几种常用的功率器件(电力半导体)及其应用(精)
半导体功率器件的特点
半导体功率器件的特点常见的功率器件有：功率二极管、金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（电力电子行业“CPU”IGBT）、基材禁带宽度较高（大于2.3eV）的功率器件-宽禁带功率器件，他们的特点介绍如下：1、功率二极管：最简单的功率器件二极管是用半导体材料制成的具有单向导电性的二端器件，一般由P极和N极形成PN结结构，电流只能从P极流向N极。
二极管由电流驱动，无法自主控制通断，电流只能单向通过。
半导体二极管按应用领域不同可分为用于电力转换的功率二极管，主要为普通整流二极管、快恢复二极管（Fast Recovery Diode，FRD）、肖特基二极管（Schottky Barrier Diode，SBD）；用于显示用的发光二极管，如LED、OLED；用于将光信号转化成电信号的光电二极管等。
功率二极管是最简单的功率器件，利用其单向导电的特性，通常用于整流电路、稳压电路、开关电路、检波电路等。
1.1整流二极管是利用PN结的单向导电性，把电路中工频交流电转换成脉动直流电的一种二极管。
是结面积大、结电容大、工作频率较低，一般在几十千赫兹，为了可靠往往选用二极管的最大整流电流和最高反向工作电压要有2倍余量。
1.2开关二极管也是利用PN结的单向导电性而完成电流开关功能的一种二极管，当开关二极管加上一个较大的正脉冲信号时，进入导通状态，正向压降很小，正向电阻很低，相当一个闭合开关；当负脉冲到达时，进入截止状态，反向电阻很大，反向电流很小，相当一个断开的开关。
1.3稳压二极管是利用PN结反向击穿时电压基本不变，而电流可在很大范围内变化的特性制做的，它可以在一定电流变化范围内对电路起稳压作用。
1.4检波（也称解调）二极管是利用其单向导电性将高频或中频无线电信号中的低频信号或音频信号取出来，广泛应用于半导体收音机、收录机、电视机及通信等设备的小信号电路中，其工作频率较高，处理信号幅度较弱。
电力电子器件知识讲座(一) 电力电子器件的分类及应用概述
端是 阳极 ，另 一端 是 阴极 。与 电子 电路 中的二 极管 一 样 ，具 有单 向导 电性 。其 开关 操作 仅 取 决 于其 在 主 电
路 中施 加在 阳 、阴极 间 的 电压和 流 过它 的 电流 ，正 向
控 型器 件 ，晶闸管 属 于半 控 型器 件 ，其 他 均属 于全 控 型器 件 。Ｓ Ｒ、Ｇ Ｏ Ｇ Ｒ 电流 驱 动 型 器 件 ，功 率 Ｃ Ｔ 及 Ｔ属
ＭＯ Ｆ Ｔ Ｇ Ｔ Ｉ 为 电压驱 动 型器件 。 Ｓ Ｅ 、Ｉ Ｂ 及Ｐ Ｃ 在直接 用 于处理 电能 的主 电路 中 ．实 现 电能变 换 和控 制 的 电子器 件称 为 电力 电子器 件 。 电力 电子 器 件
知 识讲 座 》
ｄ ｉ ０３ ６ ￣ｉ ｎ１ ６ － ７ ５２ １ ．４０ ８ ｏ： ． ９ ．ｓ ．５ ３ ４ ９ ．０ １ ．１ １ ９ ｓ ０
【 者按 】 电力 电子器 件是 半导 体 功率 器件 的总称 ，是 构成 电力 电子 设备 的基 础 ，是 从 事 电力 电子 编
＿矗
器件设 计 、研发 、生产 、 营销 和 应 用人 员 以及 电源技 术 工作 者应 该 熟 悉的 内容 。本刊从 今 年４ ｌ Ｙ份
的是 电力 半 导体 器件 ，与普 通半 导 体器 件 一样 ，电力 半 导体 器件 所采 用 的主要 材料 仍然 是硅 。
作 原理 、结 构 和 电气 参数 ，正 确 安全 使 用 电力 电子 器 件 是完成 一 部 电力 电子装 置最 关键 的一 步 。 电力 电子器 件种 类 繁 多 ．各种 器 件具 有 自身 的特 点并 对驱 动 、保 护 和缓 冲 电路 有一 定 的要 求 。一 个 完 善 的驱 动 、保 护和缓 冲 电路 是 器件 安 全 、成 功使 用 的 关键 ，也 是本 讲座 重点 讲述 的部 分 。 电力 电子 变换 电路 常用 的半 导 体 电力 器件 有 快 速 功 率 二 极 管 、大 功 率 双 极 型 晶 体 管 ｆ Ｔ ） Ｇ Ｒ 、晶 闸 管
宽禁带半导体功率器件——材料、物理、设计及应用
宽禁带半导体功率器件——材料、物理、设计及应用1.引言1.1 概述宽禁带半导体功率器件作为半导体领域中的重要分支，具有广阔的应用前景。
它是基于宽禁带半导体材料的器件，具备了高功率、高电压和高温度等特点，适用于能源领域、通信领域以及其他一系列领域。
在本文中，我们将对宽禁带半导体功率器件的材料、物理性质、设计原理以及应用领域进行深入研究和探讨。
首先，我们将介绍宽禁带半导体材料的定义和分类，以及其在器件制备中的重要性。
接着，我们将详细探讨宽禁带半导体材料的物理性质，包括载流子浓度、迁移率和反向饱和电流等关键参数的影响因素和变化规律。
其次，我们将深入研究宽禁带半导体功率器件的设计原理，包括器件结构、电场分布以及载流子输运等方面的理论基础。
这部分内容将着重介绍宽禁带半导体功率器件的设计要点，包括提高器件电流密度、减小漏电流和改善器件热特性等方面的关键技术和方法。
最后，我们将重点关注宽禁带半导体功率器件在能源领域和通信领域的应用。
特别是在能源领域，宽禁带半导体功率器件可以广泛应用于太阳能电池、风力发电和电动车等领域，为可再生能源的开发和利用提供支持。
在通信领域，宽禁带半导体功率器件的高频特性和高功率特性，使其成为无线通信系统中的重要组成部分。
总之，本文将全面介绍宽禁带半导体功率器件的材料、物理性质、设计原理以及应用领域，并对其现状进行总结和展望。
通过深入研究和探讨，我们希望能够进一步提高宽禁带半导体功率器件的性能和应用水平，为相关领域的发展做出贡献。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将分为引言、正文和结论三部分来展开对宽禁带半导体功率器件的讨论。
引言部分将首先对宽禁带半导体功率器件进行概述，介绍其基本概念和特点。
接着将介绍文章的结构和内容安排，以便读者能够清晰地理解全文的逻辑发展。
正文部分将分为三个主要章节：材料、设计和应用。
在材料章节中，我们将详细介绍宽禁带半导体材料的特点和性质，包括它们的禁带宽度、载流子浓度和迁移率等重要参数。
第9章--电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介
目录目录.............................................................................................................................................................................. 第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介 . 09.1 电力二极管的应用简介 09.1.1 电力二极管的种类 09.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途 09.1.3 电力二极管的主要参数 09.1.4 电力二极管的选型原则 (1)9.2 电力晶体管的应用简介 (2)9.2.1 电力晶体管的主要参数 (2)9.2.2 电力晶体管的选型原则 (2)9.3 晶闸管的应用简介 (3)9.3.1 晶闸管的种类 (3)9.3.2 各种常用的晶体管结构、特点和用途 (3)9.3.3 晶闸管的主要参数 (4)9.3.4 晶闸管的选型原则 (5)9.4 总结 (6)第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介9.1 电力二极管的应用简介电力二极管（Power Diode）在20世纪50年代初期就获得应用，当时也被称为半导体整流器；它的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管相同，都以半导体PN结为基础，实现正向导通、反向截止的功能。
电力二极管是不可控器件，其导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。
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。
9.1.1 电力二极管的种类电力二极管主要有普通二极管、快速恢复二极管和肖特基二极管。
9.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途名称结构特点、用途实例图片整流二极管多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。
其反向恢复时间较长，一般在5s以上，其正向电流定额和反向电压定额可以达到很高。
功率组件原理的应用有哪些
功率组件原理的应用有哪些1. 功率组件原理介绍功率组件是指各种能够控制电能流动、转变电能形式的电子器件。
它们可以控制电能的传输和转换，从而在电力系统中发挥重要作用。
功率组件通常包括开关器件、变压器和各种电子电路。
以下介绍了一些常见的功率组件原理及其在现实应用中的作用。
2. 开关器件开关器件是实现电能传输控制的重要组成部分。
常见的开关器件有晶闸管（SCR）、可控硅（Thyristor）、场效应管（FET）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等。
它们能够在不同的电压和电流条件下控制电能的传输，实现电能的开、关和控制。
开关器件广泛应用于电力调节、变换、调速、保护、逆变等领域。
•在电力调节方面，开关器件常用于调节某个电路或分支电路的电流或电压大小，以实现电力的合理平衡和分配。
•在电力变换方面，开关器件可以将交流电转换成直流电（整流）或将直流电转换成交流电（逆变）。
•在电力调速方面，开关器件能够根据需要控制电动机的运转速度，以适应不同的工作要求。
•在电力保护方面，开关器件可以起到断路或短路保护的作用，抵御过载和短路故障对整个电力系统的影响。
•在电力逆变方面，开关器件能够将直流电转换成交流电，在电网连接问题、储能技术、新能源开发等方面发挥重要作用。
3. 变压器变压器是一种通过磁耦合来实现电能转换的功率组件。
它能够改变交流电的电压大小，从而满足不同电气设备对电压要求的变化。
变压器包括升压变压器和降压变压器两种类型。
在电力系统中，变压器起到了电能传输、配电和电气设备保护等重要作用。
•电能传输方面，变压器用于提供电力长距离传输时所需的高电压，减少电线损耗，并通过升压变压器将电能升压到合适的输电电压。
•配电方面，变压器将高电压输电线路传输的电能变压为适用于用户使用的低电压（例如家庭、工业厂房等），确保电能可靠供应，并提高用电安全性。
•电气设备保护方面，变压器可以使用不同的绕组比例来实现电气设备的过载和短路保护，防止电气设备受到损坏。
13种常用的功率半导体器件介绍
13种常用的功率半导体器件介绍电力电子器件（Power Electronic Device），又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）电子器件。
可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件中最高；电力二极管为不可控器件，结构和原理简单，工作可靠；还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。
1. MCT （MOS Control led Thyristor）：MOS控制晶闸管MCT 是一种新型MOS 与双极复合型器件。
如上图所示。
MCT是将MOSFET 的高阻抗、低驱动图MCT 的功率、快开关速度的特性与晶闸管的高压、大电流特型结合在一起，形成大功率、高压、快速全控型器件。
实质上MCT 是一个MOS 门极控制的晶闸管。
它可在门极上加一窄脉冲使其导通或关断，它由无数单胞并联而成。
它与GTR，MOSFET，IGBT，GTO 等器件相比，有如下优点：（1）电压高、电流容量大，阻断电压已达3 000V，峰值电流达1 000 A，最大可关断电流密度为6000kA/m2；（2）通态压降小、损耗小，通态压降约为11V；（3）极高的dv/dt和di/dt耐量，dv/dt已达20 kV/s ，di/dt为2 kA/s；（4）开关速度快，开关损耗小，开通时间约200ns，1 000 V 器件可在2 s 内关断；2. IGCT（Intergrated Gate Commutated Thyristors）IGCT 是在晶闸管技术的基础上结合IGBT 和GTO 等技术开发的新型器件，适用于高压大容量变频系统中，是一种用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。
IGCT 是将GTO 芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接，结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点。
常用电子元器件及应用
碳膜电阻（型号：RT）。在陶瓷骨架表面上，将碳氢化合物在真空中通过高温蒸发分解沉积成碳结晶导电膜。碳膜电阻价格低廉，阻值范围宽（10W～10MW），温度系数为负值。常用额定功率为1/8W～10W，精度等级为±5％、±10％、±20％，在一般电子产品中大量使用。
5.6
2.0
6.2
2.2
2.2
2.2
6.8
6.8
6.8
2.4
7.5
2.7
2.7
8.2
来表示电容器标称电容量，n为正或负整数。
注：用表中数值再乘以10n来表示电容器标称电容量，n为正或负整数。
有机实芯电位器
由导电材料与有机填料、热固性树脂配制成电阻粉，经过热压，在基座上形成实芯电阻体。该电位器的特点是结构简单、耐高温、体积小、寿命长、可靠性高，广泛用于焊接在电路板上作微调使用；缺点是耐压低、噪声大。
线绕电位器
多圈电位器属于精密电位器。它分有带指针、不带指针等形式，调整圈数有5圈、10圈等数种。该电位器除具有线绕电位器的相同特点外，还具有线性优良，能进行精细调整等优点，可广泛应用于对电阻实行精密调整的场合。
E24
E12
E6
E24
E12
E6
1.0
1.0
1.0
3.3
3.3
3.3
1.1
3.6
1.2
1.2
反向重复峰值电压URRM
退出
3.3 功率场效应管
功率场效应管（MOSFET）是20世纪70年代中期发展起来的 新型半导体电力电子器件。同双极型晶体管相比，功率 MOSFET 具有开关速度快、损耗低、驱动电流小、无二次击穿 现象等优点。目前功率 MOSFET 越来越受到人们的重视，广泛 应用于高频电源变换、电机调速、高频感应加热等领域。
退出
（3）额定正向平均电流 IF 。其定义和二极管的额定整流电流意义 相同。要注意的是若晶闸管的导通时间远小于正弦波的半个周期， 即使IF值没超过额定值，但峰值电流将非常大，以致可能超过管子 所能提供的极限。 （4）正向平均管压降UF 。指在规定的工作温度条件下，使晶闸管 导通的正弦波半个周期内UAK的平均值，一般在0.4～1.2V。 （5）维持电流IH 。指在常温门极开路时，晶闸管从较大的通态电 流降到刚好能保持通态所需要的最小通态电流。一般IH值从几十到 几百毫安，视晶闸管电流容量大小而定。 （6）门极触发电流IG 。在常温下，阳极电压为6V时，使晶闸管能 完全导通所需的门极电流，一般为毫安级。
2
3 1
MT2
MT1
退出
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（ 1 ）第一象限触发 MT2+ 、 G+ 。即相对于电极 MT1 、 MT2的电 压为正；门极G的触发电流为正。 （2）第二象限触发 MT2+、G–。即相对于电极MT1、MT2 的电 压为正；门极G的触发电流为负。
（3）第三象限触发 MT2–、G–。即相对于电极MT1、MT2的电压 为负；门极G的触发电流为负。
第三讲 几种常用的功率器件（电力 半导体）及其应用
3.1 普通晶闸管
普通晶闸管（又称可控硅）是一种大功率半导体器件，主 要用于大功率的交直流变换、调压等。晶闸管三个电极分 别用字母A(表示阳极)、K（表示阴极）、G（表示门极）。
电力电子器件与应用
电力电子器件与应用电力电子技术是指将半导体器件和功率电子器件应用于电力系统和电力设备中，用以实现能量转换、电力控制和电力传递的技术。
随着科技的进步，电力电子技术在能源、交通、通信等领域得到广泛应用，对于推动社会发展和提高生活质量起到至关重要的作用。
一、电力电子器件的分类电力电子器件根据其功能和不同应用领域可分为多种类型，以下将对其中几种重要的电力电子器件进行简要介绍。
1. 变流器（Inverter）变流器是最常见的电力电子器件之一。
其主要功能是将直流电能转换为交流电能，或者将交流电能转换为直流电能。
变流器广泛应用于电能供应、电机驱动和光伏发电等领域，为能源的有效利用和电力系统的稳定运行提供了便利。
2. 整流器（Rectifier）整流器的主要功能是将交流电能转换为直流电能。
在电力系统中，整流器被广泛应用于直流输电、直流电机驱动和电池充电等方面。
此外，整流器还常用于调节电能质量，提高电力系统的稳定性。
3. 逆变器（Converter）逆变器是一种功率电子器件，其主要功能是将直流电能转换为交流电能，频率可以根据需要进行调整。
逆变器被广泛应用于太阳能发电、风力发电、UPS电源等领域，为可再生能源的利用和电力系统的稳定提供了支持。
二、电力电子器件的应用领域电力电子器件在各个领域的应用越来越广泛，以下将对其中几个重要的领域进行介绍。
1. 新能源发电随着环境保护意识的增强和对能源的依赖度的降低，新能源发电逐渐成为了人们关注的焦点。
光伏发电和风力发电是常见的新能源发电方式，而电力电子器件的应用则是实现这些发电方式的关键。
变流器和逆变器的应用能够将太阳能和风能转化为交流电能，并注入电力系统中，从而实现清洁能源的利用。
2. 电动汽车电动汽车已经成为未来交通的发展趋势。
电力电子器件在电动汽车中的作用不可忽视。
充电器、驱动系统和电池管理系统等均需要电力电子器件的支持，以实现电能转换、电力控制和电能储存等功能。
电力电子技术的应用使得电动汽车具备了高效、环保和可靠的特点。
几种常用的功率器件(电力半导体)及其应用
常用的功率开关器件及其应用
1
晶闸管
晶闸管是一种常见的功率开关器件，
继电器
2
广泛应用于交流电路的控制和变流。
继电器是控制电流的常用设备，广泛
用于电力系OSFET
功率MOSFET是高效率功率转换的关 键，被广泛用于电力变换和驱动应用。
常用的整流器件及其应用
二极管
二极管是最简单的整流器件，用于将交流电转换为直流电，广泛应用于电源和电能质量控制。
纯正弦波逆变器能够产生高质 量的交流电，适用于对负载要 求严格的应用，如医疗设备和 精密仪器。
修正正弦波逆变器
修正正弦波逆变器是一种经济 实用的逆变器，广泛应用于家 庭电器和车载设备。
功率器件在电力系统中的应用
我们将深入了解功率器件在电力系统中的应用，包括电力传输、配电、控制 和保护等方面的功能。这些器件为电力系统的高效运行和稳定供电提供了关 键的支持。
桥式整流器
桥式整流器通过四个二极管的组合，提供更高效的整流功能，被广泛应用于电子设备和电动 机驱动。
IGBT
IGBT是一种高性能功率开关器件，常用于大功率应用，如工业驱动和逆变器。
常用的逆变器件及其应用
逆变器电路
逆变器是一种将直流电转换为 交流电的器件，广泛用于太阳 能发电和电动车等应用中。
纯正弦波逆变器
功率器件的选择要点
1
负载要求
根据负载特性选择适合的功率器件，如稳态和瞬态负载。
2
效率和损耗
考虑功率器件的效率和损耗，以提高系统的效能和能源利用率。
3
温度和散热
根据应用环境和功率需求，选择适当的散热方案，确保功率器件稳定工作。
总结和回顾
通过对几种常用的功率器件及其应用的介绍，我们深入了解了它们在电力系统中的重要性。正确选择和 使用功率器件，可以提高系统的效率，降低能源消耗，并确保可靠的电力供应。
几种常用的功率器件(电力半导体)及其应用
要使晶闸管关断，必须去掉阳极正向电压，或者给阳极加反向电压， 要使晶闸管关断，必须去掉阳极正向电压，或者给阳极加反向电压，或者 降低正向阳极电压，这样就使通过晶闸管的电流降低到一定数值以下。 降低正向阳极电压，这样就使通过晶闸管的电流降低到一定数值以下。能 保持晶闸管导通的最小电流，称为维持电流。 保持晶闸管导通的最小电流，称为维持电流。 当门极没有加正向触发电压时， 当门极没有加正向触发电压时，晶体管即使阳极和阴极之间加上正向电压 一般是不会导通的。 ，一般是不会导通的。 2．晶闸管的主要参数 ． 指在门极开路而器件的结温为额定值时， （1）断态重复峰值电压 DRM 。指在门极开路而器件的结温为额定值时， ）断态重复峰值电压U 指在门极开路而器件的结温为额定值时 允许重复加在器件上的正向峰值电压。若加在管子上的电压大于U 允许重复加在器件上的正向峰值电压。若加在管子上的电压大于 DRM，管 子可能会失控而自行导通。 子可能会失控而自行导通。 指门极开路而结温为额定值时， （2）反向重复峰值电压 URRM 。指门极开路而结温为额定值时，允许重复 ） 指门极开路而结温为额定值时 加在器件上的反向峰值电压。当加在管子上反向电压大于U 加在器件上的反向峰值电压。当加在管子上反向电压大于 RRM时，管子可 能会被击穿而损坏。 能会被击穿而损坏。 通常把U 中较小的那个数值标作晶闸管型号上的额定电压。 通常把 DRM和URRM中较小的那个数值标作晶闸管型号上的额定电压。在选 用管子时，额定电压应为正常工作峰值电压的2～ 倍 用管子时，额定电压应为正常工作峰值电压的 ～3倍，以保整电路的工作 安全。 安全。
du dt。 在额定结温和门极开路的情况下， 在额定结温和门极开路的情况下， （8）断态电压临界上升率 ） 不导致晶闸管从断态到通态转换的最大正向电压上升率。 不导致晶闸管从断态到通态转换的最大正向电压上升率。一般为每微秒几 十伏。 十伏。
3.几种常用的功率器件
（1）管脚的判别。用万用表R×100W档，分别测量各管脚间的正、 反向电阻。因为只有门极G与阴极K之间正向电阻较小，而其他均 为高阻状态，故一旦测出两管脚间呈低阻状态，则黑表笔所接为门 极G，红表笔所接为阴极K，另一端为阳极A。
（2）管子质量的判别。用万用表R×100W档，若测的以下情况之 一，则说明管子是坏的。①任两极间正反向电阻均为零。②A、K 间正向电阻为低阻（注意：测量过程中黑表笔不要接触G极）。③ 各极之间均为高电阻。
（3）安全工作区域宽。功率MOSFET无二次击穿现象，因此功率 MOSFET较同功率等级的GTR安全工作区宽，更稳定耐用。 （4）过载能力强。短时过载电流一般为额定值的4倍。
（5）抗干扰能力强。功率MOSFET的开启电压一般为2～6V。 （6）并联容易。功率MOSFET的通态电阻具有正温度系数（即通 态电阻值随结温升高而增加），因而在多管并联时易于均流。
（4）第四象限触发 MT2–、G+。即相对于电极MT1、MT2 的电压 为负；门极G的触发电流为正。
双向晶闸管的最高触发灵敏度在第一、三象限，而在第二、四象限 比较差。故在实际应用中常采用第一、第三象限触发方式。
2. 应用电路
双向晶闸管主要用于电机控制、电磁阀控制、调温及调光控制 等方面 。
光敏电阻应用电路：光控闪烁安全警示灯
5．低功耗型运算放大器 由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便，所以随 着便携式仪器应用范围的扩大，必须使用低电源电压供电、低功率 消 耗 的 运 算 放 大 器 相 适 用 。 常 用 的 运 算 放 大 器 有 TL-022C 、 TL060C等，其工作电压为±2V~±18V，消耗电流为50~250mA。目前 有的产品功耗已达微瓦级，例如ICL7600的供电电源为1.5V，功耗 为10mW，可采用单节电池供电。
各种电子元器件的用途
各种电子元器件的用途电子元器件是构成电子电路的基本单位，广泛应用于各个领域，下面将介绍几种常见电子元器件的用途。
1. 电阻器：用于控制电流和电压的大小，限制电路中的电流流动。
常见的有定值电阻器和可调电阻器，可以用于分压、调节电流等。
2. 电容器：用于储存电荷和电能，是存储能量的元器件。
在电子电路中，电容器可以用来滤波、调节信号频率、存储数据等。
3. 电感器：用于储存磁能并抵抗电流变化的元器件。
电感器在电子电路中常用于滤波、变压、产生振荡等。
4. 二极管：具有单向导电特性的元器件，广泛应用于整流、开关、信号检测等电路中。
5. 三极管：是一种具有放大和开关功能的半导体器件，常用于放大信号和控制电流的电路中。
6. 可控硅：一种具有放大和控制功率的半导体器件，常用于电力电子和调速控制中。
7. 二极管光耦：利用光电二极管和光敏三极管的特性，把输入电信号转化为光信号，实现电隔离和信号传输。
8. 场效应管（FET）：一种控制电荷通道的电子元器件，具有低输入电流和高输入阻抗的特性，常用于放大和开关电路中。
9. 继电器：一种将小电流控制大电流的元器件，常用于电力系统中的自动控制和电路保护。
10. 集成电路（IC）：在一个芯片上集成了多个电子元器件，是现代电子设备的核心部件。
常见的集成电路有逻辑门、运算放大器、存储器、微处理器等。
11. 传感器：可将非电信号转换为电信号的装置，常用于测量、控制和监测系统中，如温度传感器、压力传感器、光传感器等。
12. 按钮开关：用于控制电路的通断，通过按下或松开按钮来改变电流的流通状态。
13. 变压器：通过电磁感应原理将输入电压变换为输出电压，常用于电力系统的电流变换和功率调节。
14. 发光二极管（LED）：是一种半导体发光元件，具有小尺寸、低功耗和高亮度等特点，广泛应用于指示灯、显示屏、照明等领域。
15. 蜂鸣器：一种能够发出声音的元器件，常用于警报、提示和电子音乐装置等场合。
16. 电位器：用于调节电路的电压、电流或信号的大小，常常用于音量调节、亮度调节等。
几种常用的功率器件电力半导体及其应用
电力半导体是电力电子学中应用广泛的一种器件，用于电源的变换和控制。 本次讲解几种常见的功率器件的特点和应用
二极管
特点
只允许电流在一个方向上流动，具有单向性能，开关速 度快，体积小
应用
整流器、恒流源、保护等领域
普通开关管
特点
具有低电阻和高通断能力，能承受大电流和高压， 工作在低频率范围中
应用
开关电源、电机驱动等领域
可控硅
1
特点
具有单向导电性和可控导电性，可控硅驱动、电压控制、直流电源、光控开关等
3
应用
变流器、交流调压、交流电源、温度控制等领域
高压晶闸管
特点
工作在高压环境下，结构简单，导通损耗小，能承受大 电流
应用
电动机启动控制、加热调节、电炉控制等领域
未来发展
1 SiC和GaN功率器件市场快速增长
得益于其在各种新型应用中的技术进步与发展, 尤其是智能家居、5G、新能源等领域的需求增 多
2 功能集成和模块化呈现出重要的趋势
将复杂的功率电子系统集成在一个芯片或一个模 块中，实现了系统的紧凑和快速设计，并提高了 功率电子系统的可靠性和性能
功率MOS管
1 特点
2 应用
高速开关能力，负载能力强，只要控制电路输出 的电压达到一定的要求即可驱动
高频逆变、开关电源、逆变电焊、电机驱动等领 域
IGBT
特点
电压下降低，频率响应快，集成度高，可实现智能化 和模块化设计等
应用
新能源支架、风机变频、新风机、大功率照明等领域
GaN和SiC功率器件
1
SiC
2
具备高温、高电压、大电流、低电阻和低频 损耗等特点，广泛应用于高效电源和能源转
电力电子元器件深入探讨电力电子行业中的关键元器件
电力电子元器件深入探讨电力电子行业中的关键元器件电力电子是现代电力系统中不可或缺的技术领域之一，它涵盖了各种用于调节和转换电能的技术和设备。
而在电力电子系统中，关键元器件的性能直接关系到整个系统的安全性、可靠性和效能。
本文将深入探讨电力电子行业中的几个关键元器件：晶闸管、功率二极管、IGBT、MOSFET及电容器。
一、晶闸管晶闸管是电力电子行业中最重要和最常用的器件之一。
它是一种具有双向导通能力的开关元件，可以控制大功率电流。
晶闸管的主要特点是可逆导通性、开关速度快、耐电压高等。
它在交流电控制、变频调速、逆变等领域具有广泛应用。
二、功率二极管功率二极管是另一种常用的关键元器件，它具有单向导电特性。
功率二极管可以用于整流电路、瞬态保护、逆变器等各种电力电子系统中。
功率二极管的主要特点是反向耐压高、开关速度快、漏电流小等。
三、IGBTIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种大功率半导体开关器件，结合了MOSFET和双极型晶体管的特性。
IGBT可以实现大电流和高开关速度，广泛应用于电力电子系统中的逆变器、变频器、直流传动等领域。
它具有可控性强、工作温度范围广的特点。
四、MOSFETMOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是一种常见的功率开关和调节器件。
MOSFET可以实现大功率开关和调节，广泛应用于变频器、逆变器、电压调节等电力电子系统中。
它具有开关速度快、体积小、无电流触发等特点。
五、电容器电容器是电力电子系统中常用的能量存储元器件。
它主要用于滤波、稳压、谐振等功能。
电容器的主要特点是容量大、损耗小、响应速度快等。
在电力电子系统中，电容器的选择和使用直接影响到系统的稳定性和性能。
总结：电力电子元器件在电力电子行业中扮演着重要的角色。
本文深入探讨了几个关键元器件的性能特点和应用领域。
晶闸管、功率二极管、IGBT、MOSFET及电容器在电力电子系统中发挥着重要的作用，它们的性能和可靠性直接关系到整个系统的运行效能。
电力电子技术中的开关器件选型与应用
电力电子技术中的开关器件选型与应用在电力电子技术领域，开关器件是一类重要的元件，用于控制电流的通断状态，实现电能的有效转换和控制。
合理选型和应用开关器件对电力电子系统的稳定性和效能至关重要。
本文将介绍几种常见的开关器件，并探讨它们的选型和应用。
一、晶闸管（Thyristor）晶闸管是一种双向导电的开关器件，具有高电流和高耐压能力。
它通常用于高功率变频器、变压器和整流器等电力电子系统中。
在选型时，需要考虑晶闸管的耐压能力、导通电流和耗散功率等参数。
此外，还需注意触发电流的大小和触发方式的选择，以确保系统的可靠性。
二、功率MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）功率MOSFET是一种常用的开关器件，具有高效率和快速开关速度。
它在电源开关、转换器和电机驱动等领域被广泛应用。
在选型时，需要考虑MOSFET的额定电流、耐压能力和导通电阻等参数。
此外，还需注意漏极电流的大小和静态工作点的选取，以确保系统的稳定性和效率。
三、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）IGBT是一种高压高速开关器件，融合了MOSFET和晶闸管的优点。
它具有低导通电阻、高断电耐压和快速开关速度，适用于高频开关电源和电动机控制等领域。
在选型时，需要考虑IGBT的额定电流、耐压能力和开关速度等参数。
此外，还需注意控制电压的大小和驱动电路的设计，以确保系统的可靠性和性能。
四、SiC MOSFET（Silicon Carbide Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）SiC MOSFET是一种新型的功率半导体器件，具有更低的导通电阻和开关损耗。
它在高温和高频环境下表现出色，被广泛应用于电力电子系统和电动车的驱动控制。
在选型时，需要考虑SiC MOSFET的额定电流、耐压能力和热特性等参数。
几种常用的功率器件(电力半导体)及其应用
目录
• 引言 • 几种常用功率器件介绍 • 电力半导体器件工作原理及特性 • 几种常用功率器件应用领域探讨 • 选型指南与使用注意事项 • 总结与展望
01
引言
背景与意义
功率器件是电力电子 技术的核心，广泛应 用于能源、交通、工 业等领域
功率器件的性能和可 靠性对电力电子系统 的效率和稳定性具有 重要影响
随着新能源、电动汽 车等产业的快速发展， 功率器件的需求不断 增长
功率器件概述
1
功率器件是一种能够控制、转换和传输电能的半 导体器件
2
主要类型包括二极管、晶体管、晶闸管、 MOSFET、IGBT等
3
功率器件具有耐压高、耐流大、开关速度快等特 点，是实现电力电子变换的关键元件
02
几种常用功率器件介绍
注意器件的开关顺序和时序
不正确的开关顺序或时序可能会导致电路故障或器件损坏。
确保良好的散热条件
功率器件在工作时会产生热量，需要确保良好的散热条件以防止器件 过热损坏。
06
总结与展望
回顾本次项目成果
深入研究了几种常用的功率器件(电力半导体)的工作原理和特性，包括晶 闸管、可关断晶闸管、电力晶体管、绝缘栅双极晶体管等。
描述器件在异常工作条件下的承受能力， 如过压、过流、过热等保护功能，确保器 件在恶劣环境下能够安全运行。
04
几种常用功率器件应用领 域探讨
电源供应器与适配器
开关电源
功率器件如MOSFET和IGBT在开 关电源中起到关键作用，实现高 效能、小体积的电源设计。
适配器
功率器件用于电压转换和电流控 制，使得适配器能够为各种设备 提供稳定的电源。
电气工程中的电力电子器件和应用
电气工程中的电力电子器件和应用电力电子器件是电力工程中重要的组成部分，它们在电力系统的调节、转换和控制中发挥着关键的作用。
本文将介绍电力电子器件的基本原理、常见类型以及在电力工程中的应用。
一、电力电子器件的基本原理电力电子器件是指能够将电力从一种形式转换为另一种形式的电子器件。
它们通常工作在高功率和高电压环境下，能够实现电力的调节、控制和转换。
电力电子器件的基本原理包括以下几个方面：1. 半导体器件：电力电子器件主要采用半导体材料制造而成，如二极管、晶体管、场效应管等。
这些器件可通过操控半导体材料的导电性质，实现对电流和电压的精确控制。
2. 开关性能：电力电子器件具备较高的开关速度和可靠性，能够在微秒级别快速开关，并能承受高电压和大电流的冲击。
3. 控制方法：电力电子器件通过控制其开关状态，实现对电力的调节和转换。
常见的控制方法包括脉宽调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）等。
二、电力电子器件的常见类型根据电力电子器件的具体功能和应用场景，可以将其分为多种类型。
以下介绍三种常见的电力电子器件：1. 整流器：整流器是将交流电转换为直流电的电力电子器件。
它主要由可控整流器和非控整流器两类组成。
整流器广泛应用于变频驱动、直流电源等领域，通过调节整流器的导通角度，可以实现对输出电压的控制。
2. 逆变器：逆变器是将直流电转换为交流电的电力电子器件。
它可以将直流电源中的电能转换为交流电源，常用于太阳能发电系统、电动车驱动系统等。
逆变器具备较高的频率控制能力，可以实现对输出电压和频率的精确调节。
3. 调压器：调压器是在电力系统中实现电压调节的电力电子器件。
它能够稳定输出电压，使其在设定范围内波动。
调压器广泛应用于变压器、电力稳定器等设备中，通过控制调压器的开关状态，可以实现对输出电压的调节。
三、电力电子器件在电力工程中的应用电力电子器件在电力工程中有广泛的应用，以下介绍几个常见的应用场景：1. 高压直流输电（HVDC）：HVDC系统利用逆变器和整流器等电力电子器件，将大容量的电力以直流形式进行长距离传输。
半导体电力开关器件
半导体电力开关器件引言随着科技的不断发展和人们对能源利用效率的要求不断提高，半导体电力开关器件逐渐成为重要的能源转换和控制元件。
半导体电力开关器件具有快速开关速度、高电压承受能力、低功耗等优点，广泛应用于电力电子领域。
本文将介绍半导体电力开关器件的基本原理、分类、常见的应用以及未来的发展趋势。
基本原理半导体电力开关器件是利用半导体材料的导电性能和控制特性实现电路开关功能的器件。
具体而言，当半导体电力开关器件处于导通状态时，其内部电阻较小，电流可以流通；而当半导体电力开关器件处于截止状态时，其内部电阻较大，电流无法通过。
半导体电力开关器件的导通与截止是通过控制信号来实现的。
通常情况下，控制信号可以是电压或电流信号。
通过改变控制信号的幅值或频率，可以控制半导体电力开关器件的导通与截止状态，从而实现对电路的开关控制。
分类根据运行原理和结构特点，半导体电力开关器件可以分为多个不同的类型。
常见的半导体电力开关器件包括场效应管（FET）、双极性晶体管（BJT）、绝缘栅双极性晶体管（IGBT）和功率二极管等。
1.场效应管（FET）：场效应管利用栅极电压控制其导通与截止状态。
它具有导通电流大、开关速度快的优点，广泛应用于高频电路和功率放大器等领域。
2.双极性晶体管（BJT）：双极性晶体管是由N型和P型材料构成的两个PN结，通过控制基极电流来实现开关功能。
它具有较大的电流放大倍数，适用于低频和中频电路。
3.绝缘栅双极性晶体管（IGBT）：绝缘栅双极性晶体管是FET和BJT的结合体，结合了它们的优点。
IGBT广泛应用于高压、大电流的功率电子应用中。
4.功率二极管：功率二极管是一种具有高电压承受能力和快速开关速度的二极管。
它常用于整流器、逆变器和电源等电路中。
应用半导体电力开关器件在电力电子领域具有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1.变频调速系统：半导体电力开关器件可以用于控制交流电动机的转速，实现变频调速功能。
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当触发二极管导通时，电容通过R2放电，可控硅再次截止； 电容又被充电，等等.
可控硅器件的接口
VCC_CIRCLE
+5V
R1 150
2
1
MOC3021 11
2
74LS07
6
R2
1 2 1
R3 2K
2
Zf
VCC_CIRCLE
330 C 4 0.22uF
2
KS
¡ «220V
VCC_CIRCLE
3.3 功率场效应管
（4）第四象限触发 MT2–、G+。即相对于电极MT1、MT2 的电压为负； 门极G的触发电流为正。
双向晶闸管的最高触发灵敏度在第一、三象限，而在第二、四象限比较差。 故在实际应用中常采用第一、第三象限触发方式。 2. 应用电路 双向晶闸管主要用于电机控制、电磁阀控制、调温及调光控制等方面 。
光敏电阻应用电路：光控闪烁安全警示灯
3．晶闸管的正确使用
（1）管脚的判别。用万用表R×100W档，分别测量各管脚间的正、反向电阻。 因为只有门极G与阴极K之间正向电阻较小，而其他均为高阻状态，故一旦测出 两管脚间呈低阻状态，则黑表笔所接为门极G，红表笔所接为阴极K，另一端为 阳极A。
（ 2 ）管子质量的判别。用万用表 R×100W 档，若测的以下情况之一， 则说明管子是坏的。①任两极间正反向电阻均为零。②A、K间正向电阻 为低阻（注意：测量过程中黑表笔不要接触 G极）。③各极之间均为高 电阻。4.Βιβλιοθήκη 应用电路3.2 双向晶闸管
就其功能来说，双向晶闸管可以被认为是一对反并联连接的单向普 通晶闸管。它和单向晶闸管的区别是：第一，它在触发之后是双向导 通的；第二，在门极中所加的触发信号不管是正的还是负的都可以使 双向晶闸管导通。
1．双向晶闸管的特性
电 极2 MT2
N P N P N N 电 极1 电 极1 MT1 G 门 极（ 控 制极 ） 电 极2 门 极（ 控 制极 ） G
Chapter3 几种常用的功率器件（电力半导体）及其应用
3.1 普通晶闸管
普通晶闸管（又称可控硅）是一种大功率半导体器件，主 要用于大功率的交直流变换、调压等。晶闸管三个电极分 别用字母A(表示阳极)、K（表示阴极）、G（表示门极）。
阴极 K
1 2
G
控制极
A
3
阳极
1．晶闸管的伏安特性
晶闸管的伏安特性如图2.7.1所示。它表示晶闸管的阳极与阴 极间的电压和它的阳极电流之间的关系。通过特性曲线，可 得出晶闸管导通和关断的下列结论。
（3）晶闸管额定电压的选择。晶闸管实际工作时承受的正常峰值电压应 低于正、反向重复峰值电压UDRM和URRM，并留有2～３倍的额定电压值 的余量，还应有可靠的过电压保护措施。
（4）晶闸管额定电流的选择。晶闸管实际工作通过的最大平均电流应低 于额定通态平均电流ITa，并应根据电流波形的变化进行相应换算，还应 有1.5～２倍的余量及过电流保护措施。 （5）关于门极触发电压和电流的考虑。晶闸管实际触发电压和电流应大 于晶闸管参数UGT和IGT，以保证晶闸管可靠地被触发，但也不能超过允 许的极限值。
du dt。 在额定结温和门极开路的情况下， （8）断态电压临界上升率 不导致晶闸管从断态到通态转换的最大正向电压上升率。一般为每微秒几 十伏。
di dt 。 在规定条件下，晶闸管能承受的最 （9）通态电流临界上升率 大通态电流上升率。若晶闸管导通电流上升太快，则会在晶闸管刚开通时， 有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而损坏晶闸管。
（2）反向重复峰值电压 URRM 。指门极开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。当加在管子上反向电压大于 URRM时，管子可 能会被击穿而损坏。 通常把UDRM和URRM中较小的那个数值标作晶闸管型号上的额定电压。在选 用管子时，额定电压应为正常工作峰值电压的 2～3倍，以保整电路的工作 安全。
（3）额定正向平均电流 IF 。其定义和二极管的额定整流电流意义相同。 要注意的是若晶闸管的导通时间远小于正弦波的半个周期，即使IF值没超 过额定值，但峰值电流将非常大，以致可能超过管子所能提供的极限。 （4）正向平均管压降UF 。指在规定的工作温度条件下，使晶闸管导通的 正弦波半个周期内UAK的平均值，一般在0.4～1.2V。 （5）维持电流IH 。指在常温门极开路时，晶闸管从较大的通态电流降到 刚好能保持通态所需要的最小通态电流。一般IH值从几十到几百毫安，视 晶闸管电流容量大小而定。 （6）门极触发电流IG 。在常温下，阳极电压为6V时，使晶闸管能完全导 通所需的门极电流，一般为毫安级。 （7）门极触发电压UG 。产生门极触发电流所必须的最小门极电压，一般 为5V左右。
在正常情况下，晶闸管导通的必要条件 有两个，缺一不可： （1）晶闸管承受正向电压（阳极电位高 于阴极电位）。 （2）加上适当的正向门极电压（门极电 位高于阴极电位）。 晶闸管一旦导通，门极就失去了控制作 用。正因为如此，晶闸管的门极控制信 号只要是正向脉冲电压就可以了，称之 为触发电压或触发脉冲。
要使晶闸管关断，必须去掉阳极正向电压，或者给阳极加反向电压，或者 降低正向阳极电压，这样就使通过晶闸管的电流降低到一定数值以下。能 保持晶闸管导通的最小电流，称为维持电流。 当门极没有加正向触发电压时，晶体管即使阳极和阴极之间加上正向电压 ，一般是不会导通的。 2．晶闸管的主要参数 （1）断态重复峰值电压UDRM 。指在门极开路而器件的结温为额定值时， 允许重复加在器件上的正向峰值电压。若加在管子上的电压大于UDRM，管 子可能会失控而自行导通。
2
3 1
MT2
MT1
（1）第一象限触发 MT2+、G+。即相对于电极MT1、MT2的电压为正； 门极G的触发电流为正。
（2）第二象限触发 MT2+、G–。即相对于电极MT1、MT2 的电压为正； 门极G的触发电流为负。 （3）第三象限触发 MT2–、G–。即相对于电极MT1、MT2的电压为负； 门极G的触发电流为负。
功率场效应管（MOSFET）是20世纪70年代中期发展起来的 新型半导体电力电子器件。同双极型晶体管相比，功率 MOSFET 具有开关速度快、损耗低、驱动电流小、无二次击穿 现象等优点。目前功率 MOSFET越来越受到人们的重视，广泛 应用于高频电源变换、电机调速、高频感应加热等领域。