有利于实现小型化、智能化、高效能的电力电子系统。
2. SiC器件的发展SiC（碳化硅）是一种WBG（宽禁带半导体）材料，相比传统的Si（硅）材料，具有更高的导通电流密度、更高的崩溃电场和更高的耐热温度。
因此，基于SiC的电力电子元器件具有更小的尺寸、更低的开关损耗和更高的开关频率。
目前，SiC器件已经广泛应用于电动汽车、高速列车、船舶、飞机等场合。
以电动汽车为例，传统的Si器件无法满足高速充电、快速加速等要求。
而采用SiC器件后，可以实现高达350kW的超级充电功率，保障了快速充电需求。
同时，SiC器件的应用还可以提高电动汽车驱动电机的效率，延长电池寿命，降低系统成本。
3. GaN器件的发展GaN（氮化镓）也是一种WBG材料，与SiC类似，具有更高的导通电流密度、更高的崩溃电场和更高的极限工作温度。
与SiC 不同的是，GaN器件的制造成本更低，适用于低压高频领域。
因此，基于GaN的电力电子元器件成为了高频应用的首选。
电力电子器件-电子课件
第一章 电力电子器件
波形系数Kf ：有效值/平均值，反应周期
交流量波形性质。
如果额定电流为100A的晶闸管 其允许通过的电流有效值为1.57×100＝157A
第一章 电力电子器件
选择晶闸管额定电流时，要依据实际波形的电流
有效值与额定电流IT（AV)有效值相等的原则（即管芯结
温一样）进行换算。即：
由于晶闸管的过载能力差，一般选用时取1.5～2倍 的安全裕量。
第一章 电力电子器件
3.通态平均电压UT(AV)
当流过正弦半波的电流为额定电流，并达到稳定 的额定结温时，晶闸管阳极与阴极之间电压降的平均 值，称为通态平均电压。
第一章 电力电子器件
电力电子器件在电力设备或电力系统中，直接 承担电能变换和控制任务的电路称为主电路。
电力电子器件就是可直接用于主电路中实现电 能的变换和控制的电子器件。
电力电子器件则是电力电子电路的基础。 目前常用的电力电子器件都是用半导体材料制 成的，主要分为半控型器件和全控型器件。
第一章 电力电子器件
门极可关断晶闸管实物、图形 和文字符号
GTO在牵引电力机车和斩波器中的应用
第一章 电力电子器件
二、功率晶体管GTR
大功率晶体管（Giant Transistor）简称GTR， 又称为电力晶体管。因为有PNP和NPN两种结构，因此 又称双极型晶体管BJT。
功率晶体管GTR实物、图形和文字符号
第一章 电力电子器件
为晶闸管的额定电压值，用电压等级来表示。
第一章 电力电子器件
2.额定电流IT（AV)
又称为额定通态平均电流。 是指在环境温度小于40℃和标准散热及全导通的条 件下，晶闸管可以连续导通的工频正弦半波电流的平均 值。 晶闸管的额定电流参数系列：1A、5A、10A、20A、 30A、50A、100A、200A、300A。
电子行业电力电子器件及应用
电子行业电力电子器件及应用引言电子行业是一个快速发展的行业，在电子设备中，电力电子器件是不可或缺的关键组成部分。
电力电子器件是指用于调整和转换电能的器件，广泛应用于交流和直流电网、电动机驱动、电源供应等领域。
本文将介绍电子行业中常见的电力电子器件及其应用。
一、开关器件1.整流二极管 (Rectifier Diode)整流二极管是一种常见的开关器件，用于将交流电转换为直流电。
它具有正向导通和反向截止的特性，常用于交流电桥式整流器、逆变器等电路中。
2.IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) IGBT 是一种高压高频开关器件，兼具了普通晶体管和普通MOSFET的特点。
它可以控制高电压和高电流的通断，并且具有低开关损耗和快速切换速度的特点。
IGBT广泛用于工业设备、交通工具和电力传输中。
3.MOSFET (Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor)MOSFET 是一种常见的开关器件，可以通过调节栅极电压来控制导通和截止。
它具有低导通电阻、低开关损耗和高开关速度的特点。
MOSFET 常用于直流转换器、电机驱动和太阳能发电逆变器等应用中。
二、功率模块1.IGBT模块IGBT模块是由多个IGBT芯片、隔离驱动电路和散热器组成的集成模块。
它可以方便地实现高压高频电路的设计和构建，广泛应用于电力传输、电机驱动和可再生能源领域。
2.整流桥模块整流桥模块是由多个整流二极管组成的集成模块。
它常用于交流电源的整流和直流电源供应的设计中。
3.功率放大模块功率放大模块是用于放大低功率信号为高功率信号的模块。
它常用于音频放大器、无线电频率放大器等应用中。
三、电力电子器件的应用1.交流调速电力电子器件在交流调速中起着重要作用。
例如，交流调压器使用电力电子器件的开关特性来调节交流电压的大小，实现电压调节和稳定。
2.无线充电利用电力电子器件的功率转换特性，可以实现无线充电技术。
浅谈电力电子技术及其应用
浅谈电力电子技术及其应用摘要：电力电子技术是20世纪后期诞生并发展起来的一门新技术，它不断地创新发展、应用实践，在短短的几十年，电力电子技术已经成为除计算机技术之外的又一未来科学技术支柱。
文章主要介绍电力电子技术的基础器件和控制电路及其广泛的应用。
关键词：电力电子技术电力电子器件控制电路应用电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
从概念上可以看得出电力电子技术就是通过电力电子器件实现对电能的变换以达到我们可以控制和使用电能的目的。
所以它应该主要包括两个部分即电力电子器件技术和电力变换控制技术。
1 电力电子器件电力电子器件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。
随着技术的发展和成熟，以半导体为材料的电力半导体器件取代了电真空器件成为了电力电子器件的绝对主力。
其按照被控制信号的控制程度可以分成不可控型、半控型和全控型。
1.1不可控型——电力二极管不能用控制信号控制其通断的电力电子器件，不需要驱动电路，只有两个端子，就是我们通常所说的电力二极管，其导通或关断是由它所在电路承受的电压或电流决定的。
电力二极管是由一个PN结（P为阳极，N为阴极）和两端引线以及封装组成的。
电力二极管具有正向导通反向截止的特性即给二极管外加正向电压并达到一定数值后二极管导通，其压降在1V 左右，相当于短路状态，当外加电压撤销或者反向时，二极管内部电流十分的微小，压降很大，相当于断路。
1.2 半控型——晶闸管晶闸管又称可控硅，是由两个PN结和散热器组成，有三个端子分别为A阳极，K阴极，G门极。
当晶闸管外加正向电压且门极有触发电流时，晶闸管导通，即使撤销门极触发电流，晶闸管依然维持导通状态，只有当外加电压反向或者其他手段使晶闸管电流为零时它才关断，所以被称为半控型电力电子器件。
随着全控型器件的出现，半控型晶闸管逐渐被代替，但是由于半控型晶闸管能承受很高的电压和电流容量，所以在大容量的场合它依然有着重要的地位。
电力电子器件及应用技术
电力电子器件及应用技术电力电子器件是指能转换和调节电能的器件，是电力电子技术的核心。
随着电力电子技术的不断发展，电力电子器件的种类也日益增多。
在本文中，我们将介绍几种常见的电力电子器件及其应用技术。
一、开关管开关管是一种常见的电力电子器件，适用于高压、高电流的工作环境。
开关管具有通断能力强、开关速度快等特点，被广泛应用于各个领域。
最常见的应用是在电源开关、直流电机驱动器、电池充电器等设备中。
二、整流器整流器是将交流电转换为直流电的电力电子器件，常用于交流电转换为直流电的环境中。
整流器的类型有很多种，其中最常见的是单相整流器和三相整流器。
整流器广泛应用于交流到直流的转换领域，比如电源适配器、电气焊接设备等。
三、逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的电力电子器件，适用于需要将直流电转换为交流电的场合。
逆变器在可逆变和无线电源等领域有广泛应用。
它可以将直流电动力设备连接到交流电网，比如太阳能和风能的利用。
逆变器还可用于驱动交流电机。
四、电力调节器电力调节器是一种能够调节电能的电力电子器件，可以根据需要对电压和电流进行调节。
电力调节器被广泛应用于稳压变送器、磁控管、智能继电器等设备中。
它能够在工业自动化、变频调速等领域起到重要作用。
五、功率电子器件功率电子器件是指能够直接转换大功率电力的电力电子器件。
功率电子器件的种类多样，其中最常见的是晶闸管、电力二极管和功率MOSFET。
这些器件被广泛应用于电力变换、电力控制等领域。
功率电子器件的发展为电力电子技术的进步提供了有力支持。
六、电力电子应用技术电力电子应用技术是指将电力电子器件应用于各个领域的技术方法和方法。
电力电子应用技术在电力系统、工业制造、交通运输、新能源等领域发挥着重要作用。
其中，电力变换技术、电力控制技术、电力传输技术等是电力电子应用技术的重要组成部分。
七、电力电子器件的未来发展随着科技的进步和社会的发展，电力电子器件及其应用技术也在不断发展。
未来，电力电子器件将更加智能化、高效化、小型化。
1电力电子器件概述
U
图1-4 电力二极管的伏安特性
2) 动态特性
半导体电力二极管的开关特性
开关过程，由导通状态转为阻
断状态并不是立即完成，它要 经历一个短时的过渡过程；
此过程的长短、过渡过程的波
状态： 导通、阻断
形对不同性能的二极管有很大 差异；
理解开关过程对今后选用电力
过程：
开通、关断
电子器件，理解电力电子电路 的运行是很有帮助的，因此应 对二极管的开关特性有较清晰 的了解。
（2）最大允许全周期均方根正向电流的定义：
当二极管流过半波正弦电流的 平均值为IFR时，与其发热等效 的全周期均方根正向电流IFrms称 为最大允许全周期均方根正向 电流。 当正弦半波电流的峰值为Im时，它可用下式计算：
I Frms
1 T /2 2 2 I sin ( t )dt 0 m T
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
肖特基二极管的弱点 反向耐压提高时正向压降会提高，多用于200V以下。 反向稳态损耗不能忽略，必须严格地限制其工作温度。 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。 反向耐压较低时其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。
主电路（Main Power Circui
——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。
2. 分类:
电真空器件 半导体器件 (汞弧整流器、闸流管) (采用的主要材料硅）
3. 同处理信息的电子器件相比的一般特征
(1)能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电 子器件。
(2) 电力电子器件一般都工作在开关状态。（开关器 件的条件）
第二讲电力电子器件 (1)
2.4.3 电力场效应晶体管
电力场效应晶体管简称电力MOSFET，属于场 控型器件（指用电压信号控制工作电流的器件）。 优点：输入阻抗高，所需驱动电路简单，驱动功率 小，开关速度快（10～100ns），工作频率可达 500KHZ甚至MHZ以上，是目前工作频率最高的电力 电子器件，此外还具有优异的热稳定性和抗干扰性能。 缺点：电流容量小，耐压低、通态电阻大（提高耐压 时通态电阻急剧增大），功率等级低。 应用：多用于功率不超过10kW的电力电子装置（高 性能开关电源、斩波器、逆变器等）。
电力电子应用技术
第二章 电力电子器件
学习电力电子器件应重点关注： 1、三类器件：不可控、半控、全控 2、器件的简单工作原理 3、器件的两特：特性、特点 4、器件的主要参数 5、器件的应用
理想开关：
电力电子技术——利用电力电子器件对电能进行变 换的技术 变换方法——开关变流：利用开关把直流电或交流 电分段或切片（甚至粉碎），然后重 新组合为希望波形的电。 理想开关： ①关断（截止）时，可承受高电压，漏电流为零。 ②开通（导通）时电压为零，可流过足够大电流。 ③可双向导通，并可方便地控制。 ④导通与关断过程的时管的派生器件，在晶闸管问世后不久 出 现，可用负门极信号实现关断，故属于全控型器件。 优点：耐压高、电流大、耐浪涌能力强，与普通晶闸 管接近；开通时间和关断时间较晶闸管短. 缺点：关断时门极电流大，是阳极电流的0.2～0.33 倍，控制功率极大，对驱动电路、吸收回路的杂散电 感特敏感，设计、制造困难很大，应用受限。静态特 性参数与晶闸管类同，但反向重复峰值电压仅为几十 伏，用于电路中时必须反并联大容量快速二极管。 应用：多应用于兆瓦级以上的大功率场合。比如在电 力机车及大型轧机上的大功率变频器的开关器件。
电力电子器件的工作原理及应用
电力电子器件的工作原理及应用在现代电力系统中，电力电子器件扮演着重要的角色。
通过电力电子器件的控制，我们可以实现电能的高效转换、电压的调节、电流的控制等功能。
本文将介绍电力电子器件的工作原理以及其在不同领域的应用。
一、整流器的工作原理及应用整流器是一种将交流信号转换为直流信号的电力电子器件。
它的主要工作原理是利用二极管的导通特性，将交流电信号通过整流电路进行滤波而得到直流电信号。
整流器广泛应用于交流电源变换为直流供电的场合，比如家庭电器、工业设备等。
它可以有效地实现电能的传输和利用。
二、逆变器的工作原理及应用逆变器是一种将直流信号转换为交流信号的电力电子器件。
它通过对直流电信号进行开关控制，实现电压的变频和调节。
逆变器被广泛应用于太阳能发电、风能发电等可再生能源领域，将直流电能转换为交流电能以满足家庭、工业等用电需求。
三、IGBT的工作原理及应用IGBT是一种绝缘栅双极型晶体管，是目前最常用的功率开关器件之一。
它结合了场效应晶体管和双极型晶体管的优点，具有低导通压降和高开关速度的特点。
IGBT广泛应用于电力变换、电机驱动等领域，如交流电变直流电、频率调节等。
四、功率模块的工作原理及应用功率模块是一种将多个功率器件集成在一起的器件，在电力电子系统中起到连接和控制的作用。
功率模块的工作原理是通过控制信号控制其中的功率器件的开关状态，从而实现功率的传输和调节。
功率模块广泛应用于电动车、电机驱动、UPS电源等领域，实现高效能量转换和控制。
五、开关电源的工作原理及应用开关电源是一种利用开关元件进行能量转换和供电的电源系统。
它的工作原理是通过高频开关将输入的交流电转换为高频交流信号，再通过变压器和整流电路将其转换为直流电信号。
开关电源广泛应用于计算机、通信设备、家用电器等场合，具有高效率、小体积等特点。
六、电力电子器件在新能源领域的应用随着可再生能源的快速发展，电力电子器件在新能源领域有着重要的应用。
例如，在太阳能发电系统中，逆变器起到将太阳能转换为可用交流电的作用；在风力发电系统中，电力电子器件可以实现风机的变频调速和并网发电等功能。
电力电子器件的基本原理与应用
电力电子器件的基本原理与应用电力电子器件是用于控制电力流动的关键组成部分，广泛应用于能源转换、电力传输和电力负载调节等领域。
本文将介绍电力电子器件的基本原理和常见应用。
一、电力电子器件的基本原理1. 二极管（Diode）二极管是最简单的电力电子器件，具有单向导电特性。
它由导体P型和N型半导体材料结合而成，通过半导体PN结的特殊性质实现电流的单向流动。
二极管在整流、电压倍增和过压保护等方面具有重要应用。
2. 可控硅（Thyristor）可控硅是一种具有控制触发能力的电力电子器件。
它由PNPN结构组成，因其具有控制电流通断的功能而得名。
可控硅主要应用于交流电的调光、电动机的启动和断相控制等领域。
3. 三极管（Transistor）三极管是一种半导体器件，可用于放大电信号或作为开关。
它由三个掺杂不同的半导体层构成，基本分为三种类型：NPN型、PNP型和场效应晶体管。
三极管在电力放大、功率控制和逻辑电路等方面有广泛应用。
4. MOSFETMOSFET是金属-氧化物-半导体场效应晶体管的简称。
它由金属栅极、绝缘层和半导体材料构成。
MOSFET具有高输入阻抗、低功耗和快速开关速度的优点，广泛应用于开关电源、功率放大和逆变器等领域。
二、电力电子器件的应用1. 电力变换与传输电力电子器件在交流输电系统和直流输电系统中起到关键作用。
例如，交流输电系统中的静止变流器利用可控硅和同步开关电路，实现对电能的变频和控制。
直流输电系统中的换流器则利用改进的可控硅技术，将交流电转换为可控的直流电。
2. 新能源发电系统电力电子器件在新能源发电系统中的应用越来越重要。
例如，光伏逆变器将光能转换为交流电能，通过功率电子器件的高效能力，将电能注入电网。
风力发电系统中的变频器则将风力转换为稳定的电力输出，帮助控制风机的转速和功率。
3. 电动汽车充电电力电子器件也广泛应用于电动汽车充电系统。
充电桩中的直流快充器件使用了大功率的可控硅和MOSFET技术，能够快速稳定地给电动汽车充电。
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。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
+ uo –
⃝ L eL ⃝
R
在电感性负载中 ,当晶闸管刚触发导通时，电 感元件上产生阻碍电流变化的感应电势(极性如图)， 电流不能跃变，将由零逐渐上升(见波形)。
当电压u过零后，由于电感反电动势的存在，晶闸 管在一段时间内仍 维持导通，失去单向导电作用。
21
电工基础教学部
目录
电工电子技术
（2）工作波形（未加续流二极管）
电工基础教学部
目录
电工电子技术
8.1.2 伏安特性及主要参数 1. 伏安特性 ( I f (U )曲线)
I 正向平均电流 维持电流
UBR URRM
IF
+ _
IG2 > IG1 > IG0 IG2 IG1 IG0 U
UFRM UBO U
IH o
反向转折电压
_
+
正向转折电压
正向特性
12
反向特性 电工基础教学部
14
电工基础教学部
目录
电工电子技术
(5)反向重复峰值电压URRM： 控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元 件上的反 向峰值电压。一般取 URRM = 80% UBR 普通晶闸管 URRM为100V—3000V
(6)控制极触发电压和电流UG、IG： 室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完 全导 通所必须的最小控制极直流电压、电流 。 一般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。
iG
EG
iB 2
β 2 iG
T2 EA
+ _
iC 2 2 iG iB1 i C 1 β 1 iC 2 1 2 iG iB 2
在极短时间内使 两个三极管均饱和导 通，此过程称触发导 通。
10
i B 2 iG
K EA > 0、EG > 0
电工基础教学部
目录
电工电子技术
u
O
ug
t1
2
t2
t
uO
O
O O
t
t
uT
t
22
电工基础教学部
目录
电工电子技术
（3）电感性负载(加续流二极管)
T +
+ + uT – u io –
io
L
D
+ uo –
u> 0时： D反向截止，不影响整流电路工作。 u < 0时 ： D正向导通,晶闸管承受反向电压关断,电感元件L 释放能量形成的电流经D构成回路(续流),负载电压 uo波形与电阻性负载相同(见波形图)。
电工电子技术
第 8章 电力电子器件及其应用
太原理工大学电工基础教学部
1
电工基础教学部
目录
电工电子技术
第8章 电力电子器件及其应用
8.1 晶闸管 8.2 可控硅整流电路
8.3 单结晶闸管触发电路 8.4 晶闸管的保护
2
电工基础教学部
目录
电工电子技术
第8章 电力电子器件及其应用
本章要求:
1.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特 性和主要参数。 2. 理解可控整流电路的工作原理、掌握电 压平均值与控制角的关系。 3. 了解单结晶体管及其触发电路的工作原 理。
28
π
电工基础教学部
目录
电工电子技术
两种常用可控整流电路
(1)
+
T
D1 D2 RL D3 D4
+
u
u0
-
-
1. 该电路只用一只晶闸管，且其上 电路 无反向电压。 特点 2. 晶闸管和负载上的电流相同。
29
电工基础教学部
目录
电工电子技术
(2)
+
T1 T2
D1 D2
+
R
u
uO
电路 特点
L
-
1. 该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起 续流二极管作用。 2. 由于T1的阳极和T2的阴极相连，两管控 制极必须加独立的触发信号。
由图可求得
RB1 U B 1 U BB RB1 RB 2 RB1 U BB U BB RBB
等效电路
– 分压比(0.5~ 0.9) UE < UBB+UD = UP 时
PN结反偏，IE很小； RB2 UBB + U U 时 E P E RP + A PN结正向导通, IE迅速 _ + _ 增加。 RB1 UE _ UP – 峰点电压 B1 UD – PN结正向导通压降 测量单结晶体管的实验电路
工作原理
A
形成正反馈过程
β1β2 iG
T1 G
R
iG
E
G
iB 2
β2 iG
T2
EA
+ _
iC 2 2 iG iB1 i C 1 β 1 iC 2 1 2 iG iB 2
晶闸管导通后，去掉 EG ， 依靠正反馈，仍可 维持导通状态。
11
i B 2 iG
K EA > 0、EG > 0
13
电工基础教学部
目录
电工电子技术
(2) 维持电流 IH: 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。 一般IH为几十~ 一百多毫安。 (3) 通态平均电压（管压降） UF: 在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时， 晶闸管阳、阴极间的电压平均值。 一般为1V左右。
(4) 正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）UFRM: 控制极开路且正向阻断情况下,允许重复加在晶闸管 两端的正向峰值电压。一般取UFRM = 80% UB0 。 普通晶闸管 UFRM 为100V — 3000V
4
优点：
电工基础教学部
目录
电工电子技术
8.1 晶闸管
8.1.1 基本结构及工作原理
1.基本结构和符号
A 阳极
P1
A
G K
外形
四 层 半 导 体
三 个
PN GG 控制极
N1 P2 N2 结构
K 阴极
结
符号
5
电工基础教学部
目录
电工电子技术
常用晶闸管的图片
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
6
7
电工基础教学部
目录
电工电子技术
3.晶闸管导通和关断条件 ①晶闸管导通的条件： 晶闸管阳极与阴极之间加正向电压（UAK>0）。 同时 晶闸管控制极与阴极之间加正向触发电压或正 向触发脉冲。 晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正反 馈，晶闸管仍可维持导通状态。 ②晶闸管关断的条件： 晶闸管阳极电流小于维持电流（IA<IH） ，或将 阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相 电压（UAK<0） 。
30
电工基础教学部
目录
电工电子技术
8.3 单结晶体管触发电路
8.3.1 单结晶体管
1. 结构与符号
B2 第二基极 发射极E PN结 N型硅片 B2 E B1
P
N
B1 示意图
欧姆接触 接触电阻 第一基极
符号
31
电工基础教学部
目录
电工电子技术
2. 工作原理
+ _
RP E + UE _ B2 + UBB _ B1 + _
ug
O O
t1
2
t
t
u > 0时: 0 ~ t1, ug 0 , 晶闸管不导通。
t1 :加触发信号，晶闸管承受正向电压导通
uo u , uT 0 。
u < 0 时: 可控硅承受反向电压不导通 uo 0 , uT u 。 即：晶闸管反向阻断
18
uo 0, uT u 。
23
–
R
电工基础教学部
目录
电工电子技术
工作波形(加续流二极管)
u
O
ug
2
t t
uO iL
O
uT
O
t
目录
电工基础教学部
t
24
电工电子技术
8.2.2 单相半控桥式整流电路
1. 电路 2. 工作原理 (1)电压u 为正半周时
T1和D2承受正向 电压。 T1控制极加触 发电压, 则T1和D2导 通，电流的通路为 a T1 RL D2 b a T1
晶闸管 如KP200-18F 表示额定正向平均电流为200A，额定电压为 1800V，管压降为0.9V的普通晶闸管。
16
P--普通晶闸管 K--快速晶闸管 S --双向晶闸管
电工基础教学部
目录
电工电子技术
8.2 可控整流电路
8.2.1 单相半波可控整流
1. 电阻性负载
(1) 电路分析 + u – T + uT – io + RL uo –
a
+ –
b u
T1
T2
RL
D1
D2
+ + uo – –
此时，T1和D2均承受反向电压而截止。
26
电工基础教学部
目录
电工电子技术
3. 工作波形
u
2
O
t t t t
27
ug
uO
O
uT1
O
电工基础教学部
目录
电工电子技术
4. 输出电压及电流的平均值
1 U O u d t πα
π
1 U ο 2U sin t d(t ) πα 1 cosα 0.9U 2 U U 1 cosα IO 0.9 Rο RL 2