第一章电力电子器件
电力电子器件复习提纲
• 16、电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管 所承受的最大正向电压Um等于√2U2，晶闸管控制角 α的最大移相范围是0~150º，使负载电流连续的条件 为α≤30º(U2为相电压有效值)。 • 17、单相全控桥式整流大电感负载电路中，控制角α 的移相范围是( A ) • A 0°～90° B 0°～180° C 90°～ 180° D 180°～360°
• 11、直流斩波电路作用是将交流电压变换成一种幅值可调的直流 电压。 （×） • 12、直流斩波电路采用的电力电子器件多以晶闸管为主。 （×） • 13、直流斩波电路有降压式斩波电路、升压式斩波电路和升降压 式斩波电路。 （√） • 14、晶闸管过零调功器两种控制方式为全周波连续式和全周波间 隔式。 • 15、交流调压电路是用来变换交流电压幅值的电路，与整流相似， 也有单相和三相之分。
• 23、晶闸管在电路中的门极正向偏压（ B ）愈好。 • A、愈大 B、愈小 C、不变 D、愈稳定 • 24、普通晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（ C ） 来表示的。A 有效值 B 最大值 C 平均值 D瞬时值 • 25、如某晶闸管的正向阻断重复峰值电压为745V，反向重复 峰值电压为825V，则该晶闸管的额定电压应为（ A ） • A、700V B、750V C、800V D、850V • 26、双向晶闸管的通态电流（额定电流）是用电流的（ A ） 来表示的。 • A、 有效值 B、 最大值 C、 平均值 D、 瞬时值 • 27、比较而言，下列半导体器件中输入阻抗最大的（ B ）。 • A、GTR B、MOSFET C、IGBT D、GTO • 28、下列电力半导体器件电路符号中表示IGBT器件的电路符 号是( C )。
第一章 电力电子器件
• 1、P14，例1-1 • 2、P14，例1-2 • 3、作业（P34）：1-1、1-2、1-3、1-4、1-7、1-8、1-9（C）、110、1-11、1-22。 • 4、电力电子技术是依靠电力电子器件组成各种电力变换电路， 实现电能的高效率转换与控制的一门学科，它包括 电力电子器件、 电力电子电路和控制电路三个组成部分。
第1章 电力电子器件概述(第一部分)(2)
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
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1-3
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）
和控制电 路中附加 一些电路， 以保证电 力电子器 件和整个 系统正常 可靠运行
V1 L R
V2
主电路
电气隔离 图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
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1-7
注重对器件的保护：通常采用吸收（缓冲） 保护电路（ Snubber ）来限制器件的 du/dt 和di/dt，减小由于大电流跃变在引线（寄 生）电感上形成的反电势尖峰，以防器件 过压击穿。 需要驱动与隔离：强、弱电系统之间电气 隔离，不共地，消除相互影响，减小干扰， 提高可靠性。
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。
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1-6
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。 在主电路
控 制 控制电路 电 路 检测 电路 保护 电路 驱动 电路
额定电流 —— 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。 IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应 按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留 有一定的裕量。 在工频正弦半波的情况下：
平均值 IF(AV) 有效值 1.57 IF(AV)
电力电子复资料
第一章 电力电子器件1、电力电子器件一般工作在( 开关状态 ) 。
2、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： ( 半控型器件)、(全控型器件)、(不可控器件)。
3、半控型电力电子器件控制极只能控制器件的（ 导通 ），而不能控制器件的( 关断 )4、电力二极管的主要类型有( 普通二极管 )，( 快恢复二极管 )和(肖特基二极管)5、晶闸管的三极为( 阳极 )、 ( 阴极 )、( 门极 )。
6、晶闸管是硅晶体闸流管的简称，常用的外形有( 螺栓型 )与( 平板型 )。
7、晶闸管一般工作在( 开关 )状态。
晶闸管由( 四 )层半导体构成；有( 3 )个PN 结。
8、晶闸管的电气符号是A AG G K Kb)c)a)A GK K G A P 1N 1P 2N 2J 1J 2J 3 。
9、晶闸管导通的条件是在 ( 阳 )极加正向电压，在 ( 门 )极加正向触发电压。
10、给晶闸管阳极加上一定的( 正向 )电压；在门极加上( 正向门极 )电压，并形成足够的( 门极触发 )电流，晶闸管才能导通。
11、晶闸管的非正常导通方式有 ( 硬导通 ) 和 ( 误导通 ) 两种。
12、晶闸管在触发开通过程中，当阳极电流小于( 擎住 )电流之前，如去掉( 触发 )脉冲，晶闸管又会关断。
13、要使晶闸管重新关断，必须将（ 阳极 ）电流减小到低于（ 维持 ）电流。
14、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 ( 大于 )I H 。
15、晶闸管的额定电流是指（ 平均 ）值；。
16、由波形系数可知，晶闸管在额定情况下的有效值电流I T 等于（ 1.57 ）倍I T （AV ），如果I T （AV ）=100安培，则它允许的有效电流为（ 157 ）安培。
通常在选择晶闸管时还要留出 （1.5～2 ）倍的裕量。
17、型号为KP100-8的晶闸管表示其额定电压为 ( 800 ) 伏额定有效电流为( 100 ) 安。
电力电子技术复习习题解析华北电力大学
第一章电力电子器件一、本章主要内容及重点与难点【主要内容】本章主要讨论电力电子器件的分类以及典型电力电子器件的结构、电气符号、工作原理、基本特性与主要参数。
在学习过程中，主要应掌握以下内容：1．电力电子器件的概念与特征；2. 电力电子器件的分类；3. 电力二极管的工作原理、基本特性与主要参数；4. 晶闸管（SCR）的工作原理、基本特性与主要参数；5. 几种典型全控型电力电子器件（GTO；GTR；PowerMOSFET；IGBT）的工作原理、基本特性与主要参数；6. 上述全控型电力电子器件的性能比较。
【重点与难点】本章重点在于半控型器件——晶闸管，要重点掌握晶闸管的的结构、电气符号、开关规律、静态特性以及主要参数。
（重点应该再加上MOS和IGBT，因为这2种器件应用应用很广很重要。
）本章难点在于晶闸管额定电流、额定电压的定义以及实际使用中如何选择晶闸管的参数。
二、典型习题解析例1-1 下列对晶闸管特性的叙述中，正确的是（）。
A 晶闸管属于电流驱动双极型器件 C 晶闸管触发导通后，门极就失去了控制作用B 晶闸管具有单向导电性 D 晶闸管的擎住电流大于维持电流【答案】A、B、C、D【解析】本题主要考察对晶闸管特性的熟悉程度，四个选项的描述均正确。
A选项考察晶闸管的分类；B选项考察半导体器件的特点；C选项考察晶闸管的开关特性；D选项考察晶闸管的主要参数例1-2 双向晶闸管的额定电流是以（）定义的；GTO的额定电流是以（）定义的。
A 平均值B 有效值C 最大值D 瞬时值【答案】B，C【解析】本题主要考察双向晶闸管与GTO额定电流的定义，双向晶闸管的正向伏安特性与反向伏安特性相同，用于交流电路中，其额定电流是以有效值定义的。
GTO的阳极电流如过大，可能会出现无法由门极控制关断的情况，因此其额定电流是以最大可关断阳极电流定义的。
例1-3 下列电力电子器件中，存在电导调制效应的是（）。
A GTOB GTRC PowerMOSFETD IGBT【答案】A、B、D【解析】本题主要考察对电导调制效应的理解，电导调制效应仅在双极型器件中起作用，单极型器件仅有一种载流子参与导电，因此不存在电导调制效应。
电力电子技术学习指导
第一章电力电子器件重点和难点：一、电力二极管特性静态特性主要是指其伏安特性，而动态特性是由于结电容的存在，电力二极管在零偏置、正向偏置和反向偏置者三种状态之间转换的时候，必然要要经历一个过渡过程，在这些过渡过程中，PN结的一些区域是需要一定的时间来调整其带电的状态，因而其电压－电流特性不能用通常所说的伏安特性来描述，而是随时间变化的；电力二极管的正向平均电流是指其长期运行时，在指定的管壳温度和散热条件下其允许流过的最大公频正旋半波电流的平均值；电力二极管的正向压降是指在指定的温度下，流过某一指定的稳定正向电流时对应的正向压降。
二、晶闸管的工作原理参见教材P16，当对晶闸管施以正向电压且门极有电流注入则导通，当对其施以反相电压时晶闸管截止，而把正向电压改为反向电压或使的流过晶闸管的电流降低到接近与零的某一个数值时晶闸管关断。
三、MOSFET、IGBT的工作原理1、电力MOSFET的工作原理（1）截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。
P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。
（2）导电：在栅源极间加正电压U GS,当U GS大于U T时，P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。
2、IGBT的结构和工作原理（1）三端器件：栅极G、集电极C和发射极E（2）驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，通断由栅射极电压u GE 决定。
导通：u GE大于开启电压U＝GE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。
通态压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降减小。
关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。
四、电力二极管工作原理电力二极管工作原理与信息电子电路中的二极管的工作原理时一样的，都是以半导体PN结为基础的，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。
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。
电力电子技术第一章
（第一章电力电子器件）电力电子技术——使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子技术。
电力电子器件——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。
半导体器件采用的主要材料是硅【电力电子器件的特征】1处理电功率的能力非常大，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。
3电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制和驱动。
4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。
电力电子系统：由控制电路、保护电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。
【电力电子器件的分类】1)按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，可分为三类：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。
例：晶闸管全控型器件——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。
如IGBT、Power MOSFET、GTO、BJT。
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。
如电力二极管。
2)按照驱动电路信号的性质，可分为两类：电流驱动型,电压驱动型【电力二极管】PN结的单向导电性就是二极管的基本原理静态特性——主要是指其伏安特性动态特性——由于结电容的存在，电力二极管在通态与断态之间转换时，需经历一个过渡过程。
在此过渡过程中，其电压-电流特性随时间而变化，这就是电力二极管的动态特性，且专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性。
正向平均电流I F(AV)：即额定电流，指电力二极管长期运行时，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。
正向平均电流I F(AV)的对应的有效值为1.57I F(AV) 【晶闸管】内部结构: 是PNPN四层半导体结构。
P1区引出阳极A，N2区引出阴极K，P2区引出门极G。
四个区形成三个PN结：J1、J2、J3。
电力电子技术(第4版)第4讲 电力电子器件讲解
电力电子技术
第1章： 电力电子器件
⑴IGBT的结构和工作原理
①三端器件：栅极G、集电极C和发射极E
发射极 栅极
E
G
N+ P N+
N+ P N+
J3 J2
电力电子技术
第1章： 电力电子器件
⑵IGBT的基本特性
①IGBT的静态特性
IC
输出特性
IC
有源区
•分 为 三 个 区 域 ： 正向阻断区、有 源区和饱和区。
饱 和 区
URM 反向阻断区
O UGE(th)
UGE
O
正向阻断区
a)
b)
转UG移E间特的性关—系—(I开C与启电
图1.24 IGBT的转移特性和输出特性 a) 转移特性 b) 输出特性
压UGE(th))
UGE增加 UGE(th) UFM UCE
电力电子技术
第1章： 电力电子器件
② IGBT的动态特性
U GE 90% U GEM
U GEM
IGBT的开通过程 与MOSFET的相似
10% U GEM
0 IC 90% I CM
t d(on)
I CM tr
t d(off)
t tf
开通延迟时间td(on)
电力电子技术
第1章： 电力电子器件
③电力MOSFET的工作原理
截止：漏源极间加正电源，栅 源极间电压为零。
–P 基 区 与 N 漂 移 区 之 间 形 成
的PN结J1反偏，漏源极之间
王兆安《电力电子技术》第四版 课后习题答案
第一章 电力电子器件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：晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或者U AK >0且U GK >01.2 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。
1.3 图1－43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im , 试计算各波形的电流平均值I d1,I d2,I d3与电流有效值I 1，I 2，I 3解:a) Id1=Im 2717.0)122(2Im )(sin Im 214≈+Π=Π∫ΠΠt ω I1=Im 4767.021432Im )()sin (Im 2142≈Π+=Π∫ΠΠwt d t ϖ b) Id2=Im 5434.0)122(2Im )(sin Im 14=+=Π∫ΠΠwt d t ϖ I2=Im 6741.021432Im 2)()sin (Im 142≈Π+=Π∫ΠΠwt d t ϖ c) Id3=∫Π=Π20Im 41)(Im 21t d ω I3=Im 21)(Im 21202=Π∫Πt d ω 1.4.上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶阐管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少?这时,相应的电流最大值Im1,Im2,Im3各为多少?解:额定电流I T(A V)=100A 的晶闸管,允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知 a) Im135.3294767.0≈≈IA, Id1≈0.2717Im1≈89.48Ab) Im2,90.2326741.0A I≈≈ Id2A 56.1262Im 5434.0≈≈c) Im3=2I=314 Id3=5.783Im 41=1.5.GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构,为什么GTO 能够自关断,而普通晶闸管不能?答:GTO 和普通晶阐管同为PNPN 结构,由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2，分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶阐管的分析可得，121=+αα是器件临界导通 的条件。
电力电子器件的原理与特性
第一章 电力电子器件的原理与特性
1-1
要求及重点
器件原理
• 要求： –了解电力电子器件的发展、分类与应用； –理解和掌握SCR、GTO、GTR（或BJT）、电 力MOSFET和IGBT等常用器件的工作原理、电 气特性和主要参数。
• 重点： –各种电力电子器件原理、性能上的不同点， 各自应用的场合。
Im
sinω td (ω t)
Im
I
1
2
0
(Im
sinω t)2 d (ω t)
Im 2
I 1.57 ITA 2
1-15
课 堂 思 考 （二）
器件原理
• 通过SCR的电流波形 如图所示，Im＝300A 试选取SCR的ITA
• 解：电流有效值
I
1
2
2
0 3 (Im )2 d (ω
出电压Vd是否正确可调时，发现电压表V读数
不正常，接上Rd 后一切正常，为什么？（触 发脉冲始终正常工作）
1-11
SCR的工作原理
器件原理
1-12
SCR的特性
• SCR的伏安特性 VRSM: 反向不重
复峰值电压 VBO：转折电压 IH ： 维持电流 • 门极的伏安特性
器件原理
1-13
SCR的主要参数
器件原理
SCR的主要参数（续）
• 门极参数 以三菱公司的 TM400HA－M 为例
1-18
器件原理
晶闸管家族的其它器件
• 快速晶闸管（KK、FSCR） • 逆导型晶闸管（Reverse Conducting Thyristor）
– RCT
1-19
器件原理
晶闸管家族的其它器件（续）
电力电子器件试题
组成一个系统。
3、按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可以将电力电子器件分为( )、( )、
( )；按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，又可以将电力电子器件
（电力二极管除外）分为( )和(
)。
4、通常取晶闸管的断态重复峰值电压 UDRM 和反向重复峰值电压 URRM 中( )标值作为该器件的 额定电压。选用时，额定电压要留有一点裕量，一般取额定电压为正常工作时的晶闸管所承受峰
第一章 电力电子器件
一、选择题
1、电力电子器件功率损耗的主要原因是（ ）。
A、通态损耗 B、断态损耗 C、开通损耗 D、关断损耗
2、晶闸管一旦导通，门极就( )控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都( )导通。
A、失去 停止 B、失去 保持 C、保持 停止 D、保持 保持
3、哪一种方法不能关断晶闸管？（ ）
）IH。
7、在电力电子电路中，GTR 工作在开关状态，即工作在（ ）和（
）。
A、截止 B、饱和 C、放大
8、当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极加何种极性触发电压，管子都将工作在( )
A、导通状态
B、关断状态
C、饱和状态
D、不定
9、晶闸管的触发电路中，触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，对变流器的起动，双星形带平
A、去掉阳极所加的正向电压；
B、给阳极施加发向电压
C、使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下；D、去掉外电路注入门极的触发电流
4、下面哪个是绝缘栅双极晶体管的简称（ ）。
A、GTO B、GTR C、IGBT D、MOSFET
5、晶闸管被称为（ ）型器件。
A、IH 与擎住电流 IL 的数值大小上有 IL（ A、大于 B、小于 C、等于
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)
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➢ 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)
电力电子技术-Chap1
1.2.2 基本特性
1、静态特性：同一般二极管相似。 2、动态特性：P13图a中If和UF，该图为由导通转换 为截止时的动态过程。 当处于正向导通状态的管子外加电压突然变 为反向时，该管子不能立即关断，需经过一段时 间才能获得反向阻断能力，进入截止状态。而且 在关断之前有较大的反向电流出现，并伴有明显 的反向电压出现。这是因为正向导通时在PN结两 侧储存的大量少子需要被清除掉的缘故。
2014-5-28 Power Electronics 16
1.2.4 主要类型
1、普通二极管：又称整流二极管 2 、快恢复二极管：恢复过程很短，特 别是反向恢复过程很短。（一般在 5μs以下） 3、肖极特二极管：反向恢复时间更短 （10—40ns）
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：
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
晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件
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。
电力场效应晶体管（电力MOSFET）
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 子器件为核心的主电路组成
控 检测 电路 V1
制
电 路
L 驱动 电路
V2
R
主电路
图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成 2014-5-28 Power Electronics
8
1.1.3 电力电子器件的分类
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
第一章：电力电子器件晶闸管
2．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。
3．通态（峰值）电压UTM：晶闸管通以某一规定倍数的额定通态 平均电流时的瞬态峰值电压。
4．额定电压：取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件 的额定电压。选用晶闸管时，额定电压要留有一定裕量。
最小门极电流； ● UGr：指产生触发电流 IGr 所需门极电压值； ● 环境温度高时需要的 Igr 和 Ugr 要小些；
环境温度低时需要的 IGr 和 Ugr 要大些； ● 同一型号晶闸管门极特性分散性较大，因此触发电路送出的
触发电流和触发电压应适当大于额定值的上限，但不能超过 最大电流、电压和功率极限。
雪崩 击穿
IH
IG2
IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
UDSM
-IA
一．静态特性
§1.3.2 晶闸管的基本特性
1．正向特性：器件施加正向电压，IG=0 时，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——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；
IC2＝2 IK ＋ ICBO2
（1－2） ICBO：共基极漏电流
I K＝IA＋IG
（1－3）
IA＝Ic1＋Ic2
（1－4）
IA
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
（1－5）
★ 晶闸管中的晶体管特性为：
● 在低发射极电流下 是很小的； ● 而当发射极电流建立起来之后， 迅速增大。
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第1章 电力电子器件
1. 使晶闸管导通的条件是什么？
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？
3. 图1-43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。
π4π4π25π4a)b)c)图1-43
图1-43 晶闸管导电波形
4. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?
5．试说明IGBT 、GTR 、GTO 和电力MOSFET 各自的优缺点。
6．快恢复二极管的动态参数有哪些？动态参数对电路工作有什么影响？
7．什么是晶闸管的关断时间？晶闸管的关断时间受哪些参数的影响？
8．晶闸管的非正常导通方式有哪些？晶闸管的非正常导通有什么危害？怎样才能阻止晶闸管的非正常导通？
9．试述晶体管基极驱动电流与晶体管导通压降和晶体管关断时间之间的关系。
怎样的晶体管基极读动电流波形能使晶体管既有低的导通压降又有短的关断时间？
10．什么是晶体管安全工作区？与功率MOSFET 和IGBT 相比，功率晶体管的安全工作区多了什么限制？
11．功率MOSFET 和IGBT 是电压控制器件，为什么当频率很高时，它们的门极驱动电流仍然很大？
12．比较功率MOSFET ，IGBT 和功率晶体管的动态和静态特性。
13．为什么要提高器件的开关速度？如果器件工作频率很低，器件的开关速度是否也很重要？为什么？
14．对于IGBT 单开关电路，其电阻负载为100Ω，电源电压为1000V ，器件关断时间为0.5μS ，要求设计RCD 参数（电阻值与功率、电容值与耐压、二极管的规格），使得关断过程中电压上升率控制在500V/μS 以内，开通器件冲击电流不高于15A ，放电时间在100μS 以内。
（提示：电阻负载带有一定感性，在器件关断过程中负载电流可以看作不变，设计参数有一定范围，只要符合要求就行）。