第1章 电力电子器件概述1.ppt
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电力电子器件概述
31
1.4.1 门极可关断晶闸管
门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor — GTO）
晶闸管的一种派生器件。 可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。 GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因 而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。 DATASHEET
32
1.4.1 门极可关断晶闸管
25
12.）3 双晶向闸晶管闸的管派（生Tr器io件de AC Switch——TRIAC
或Bidirectional triode thyristor）
可认为是一对反并联联 接的普通晶闸管的集成。 T1
有两个主电极T1和T2，
一个门极G。
G
T2
I O
IG =0 U
在第Ｉ和第III象限有对
a)
b)
电压降低。
雪崩
击穿
晶闸管本身的压降很小，在1V左右。
IA 正向 导通
IH
IG2 IG1 IG=0
O
U UDRM bo+UA
UDSM
正向不可重复峰值电压UDSM ，正向 可重复峰值电压UDRM
-IA
晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
13
反向特性
IA 正向 导通
反向特性类似二极管的反
向特性。
- URSMURRM
闸管为半控型器件。 (4) 为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一
定数值以下，这只有用使阳极电压减小到零或 反向的方法来实现。
10
2. 晶闸管的工作原理
A
P1
N1
N1
G
P2
P2
N2
K
A
IA
1.4.1 门极可关断晶闸管
门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor — GTO）
晶闸管的一种派生器件。 可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。 GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因 而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。 DATASHEET
32
1.4.1 门极可关断晶闸管
25
12.）3 双晶向闸晶管闸的管派（生Tr器io件de AC Switch——TRIAC
或Bidirectional triode thyristor）
可认为是一对反并联联 接的普通晶闸管的集成。 T1
有两个主电极T1和T2，
一个门极G。
G
T2
I O
IG =0 U
在第Ｉ和第III象限有对
a)
b)
电压降低。
雪崩
击穿
晶闸管本身的压降很小，在1V左右。
IA 正向 导通
IH
IG2 IG1 IG=0
O
U UDRM bo+UA
UDSM
正向不可重复峰值电压UDSM ，正向 可重复峰值电压UDRM
-IA
晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
13
反向特性
IA 正向 导通
反向特性类似二极管的反
向特性。
- URSMURRM
闸管为半控型器件。 (4) 为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一
定数值以下，这只有用使阳极电压减小到零或 反向的方法来实现。
10
2. 晶闸管的工作原理
A
P1
N1
N1
G
P2
P2
N2
K
A
IA
电力电子器件-电子课件
决定晶闸管的最大电流 管芯半导体结温 流过电流的有效值 （相同的电流有效值条件下，其发热情况相同，选取型号相同）
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。
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。
电力电子技术(6).ppt
1. 概念
➢ 电力电子器件（Power Electronic Device） — 可直接用于主电路中，实现电能的变 换或控制的电子器件。
➢ 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。
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
三相交流电源
接近于零,而电流由外电路决定 ；阻断时（断态） 阻抗很大，接近于断路，电流接近于零,管子两端 电压由外电路决定 。
➢ 电力电子器件一般需要由电子电路来控制和驱动。 ➢ 电力电子器件自身的功率损耗远大于电子器件，
一般都要安装散热器。
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
3.电力电子器件的损耗
3）保护电路
保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行
4）检测电路
由信息电路组成，检测主电路或应用现场信号
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
1.1.3 电力电子器件的分类
➢ 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
1. 半控型器件
— 通过控制信号可以控制其导通来自不能控制其关断。 -- SCR及派生器件
3. PN结加反向电压( 反向偏置)
外电场
1) PN结反向偏置时, PN 结仅流过很小 的反向饱和电流， PN 结反向截止。 PN 结表现为高阻 态.
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
2) 反向恢复过程
漂移运动达动态平
－ － －－ －－ ++ ++ ++ ++
衡, 在P区和N区的
－ － －－ －－ ++ ++ ++ ++少子飘移交界面处构成空间
➢ 电力电子器件（Power Electronic Device） — 可直接用于主电路中，实现电能的变 换或控制的电子器件。
➢ 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。
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
三相交流电源
接近于零,而电流由外电路决定 ；阻断时（断态） 阻抗很大，接近于断路，电流接近于零,管子两端 电压由外电路决定 。
➢ 电力电子器件一般需要由电子电路来控制和驱动。 ➢ 电力电子器件自身的功率损耗远大于电子器件，
一般都要安装散热器。
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
3.电力电子器件的损耗
3）保护电路
保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行
4）检测电路
由信息电路组成，检测主电路或应用现场信号
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
1.1.3 电力电子器件的分类
➢ 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
1. 半控型器件
— 通过控制信号可以控制其导通来自不能控制其关断。 -- SCR及派生器件
3. PN结加反向电压( 反向偏置)
外电场
1) PN结反向偏置时, PN 结仅流过很小 的反向饱和电流， PN 结反向截止。 PN 结表现为高阻 态.
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
2) 反向恢复过程
漂移运动达动态平
－ － －－ －－ ++ ++ ++ ++
衡, 在P区和N区的
－ － －－ －－ ++ ++ ++ ++少子飘移交界面处构成空间
电力电子技术(徐德鸿,马皓,汪槱生主编)PPT模板
皓，汪槱生主编)
演讲人 202X-11-11
前言
前言
第1章 电力电子器件
第1章 电 力电子器件
01 １ . １ 电 力 电 子 器
件概述
03 １ . ３ 功 率 二 极 管
02 １ . ２ 基 本 特 性 与
工作环境
04 １ . ４ 电 力 晶 体 管
05 １ .５ 功 率
９.５ 电力电 子技术在电力 系统中的应用
0 6
９.６ 新能源 发电
第9章 电力电子 应用技术
９.７ 谐波抑制和电能质量控制 ９.８ 电磁兼容 习题与思考题
参考文献
参考文献
感谢聆听
第3章 直流-直流变换电路的 动态模型与控制
３.１ 开关周期平均与小信号线 性化动态模型 ３.２ 统一电路模型 ３.３ 调制器的模型 ３.４ 闭环控制与稳定性 习题与思考题
第4章 直流-交流变换技术
第4章 直流-交流变换技术
单击此处添加标题
单击此处添加文本具体内容， 简明扼要的阐述您的观点。根 据需要可酌情增减文字，以便 观者准确的理解您传达的思想。
3
４.９ 逆变器的控 制
4
４.１０ 逆变器输 出滤波器的设计
第4章 直流-交流 变换技术
习题与思考题
第5章 交流-直流变换技术
第5章 交流直流变换技术
0 1 ５．１ 电感滤波的不控整流电路 0 2 ５．２ 电感滤波的晶闸管可控整流
和有源逆变电路
0 3 ５．３ 电容滤波的不控整流电路 0 4 ５．４ 整流电路的谐波和功率因数 0 5 ５．５ PWM整流电路及其控制方
４.６ 三相 SPWM逆变
电路
４.４ 单相 SPWM逆变
电路
演讲人 202X-11-11
前言
前言
第1章 电力电子器件
第1章 电 力电子器件
01 １ . １ 电 力 电 子 器
件概述
03 １ . ３ 功 率 二 极 管
02 １ . ２ 基 本 特 性 与
工作环境
04 １ . ４ 电 力 晶 体 管
05 １ .５ 功 率
９.５ 电力电 子技术在电力 系统中的应用
0 6
９.６ 新能源 发电
第9章 电力电子 应用技术
９.７ 谐波抑制和电能质量控制 ９.８ 电磁兼容 习题与思考题
参考文献
参考文献
感谢聆听
第3章 直流-直流变换电路的 动态模型与控制
３.１ 开关周期平均与小信号线 性化动态模型 ３.２ 统一电路模型 ３.３ 调制器的模型 ３.４ 闭环控制与稳定性 习题与思考题
第4章 直流-交流变换技术
第4章 直流-交流变换技术
单击此处添加标题
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3
４.９ 逆变器的控 制
4
４.１０ 逆变器输 出滤波器的设计
第4章 直流-交流 变换技术
习题与思考题
第5章 交流-直流变换技术
第5章 交流直流变换技术
0 1 ５．１ 电感滤波的不控整流电路 0 2 ５．２ 电感滤波的晶闸管可控整流
和有源逆变电路
0 3 ５．３ 电容滤波的不控整流电路 0 4 ５．４ 整流电路的谐波和功率因数 0 5 ５．５ PWM整流电路及其控制方
４.６ 三相 SPWM逆变
电路
４.４ 单相 SPWM逆变
电路
电力电子器件概述(ppt 78页)
为10左右，采用达林顿接法可有效增大电流增 益
合肥工业大学电气工程学院电力电子技术精品课程项目组
3.2.3 GTR的基本特性
(1) 静态特性
• 共发射极接法时的典型输出特性：截止区、放大区和饱 和区
• 在电力电子电路中GTR工作在开关状态，即工作在截止 区或饱和区
• 在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，要经 过放大区
返回
3.1.4 GTO的主要参数
3) 最大可关断阳极电流IATO : GTO的额定电流
4) 电流关断增益off 最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大
值IGM之比称为电流关断增益
off
I ATO I GM
（1-8）
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
GK
G
K
G
A
N2
P2 N1
P1 A
N2
G K
a)
b)
c)
图1-13
图1-13 GTO的内部结构和电气图形符号
a) 各单元的阴极、门极间隔排列的图形 b) 并联单元结构断面示意图 c) 电气图形符号
合肥工业大学电气工程学院电力电子技术精品课程项目组
返回
3.1.2 GTO的结构和工作原理
➢ 工作原理：
合肥工业大学电气工程学院电力电子技术精品课程项目组
返回
3.2.4 GTR的主要参数
1) 最高工作电压
– GTR上电压超过规定值时会发生击穿 – 击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外
电路接法有关 – BUcbo> BUcex> BUces> BUcer> Buceo – 实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比
合肥工业大学电气工程学院电力电子技术精品课程项目组
3.2.3 GTR的基本特性
(1) 静态特性
• 共发射极接法时的典型输出特性：截止区、放大区和饱 和区
• 在电力电子电路中GTR工作在开关状态，即工作在截止 区或饱和区
• 在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，要经 过放大区
返回
3.1.4 GTO的主要参数
3) 最大可关断阳极电流IATO : GTO的额定电流
4) 电流关断增益off 最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大
值IGM之比称为电流关断增益
off
I ATO I GM
（1-8）
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
GK
G
K
G
A
N2
P2 N1
P1 A
N2
G K
a)
b)
c)
图1-13
图1-13 GTO的内部结构和电气图形符号
a) 各单元的阴极、门极间隔排列的图形 b) 并联单元结构断面示意图 c) 电气图形符号
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3.1.2 GTO的结构和工作原理
➢ 工作原理：
合肥工业大学电气工程学院电力电子技术精品课程项目组
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3.2.4 GTR的主要参数
1) 最高工作电压
– GTR上电压超过规定值时会发生击穿 – 击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外
电路接法有关 – BUcbo> BUcex> BUces> BUcer> Buceo – 实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比
电力电子器件
15
1.2.1
样。
PN结与电力二极管的工作原理 结与电力二极管的工作原理
基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一 以半导体PN结为基础。 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。
A
K
A I
P J b)
N
K
K
A a)
c)
图1-2 电力二极管的外形、结构和电气图形符号 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
2
第1章 电力电子器件
电子技术的基础
引言
电子器件： 电子器件：晶体管和集成电路 电力电子电路的基础 电力电子器件 本章主要内容：
简要概述电力电子器件的概念 特点 分类 概念、特点 分类等 概念 特点和分类 问题 介绍各种常用电力电子器件的工作原理 基本 工作原理、基本 工作原理 特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些 特性、主要参数 问题
10
1.1.3 电力电子器件的分类
按照器件能够被控制电路信号所控制的程度， 按照器件能够被控制电路信号所控制的程度 ， 分为以下三类： 分为以下三类：
1) 半控型器件 通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。 器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定 2) 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， 电力场效应晶体管（电力MOSFET） 又称自关断器件。
7
通态损耗： 通态损耗： 导通时器件上有一定的通态压降
关断损耗：在器件关断的转换过程中产生的损耗 关断损耗：
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 电力电子系统 控制电路、驱动电路 控制电路 驱动电路 电力电子器件为核心的主电路 主电路组成 主电路
第1章 电力电子器件1(湖南大学电气院)
A
G K
IA
光强度
强
弱
O
UAK
a)
b)
光控晶闸管的电气符号和伏安特性
电力电子技术
图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
G KK
A A G 外形a)
A
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K G
A
K 结构b)
电气图c)
返回
➢ 电力电子器件一般工作在开关状态 ➢ 电力电子器件常常需要信息电子电路来控
制 ➢ 电力电子器件的功率损耗通常比信息电子
电路器件的大
电力电子技术
二、电力电子器件的分类
➢ 按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分 为三类：
（1）半控型器件——通过控制信号可以控制其导通而不 能控制其关断（晶闸管） （2）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，又称自关断器件（MOSFET、IGBT） （3）不可控器件——不能用控制信号来控制其通断，因 此也就不需要驱动电路（二极管）
➢ 平板型封装的晶闸管，两个平面分别是阳极和阴极， 细长端是门极
电力电子技术
2.晶闸管的工作原理
2.1晶闸管的导通实验 A
G K
EA S1
EG S2
➢A、K接正向电压，灯泡不燃亮 ➢A、K接正向电压，G、K接负电压，灯泡不燃亮 ➢A、K接正向电压，G、K接正电压，灯泡燃亮 ➢A、K接负向电压，灯泡不燃亮 ➢A、K接负向电压，无论G、K接何种电压灯泡不燃亮 ➢灯泡燃亮后，撤除G、K间电压或G、K间接负向电压，灯泡仍然燃亮 ➢灯泡燃亮后，撤除A、K间电压或A、K接负向电压，灯泡熄灭
量时，求选择晶闸管的电流定额
IT(AV)
第1章电力电子器件
ton=td+tr
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
电力电子器件综合概述(ppt 83页)
20
晶闸管的基本特性
1. 静态特性
IA
反向阻断
URO
IH 0
反向特性
反向击穿
1）IG=0时，若UA＞ UBO，则晶闸管
会出现“硬开通”现象——不允许
正
2）IG增加时，正向转折电压减小。
向 导 通
正向特性 3）晶闸管一旦导通，门极失去控制 作用。
硬开通
IG2>IG1>IG0 IG2 IG1 IG0=0
22
晶闸管的主要参数
1．电压定额
断态重复峰值电压UDRM
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。
反向重复峰值电压URRM
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。
额定电压的选取要留有
取晶闸管的UDRM和 URRM中较小的标值作 为该器件的额定电压。
一定裕量，一般取额定 电压为正常工作时晶闸 管所承受峰值电压的
3） 晶闸管具有开关作用。
导通时：相当于开关闭合；阻断时：相当于开关断开。
18
例题
电路如图，已知u2和ug波形，试画出电阻Rd两端 的电压ud波形。
2π
π
3π
晶闸管的导通时刻由u2和ug共同决定，关断则仅取决于u2的过零时刻
19
晶闸管的基本特性
1. 静态特性
伏安特性：——阳极伏安特性
晶闸管的阳极与阴极之间的电压ua与阳极 电流ia之间的关系。
通态电流临界上升率di/dt
在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大 通态电流上升率。
27
晶闸管的主要参数
晶闸管型号的命名方法：
K P □－□ □
通态平均电压组别 正反向重复峰值电压等级 额定通态平均电流 普通反向阻断型 表示晶闸管 例如：KP100-12G 表示额定电流100A、额定电压1200V、管压降1v的普通型晶闸管。
晶闸管的基本特性
1. 静态特性
IA
反向阻断
URO
IH 0
反向特性
反向击穿
1）IG=0时，若UA＞ UBO，则晶闸管
会出现“硬开通”现象——不允许
正
2）IG增加时，正向转折电压减小。
向 导 通
正向特性 3）晶闸管一旦导通，门极失去控制 作用。
硬开通
IG2>IG1>IG0 IG2 IG1 IG0=0
22
晶闸管的主要参数
1．电压定额
断态重复峰值电压UDRM
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。
反向重复峰值电压URRM
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。
额定电压的选取要留有
取晶闸管的UDRM和 URRM中较小的标值作 为该器件的额定电压。
一定裕量，一般取额定 电压为正常工作时晶闸 管所承受峰值电压的
3） 晶闸管具有开关作用。
导通时：相当于开关闭合；阻断时：相当于开关断开。
18
例题
电路如图，已知u2和ug波形，试画出电阻Rd两端 的电压ud波形。
2π
π
3π
晶闸管的导通时刻由u2和ug共同决定，关断则仅取决于u2的过零时刻
19
晶闸管的基本特性
1. 静态特性
伏安特性：——阳极伏安特性
晶闸管的阳极与阴极之间的电压ua与阳极 电流ia之间的关系。
通态电流临界上升率di/dt
在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大 通态电流上升率。
27
晶闸管的主要参数
晶闸管型号的命名方法：
K P □－□ □
通态平均电压组别 正反向重复峰值电压等级 额定通态平均电流 普通反向阻断型 表示晶闸管 例如：KP100-12G 表示额定电流100A、额定电压1200V、管压降1v的普通型晶闸管。
第1章 电力电子器件54120
➢ 器件一般有三个端子（或称极或管角），其中两个联 结在主电路中，而第三端被称为控制端（或控制极）。 器件通断是通过在其控制端和一个主电路端子之间加 一定的信号来控制的，这个主电路端子是驱动电路和 主电路的公共端，一般是主电路电流流出器件的端子。
PENEC
第1章第13页
西安交通大学电力电子与新能源技术研究中心(PENEC)制作
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
西安交通大学电力电子与新能源技术研究中心(PENEC)制作
1.1.3 电力电子器件的分类
(2) 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，又称自关断器件
➢ 绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT）
➢ 电力场效应晶体管（Power MOSFET，简称为 电力MOSFET）
PENEC
第1章第9页
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征
➢ 阻断时器件上有微小的断态漏电流流过，形成断 态损耗
➢ 在器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和 关断损耗，总称开关损耗
➢ 对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是 造成器件发热的原因之一
第1章第20页
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PENEC
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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
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1.1.3 电力电子器件的分类
(2) 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，又称自关断器件
➢ 绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT）
➢ 电力场效应晶体管（Power MOSFET，简称为 电力MOSFET）
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第1章第9页
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征
➢ 阻断时器件上有微小的断态漏电流流过，形成断 态损耗
➢ 在器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和 关断损耗，总称开关损耗
➢ 对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是 造成器件发热的原因之一
第1章第20页
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电力电子技术之电力电子器件概述PPT模版(92页)
之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件开通并 维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态。
按照载流子参与导电的情况分类： ◆单极型器件 由一种载流子参与导电。 ◆双极型器件 由电子和空穴两种载流子参与导电。 ◆复合型器件 由单极型器件和双极型器件集成混合而成，
也称混合型器件。
5. 不可控器件 —— 电力二极管
1.电力电子器件的概念
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。
广义上电力电子器件可分为真空器件和半导 体器件两类，目前往往专指电力半导体器件。
动态特性
◆因为结电容的存在，电压—电流特性 是随时间变化的，这就是电力二极管的动态 特性，并且往往专指反映通态和断态之间转 换过程的开关特性。
◆由正向偏置转换为反向偏置
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。
导调制效应起作用所需的大量
实际应用中，小容量二极管
采用两端引出线的引线型， 中等容量电力二极管多为螺 栓型，大容量则采用平板型。 A
A K
K
A PN K
I
J
b)
A
K
a)
c)
电力二极管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 基本结构 c) 电气图形符号
（1）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 上则形成自P区流入而从N区流出的电流，称为正向电流
按照载流子参与导电的情况分类： ◆单极型器件 由一种载流子参与导电。 ◆双极型器件 由电子和空穴两种载流子参与导电。 ◆复合型器件 由单极型器件和双极型器件集成混合而成，
也称混合型器件。
5. 不可控器件 —— 电力二极管
1.电力电子器件的概念
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。
广义上电力电子器件可分为真空器件和半导 体器件两类，目前往往专指电力半导体器件。
动态特性
◆因为结电容的存在，电压—电流特性 是随时间变化的，这就是电力二极管的动态 特性，并且往往专指反映通态和断态之间转 换过程的开关特性。
◆由正向偏置转换为反向偏置
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。
导调制效应起作用所需的大量
实际应用中，小容量二极管
采用两端引出线的引线型， 中等容量电力二极管多为螺 栓型，大容量则采用平板型。 A
A K
K
A PN K
I
J
b)
A
K
a)
c)
电力二极管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 基本结构 c) 电气图形符号
（1）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 上则形成自P区流入而从N区流出的电流，称为正向电流
电力电子器件60937资料
•晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件 •器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定
(2) 全控型器件—既可控制其导通又可控制其关断
•绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT）
•电力场效应晶体管（Power MOSFET，简称为电力MOSFET）
•导通时器件上有一定的通态压降，形成通态损耗
•阻断时器件上有微小的断态漏电流流过，形成断态损耗
•在器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和关断损耗，总称开关损耗
•对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是造成器件发热的原因之一 •通常断态漏电流极小，因而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，开关损耗会可能成为器件功率损耗的主要因素
•TJM通常在125~175C范围之内
•5. 反向恢复时间trr •trr= td+ tf ，关断过程中，电流降到0起到恢复反响 阻断能力止的时间
•6. 浪涌电流IFSM •指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频 周期的过电流。
1.2.4电力二极管的主要类型
•按照正向压降、反向耐压、反向漏电流等性能，特别是反向恢复特性 的不同介绍 •在应用时，应根据不同场合的不同要求选择不同类型的电力二极管 •性能上的不同是由半导体物理结构和工艺上的差别造成的
1.2 不可控器件-电力二极管
电力二极管（Power Diode）自20世纪50年代获得应用。 它是不可控器件。
•结构和原理简单，工作可靠。 •快恢复二极管和肖特基二极管，分别 在中、高频整流和逆 变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位
整流二极管及模块
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
(2) 全控型器件—既可控制其导通又可控制其关断
•绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT）
•电力场效应晶体管（Power MOSFET，简称为电力MOSFET）
•导通时器件上有一定的通态压降，形成通态损耗
•阻断时器件上有微小的断态漏电流流过，形成断态损耗
•在器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和关断损耗，总称开关损耗
•对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是造成器件发热的原因之一 •通常断态漏电流极小，因而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，开关损耗会可能成为器件功率损耗的主要因素
•TJM通常在125~175C范围之内
•5. 反向恢复时间trr •trr= td+ tf ，关断过程中，电流降到0起到恢复反响 阻断能力止的时间
•6. 浪涌电流IFSM •指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频 周期的过电流。
1.2.4电力二极管的主要类型
•按照正向压降、反向耐压、反向漏电流等性能，特别是反向恢复特性 的不同介绍 •在应用时，应根据不同场合的不同要求选择不同类型的电力二极管 •性能上的不同是由半导体物理结构和工艺上的差别造成的
1.2 不可控器件-电力二极管
电力二极管（Power Diode）自20世纪50年代获得应用。 它是不可控器件。
•结构和原理简单，工作可靠。 •快恢复二极管和肖特基二极管，分别 在中、高频整流和逆 变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位
整流二极管及模块
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
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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。
1.1.4 本章学习内容与学习要点
本章内容:
介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以 及选择和使用中应注意的一些问题。 集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并联使 用这三个问题。
学习要点:
最重要的是掌握其基本特性。 掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特 性曲线的使用方法。 可能会主电路的其它电路元件有特殊的要求。
电力电子电路的基础
——— 电力电子器件
本章主要内容：
概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。 介绍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问题。
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 1.1.4 本章内容和学习要点
路和控
制电路
控
制
控制电路
电
检测 电路
保护 电路
V1 LR
中附加 一些电 路，以 保证电 力电子 器件和
驱动
路
电路
V2
主电路
整个系 统正常 可靠运
电气隔离
行
图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
1.1.3 电力电子器件的分类
按照器件能够被控制的程度，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能控
1.2 不可控器件—电力二极管
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 1.2.2 电力二极管的基本特性 1.2.3 电力二极管的主要参数 1.2.4 电力二极管的主要类型
1.2 不可控器件—电力二极管·引 言
➢ Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自 20世纪50年代初期就获得应用。
uF 2V
0
b) tfr
t
图1-5 电力二极管的动态过程波形
a) 正向偏置转换为反向偏置
b) 零偏置转换为正向偏置
1.2.2 电力二极管的基本特性
关断过程
IF
diF
dt
trr
须经过一段短暂的时间才能重新获 UF
td
tf
得t2
制其关断。 全控型器件（IGBT,MOSFET)
——通过控制信号既可控制其导通又可控制其 关断，又称自关断器件。 不可控器件(Power Diode)
——不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不 需要驱动电路。
1.1.3 电力电子器件的分类
按照驱动电路信号的性质，分为两类：
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。
➢二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要 特征。
PN结的反向击穿（两种形式）
雪崩击穿 齐纳击穿 均可能导致热击穿
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
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。
结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电 容CB和扩散电容CD。 电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关 状态。
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）
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：
能处理电功率的能力，一般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。
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件
1）概念: 电力电子器件（power Electronic Device）
——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电 子器件。
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。
2）分类:
➢ 快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高 频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具 有不可替代的地位。
整流二极管及模块
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
基本结构和工作 原理与信息电子 电路中的二极管 一样。
由一个面积较大 的PN结和两端引 线以及封装组成 的。
从外形上看，主 要有螺栓型和平 板型两种封装。
A
K A
a)
K
A
K
PN
I J
b)
A
K
c)
图1-2 电力二极管的外形、结构和电气 图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
PN结的状态
状态参 数
电流 电压 阻态
正向导通
正向大 维持1V 低阻态
反向截止
几乎为零 反向大 高阻态
反向击穿
反向大 反向大 ——
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
主要损耗 断态损耗 开关损耗
开通损耗 关断损耗
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，开关损耗可能成为器件功率损 耗的主要因素。
1.1.2 应用电力电子器件系统组成
电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路
和以电力电子器件为核心的主电路组成。 在主电
2) 动态特性
F
diF
dt
trr
——二极管的电压-电流特性随时 UF
td
tf
间变化的
tF t0
t1 t2
UR
t
diR
——结电容的存在
dt
延迟时间：td= t1- t0, 电流下降时间：tf= t2- t1
u
IRP a)
URP
i
UFP
iF
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。
第1章
电力电子器件
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——二极管
1.3 半控型器件——晶闸管
1.4 典型全控型器件
1.5 其他新型电力电子器件
1.6 电力电子器件的驱动
1.7 电力电子器件的保护
1.8 电力电子器件的串联和并联使用
本章小结及作业
第1章 电力电子器件·引言
电子技术的基础
——— 电子器件：晶体管和集成
1.2.2 电力二极管的基本特性
1) 静态特性
主要指其伏安特性
门槛电压UTO，正向电流 IF开始明显增加所对应的 电压。
与IF对应的电力二极管两 端的电压即为其正向电 压降UF 。
承受反向电压时，只有 微小而数值恒定的反向 漏电流。
I IF
O UTO UF
U
图1-4 电力二极管的伏安特性
1.2.2 电力二极管的基本特性
——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。
1.1.4 本章学习内容与学习要点
本章内容:
介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以 及选择和使用中应注意的一些问题。 集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并联使 用这三个问题。
学习要点:
最重要的是掌握其基本特性。 掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特 性曲线的使用方法。 可能会主电路的其它电路元件有特殊的要求。
电力电子电路的基础
——— 电力电子器件
本章主要内容：
概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。 介绍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问题。
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 1.1.4 本章内容和学习要点
路和控
制电路
控
制
控制电路
电
检测 电路
保护 电路
V1 LR
中附加 一些电 路，以 保证电 力电子 器件和
驱动
路
电路
V2
主电路
整个系 统正常 可靠运
电气隔离
行
图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
1.1.3 电力电子器件的分类
按照器件能够被控制的程度，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能控
1.2 不可控器件—电力二极管
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 1.2.2 电力二极管的基本特性 1.2.3 电力二极管的主要参数 1.2.4 电力二极管的主要类型
1.2 不可控器件—电力二极管·引 言
➢ Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自 20世纪50年代初期就获得应用。
uF 2V
0
b) tfr
t
图1-5 电力二极管的动态过程波形
a) 正向偏置转换为反向偏置
b) 零偏置转换为正向偏置
1.2.2 电力二极管的基本特性
关断过程
IF
diF
dt
trr
须经过一段短暂的时间才能重新获 UF
td
tf
得t2
制其关断。 全控型器件（IGBT,MOSFET)
——通过控制信号既可控制其导通又可控制其 关断，又称自关断器件。 不可控器件(Power Diode)
——不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不 需要驱动电路。
1.1.3 电力电子器件的分类
按照驱动电路信号的性质，分为两类：
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。
➢二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要 特征。
PN结的反向击穿（两种形式）
雪崩击穿 齐纳击穿 均可能导致热击穿
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
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。
结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电 容CB和扩散电容CD。 电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关 状态。
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）
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：
能处理电功率的能力，一般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。
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件
1）概念: 电力电子器件（power Electronic Device）
——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电 子器件。
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。
2）分类:
➢ 快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高 频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具 有不可替代的地位。
整流二极管及模块
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
基本结构和工作 原理与信息电子 电路中的二极管 一样。
由一个面积较大 的PN结和两端引 线以及封装组成 的。
从外形上看，主 要有螺栓型和平 板型两种封装。
A
K A
a)
K
A
K
PN
I J
b)
A
K
c)
图1-2 电力二极管的外形、结构和电气 图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
PN结的状态
状态参 数
电流 电压 阻态
正向导通
正向大 维持1V 低阻态
反向截止
几乎为零 反向大 高阻态
反向击穿
反向大 反向大 ——
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
主要损耗 断态损耗 开关损耗
开通损耗 关断损耗
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，开关损耗可能成为器件功率损 耗的主要因素。
1.1.2 应用电力电子器件系统组成
电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路
和以电力电子器件为核心的主电路组成。 在主电
2) 动态特性
F
diF
dt
trr
——二极管的电压-电流特性随时 UF
td
tf
间变化的
tF t0
t1 t2
UR
t
diR
——结电容的存在
dt
延迟时间：td= t1- t0, 电流下降时间：tf= t2- t1
u
IRP a)
URP
i
UFP
iF
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。
第1章
电力电子器件
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——二极管
1.3 半控型器件——晶闸管
1.4 典型全控型器件
1.5 其他新型电力电子器件
1.6 电力电子器件的驱动
1.7 电力电子器件的保护
1.8 电力电子器件的串联和并联使用
本章小结及作业
第1章 电力电子器件·引言
电子技术的基础
——— 电子器件：晶体管和集成
1.2.2 电力二极管的基本特性
1) 静态特性
主要指其伏安特性
门槛电压UTO，正向电流 IF开始明显增加所对应的 电压。
与IF对应的电力二极管两 端的电压即为其正向电 压降UF 。
承受反向电压时，只有 微小而数值恒定的反向 漏电流。
I IF
O UTO UF
U
图1-4 电力二极管的伏安特性
1.2.2 电力二极管的基本特性