2.电力电子器件 (1)-概述及不可控器件
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电力电子器件概述
4. 最高工作结温 TJM：125～175℃
5. 反向恢复时间trr 6. 浪涌电流IFSM
1.2.4 主要类型
1. 普通二极管——又称整流二极管 1KHZ以下 数千安和数千伏以上
2. 快恢复二极管 5μs以下 3. 肖特二极管
1.3 半控型器件——晶闸管(SCR)
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
Id
1
2
3
Im
sin td
t
3
4
Im
0.24Im
I
1
2
Im
sin t
2
d
t
0.46Im
3
Kf
I Id
0.46 0.24
1.92
IT ( AV )
100 2
50
Id
1.57 50 1.92
41 A
Im
Id 0.24
41 0.24
171
A
⑵ 维持电流IH 使晶闸管维持通态所必需的最小主电流。 ⑶ 擎住电流IL ⑷ 浪涌电流ITSM
4. 光控晶闸管LTT
⑴又称光触发晶闸 管，是利用一定 波长的光照信号 触发导通的晶闸 管。
⑵光触发保证了主 电路与控制电路 之间的绝缘，且 可避免电磁干扰 的影响。
⑶在高压大功率的 场合占有重要地位。
1.4 典型全控型器件
门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。 20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时代。
不可控器件：电力二极管
半控型器件：晶闸管及其派生器件 全控型器件：功率场效应管、绝缘栅双极性晶体管、
门极可关断晶闸管
⑵ 按照控制信号性质可分为： 电流控制型 电压控制型：控制功率小
5. 反向恢复时间trr 6. 浪涌电流IFSM
1.2.4 主要类型
1. 普通二极管——又称整流二极管 1KHZ以下 数千安和数千伏以上
2. 快恢复二极管 5μs以下 3. 肖特二极管
1.3 半控型器件——晶闸管(SCR)
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
Id
1
2
3
Im
sin td
t
3
4
Im
0.24Im
I
1
2
Im
sin t
2
d
t
0.46Im
3
Kf
I Id
0.46 0.24
1.92
IT ( AV )
100 2
50
Id
1.57 50 1.92
41 A
Im
Id 0.24
41 0.24
171
A
⑵ 维持电流IH 使晶闸管维持通态所必需的最小主电流。 ⑶ 擎住电流IL ⑷ 浪涌电流ITSM
4. 光控晶闸管LTT
⑴又称光触发晶闸 管，是利用一定 波长的光照信号 触发导通的晶闸 管。
⑵光触发保证了主 电路与控制电路 之间的绝缘，且 可避免电磁干扰 的影响。
⑶在高压大功率的 场合占有重要地位。
1.4 典型全控型器件
门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。 20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时代。
不可控器件：电力二极管
半控型器件：晶闸管及其派生器件 全控型器件：功率场效应管、绝缘栅双极性晶体管、
门极可关断晶闸管
⑵ 按照控制信号性质可分为： 电流控制型 电压控制型：控制功率小
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
华东理工大学
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
华东理工大学
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。
华东理工大学
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)
2电力电子器件
不用平均值而用有效值来 表示其额定电流值。
37
晶闸管的派生器件
2.双向晶闸管
I+
I-
+
+
四种触发方式
I
+
-
-
-
IG = 0
0
U
-
-
+
Ⅲ-
+ +
Ⅲ+
触发灵敏度I+、Ⅲ-相对较高。 实际常用I+、Ⅲ-两种触发方式
38
晶闸管的派生器件
3.逆导晶闸管
K G
A I
0
I =0
G
U
是将晶闸管反并联一个二极管制作在同 一管芯上的功率集成器件。
电流驱动型
20
晶闸管的结构与工作原理
4.晶闸管的基本特点：
1） 晶闸管具有可控的单向导电性。
与二极管比较： 相同点——都具有单向导电性； 不同点——晶闸管的单向导电受门极控制。
2） 晶闸管属半控型器件。
门极只能用来控制晶闸管的导通，晶闸管导通后门极就失去控制作用。
3） 晶闸管具有开关作用。
导通——相当于开关闭合； 阻断——相当于开关断开。
能维持导通所需的最小阳极电流。 对同一晶闸管，通常IL约为IH的2~4倍。
30
2.电流定额
晶闸管的主要参数
正弦半波电流波形
通态平均电流IT(AV)
1
IT ( AV ) 2
0
Im
sin td (t )
Im
正弦半波电流的有效值
ITN
1
2
0
(Im
sint)2 d (t)
Im 2
波形系数Kf
有效值 Kf 平均值
37
晶闸管的派生器件
2.双向晶闸管
I+
I-
+
+
四种触发方式
I
+
-
-
-
IG = 0
0
U
-
-
+
Ⅲ-
+ +
Ⅲ+
触发灵敏度I+、Ⅲ-相对较高。 实际常用I+、Ⅲ-两种触发方式
38
晶闸管的派生器件
3.逆导晶闸管
K G
A I
0
I =0
G
U
是将晶闸管反并联一个二极管制作在同 一管芯上的功率集成器件。
电流驱动型
20
晶闸管的结构与工作原理
4.晶闸管的基本特点：
1） 晶闸管具有可控的单向导电性。
与二极管比较： 相同点——都具有单向导电性； 不同点——晶闸管的单向导电受门极控制。
2） 晶闸管属半控型器件。
门极只能用来控制晶闸管的导通，晶闸管导通后门极就失去控制作用。
3） 晶闸管具有开关作用。
导通——相当于开关闭合； 阻断——相当于开关断开。
能维持导通所需的最小阳极电流。 对同一晶闸管，通常IL约为IH的2~4倍。
30
2.电流定额
晶闸管的主要参数
正弦半波电流波形
通态平均电流IT(AV)
1
IT ( AV ) 2
0
Im
sin td (t )
Im
正弦半波电流的有效值
ITN
1
2
0
(Im
sint)2 d (t)
Im 2
波形系数Kf
有效值 Kf 平均值
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：
《电力电子技术》第2章 电力电子器件
电力电子器件是基础 电能进行变换和控制是核心
2/89
上节课内容回顾
• 二、电力电子器件
1、概念：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。
2、特性：大功率、开关特性、驱动电路、损耗大，加散热
3、组成：主电路、控制电路、检测电路。。。。
4、分类：
1）控制程度：不控器件、半控器件、全控器件
12/89
2.1.3 电力电子器件的分类
■按照载流子参与导电的情况 ◆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。
13/89
2.1.4 本章内容和学习要点
■本章内容 ◆按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其 它新型器件的顺序，分别介绍各种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的 一些问题。
检测
控
电路
制
保护
电
电路
路
驱动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电路
V1 LR
V2
主电路
电气隔离
图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
10/89
2.1.3 电力电子器件的分类
■按照能够被控制电路信号所控制的程度 ◆半控型器件 ☞主要是指晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。 ☞器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电 流决定的。 ◆全控型器件 ☞目前最常用的是 IGBT和Power MOSFET。 ☞通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关 断。 ◆不可控器件 ☞电力二极管（Power Diode） ☞不能用控制信号来控制其通断。
■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。 ◆了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。 ◆了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。
2/89
上节课内容回顾
• 二、电力电子器件
1、概念：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。
2、特性：大功率、开关特性、驱动电路、损耗大，加散热
3、组成：主电路、控制电路、检测电路。。。。
4、分类：
1）控制程度：不控器件、半控器件、全控器件
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2.1.3 电力电子器件的分类
■按照载流子参与导电的情况 ◆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。
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2.1.4 本章内容和学习要点
■本章内容 ◆按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其 它新型器件的顺序，分别介绍各种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的 一些问题。
检测
控
电路
制
保护
电
电路
路
驱动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电路
V1 LR
V2
主电路
电气隔离
图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
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2.1.3 电力电子器件的分类
■按照能够被控制电路信号所控制的程度 ◆半控型器件 ☞主要是指晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。 ☞器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电 流决定的。 ◆全控型器件 ☞目前最常用的是 IGBT和Power MOSFET。 ☞通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关 断。 ◆不可控器件 ☞电力二极管（Power Diode） ☞不能用控制信号来控制其通断。
■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。 ◆了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。 ◆了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。
电力电子器件的概念和特征同处理信...
导通时（通态）阻抗很小，接近于短路， 管压降接近于零，而电流由外电路决定
阻断时（断态）阻抗很大，接近于断路，电 流几乎为零，而管子两端电压由外电路决定
2008-5-14
作电路分析时，为简单起见往
上海电往力学用院理电子想技术开教关研室来代替
2
《电力电子技术》第1章 电力电子器件 1.1 电力电子器件概述
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
二.晶闸管工作原理：
？
Ic1=α1 IA + ICBO1 Ic2=α2 IK + ICBO2
IK=IA+IG
IA=Ic1+Ic2
（1-1） （1-2）
G
（1-3） （1-4）
A
P1
N1
N1
P2
P2
N2
K
A
IA
PNP
V1
G IG
Ic1
Ic2
R
NPN V2
S
EG
IK
EA
上海电力学院 电子技术教研室
15
《电力电子技术》第1章 电力电子器件 1.2 不可控器件——电力二极管
1.2.4 电力二极管的主要类型
1. 普通二极管（General Purpose Diode） 频率不高容量大
又称整流二极管（Rectifier Diode）
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5µs以上，
3. 反向重复峰值电压URRM 指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压
2008-5-14
上海电力学院 电子技术教研室
14
《电力电子技术》第1章 电力电子器件 1.2 不可控器件——电力二极管
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
常用电力电子器件
其关断，故又称为自关断器件。如绝缘栅双极晶体管 IGBT和门极可关断晶闸管GTO等。
2.按驱动电路加在器件控制端和公共端之间信 号的性质分类
1）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。常见的有普通晶闸管、门极可关断 晶闸管GTO等。
2）电压驱动型 通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号
（2）关断过程包括反向阻断恢复时间和正向阻断恢复 时间。
关断时间tq是反向阻断恢复时间与正向阻断恢复时间 之和，即 tq=trr+tgr。普通晶闸管的关断时间约几百微秒， 快速晶闸管的关断时间为几微秒到几十微秒。
6.晶闸管的主要参数 晶闸管的主要参数包括电压定额、电流定额、动 态参数和门极参数等。 1）电压定额 电压定额包括断态重复峰值电压、反向重复峰值
电压、通态（峰值）电压、额定电压和通态平均电压 等。
（1）正向重复峰值电压。断态重复峰值电压 UDRM是指在门极断开而结温为额定值时，允许重 复加在器件上的正向峰值电压。
（2）反向重复峰值电压。反向重复峰值电压 URRM是指在门极断开而结温为额定值时，允许重 复加在器件上的反向峰值电压。
（3）通态（峰值）电压。通态（峰值）电压 UTM是指晶闸管通以π倍的或某一规定倍数的额定 通态平均电流时的瞬态峰值电压。从减小器件损 耗和发热的角度应选用UTM较小的晶闸管。
其他几种可能导通的情况：
（1）阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应， 即硬开通。 （2）阳极电压上升率du/dt过高。 （3）结温较高。 （4）光直接照射晶体管硅片上，即光触发。
5.晶闸管的基本特性 晶闸管的基本特性包括静态特性和动态特性。
1）晶闸管的静态特性 （1）晶闸管的阳极伏安特性。晶闸管的阳极伏安特 性是指晶闸管阳极电流和阳极电压之间的关系曲线，如图 2-5所示。其中，第I象限的是正向特性；第III象限的是反 向特性。
2.按驱动电路加在器件控制端和公共端之间信 号的性质分类
1）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。常见的有普通晶闸管、门极可关断 晶闸管GTO等。
2）电压驱动型 通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号
（2）关断过程包括反向阻断恢复时间和正向阻断恢复 时间。
关断时间tq是反向阻断恢复时间与正向阻断恢复时间 之和，即 tq=trr+tgr。普通晶闸管的关断时间约几百微秒， 快速晶闸管的关断时间为几微秒到几十微秒。
6.晶闸管的主要参数 晶闸管的主要参数包括电压定额、电流定额、动 态参数和门极参数等。 1）电压定额 电压定额包括断态重复峰值电压、反向重复峰值
电压、通态（峰值）电压、额定电压和通态平均电压 等。
（1）正向重复峰值电压。断态重复峰值电压 UDRM是指在门极断开而结温为额定值时，允许重 复加在器件上的正向峰值电压。
（2）反向重复峰值电压。反向重复峰值电压 URRM是指在门极断开而结温为额定值时，允许重 复加在器件上的反向峰值电压。
（3）通态（峰值）电压。通态（峰值）电压 UTM是指晶闸管通以π倍的或某一规定倍数的额定 通态平均电流时的瞬态峰值电压。从减小器件损 耗和发热的角度应选用UTM较小的晶闸管。
其他几种可能导通的情况：
（1）阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应， 即硬开通。 （2）阳极电压上升率du/dt过高。 （3）结温较高。 （4）光直接照射晶体管硅片上，即光触发。
5.晶闸管的基本特性 晶闸管的基本特性包括静态特性和动态特性。
1）晶闸管的静态特性 （1）晶闸管的阳极伏安特性。晶闸管的阳极伏安特 性是指晶闸管阳极电流和阳极电压之间的关系曲线，如图 2-5所示。其中，第I象限的是正向特性；第III象限的是反 向特性。
电力电子器件
◆从关断时间来看，普通晶闸管一般为数百微秒，快速
晶闸管为数十微秒，而高频晶闸管则为10s左右。
◆高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。
◆由于工作频率较高，选择快速晶闸管和高频晶闸管的 通态平均电流时不能忽略其开关损耗的发热效应。
2.3.4 晶闸管的派生器件
I
■双向晶闸管（Triode AC
2.3.3 晶闸管的主要参数
■电压定额 ◆断态重复峰值电压UDRM ☞是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。 ☞国标规定断态重复峰值电压UDRM为断态不重复峰值 电压（即断态最大瞬时电压）UDSM的90%。 ☞断态不重复峰值电压应低于正向转折电压Ubo。 ◆反向重复峰值电压URRM ☞是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。 ☞规定反向重复峰值电压URRM为反向不重复峰值电压 （即反向最大瞬态电压）URSM的90%。 ☞反向不重复峰值电压应低于反向击穿电压。
电子器件
2.6 功率集成电路与集成电力电子模块
■基本概念 ◆ 20世纪80年代中后期开始，模块化趋势，将多
个器件封装在一个模块中，称为功率模块。 ◆可缩小装置体积，降低成本，提高可靠性。 ◆对工作频率高的电路，可大大减小线路电感，
从而简化对保护和缓冲电路的要求。 ◆将器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自
时间短、高温特性好、额 定结温高等优点，可用于 不需要阻断反向电压的电 路中。
K G
A
I O
IG=0 U
a)
b)
图2-12 逆导晶闸管的电气图形符号 和伏安特性
a) 电气图形符号 b) 伏安特性
2.3.4 晶闸管的派生器件
■光控晶闸管（Light
晶闸管为数十微秒，而高频晶闸管则为10s左右。
◆高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。
◆由于工作频率较高，选择快速晶闸管和高频晶闸管的 通态平均电流时不能忽略其开关损耗的发热效应。
2.3.4 晶闸管的派生器件
I
■双向晶闸管（Triode AC
2.3.3 晶闸管的主要参数
■电压定额 ◆断态重复峰值电压UDRM ☞是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。 ☞国标规定断态重复峰值电压UDRM为断态不重复峰值 电压（即断态最大瞬时电压）UDSM的90%。 ☞断态不重复峰值电压应低于正向转折电压Ubo。 ◆反向重复峰值电压URRM ☞是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。 ☞规定反向重复峰值电压URRM为反向不重复峰值电压 （即反向最大瞬态电压）URSM的90%。 ☞反向不重复峰值电压应低于反向击穿电压。
电子器件
2.6 功率集成电路与集成电力电子模块
■基本概念 ◆ 20世纪80年代中后期开始，模块化趋势，将多
个器件封装在一个模块中，称为功率模块。 ◆可缩小装置体积，降低成本，提高可靠性。 ◆对工作频率高的电路，可大大减小线路电感，
从而简化对保护和缓冲电路的要求。 ◆将器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自
时间短、高温特性好、额 定结温高等优点，可用于 不需要阻断反向电压的电 路中。
K G
A
I O
IG=0 U
a)
b)
图2-12 逆导晶闸管的电气图形符号 和伏安特性
a) 电气图形符号 b) 伏安特性
2.3.4 晶闸管的派生器件
■光控晶闸管（Light
1-2-电力电子主要器件特点
主要电力电子器件特点◆不可控器件——电力二极管PD◆电流驱动型器件(SCR、GTO、GTR)◆电压驱动型器件（POWER MOSFET、IGBT）（）电力二极管（P Di d ）I（一）电力二极管（Power Diode）I F◆二极管的基本原理——PN结的单向导电性功率提高：结构、P-i-NO U TO U FU◆PN 结的电容效应，结电容C J 影响PN 结的工作频率势垒电容C B 和扩散电容C D◆正向电压降U 和反向漏电流I Fd i F F U Ft t t rrt dt ft t td t◆通流能力强---电导调制效应F 012U Rd i R d t ◆存在较大反向电流和反向电压过冲a)U RPI R P ◆正向导通需要正向恢复时间t fr（二）电流驱动型器件特点：都是三个联接端，2个功率端，1个控制端◆晶闸管—半控型器件，开通时刻可控◆门极可关断晶闸管GTO☞晶闸管的一种派生器件，在门极施加负的脉冲电流使其关断小☞电流关断增益βoff◆电力晶体管（Giant Transistor——GTR）☞与普通的双极结型晶体管基本原理样与普通的双极结型晶体管基本原理一样☞最主要的特性是耐压高、电流大、开关特性好（三）电力MOSFET（绝缘栅型MOS）栅极来控制漏极特点◆电压来控制电流，它的特点：☞驱动电路简单，需要的驱动功率小。
☞开关速度快，工作频率高。
☞电流容量小，耐压低，多用于功率不超过10kW的电力电子装置。
◆按导电沟道可分为沟道和沟道P N沟道。
☞当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道的称为耗尽型。
对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导☞）沟道器件栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道的称为增强型。
☞在电力MOSFET中，主要是N沟道增强型。
中主要是☞输出特性截止区（GTR的截止区）饱和区（GTR的放大区）非饱和区（GTR的饱和区）饱和----漏源电压增加时漏极电流不再增加，非饱和指漏源电压增加时----漏极电流相应增加。
电力电子器件综合概述ppt(共83页)
10
电力电子器件的分类
2.驱动信号的性质
电流驱动型
电压驱动型
通断
11
电力电子器件的分类
3.导电方式
单极型器件
只有一种载流子（多数）参与导电
双极型器件
电子和空穴两种载流子同时参与导电
复合型器件
单极型器件和双极型器件集成混合而成
12
晶闸管的结构与工作原理
1.结构和符号
A 阳极
G
门极
P1 N1 P2 N2
它有三个电极 1和2代表开关的两个主电极，3是控制开关通断的控制。
它只有两种工作状态——“通态”和“断态” 通态时其电阻为零，相当于开关闭合； 断态时其电阻无穷大，相当于开关断开。
4
电力电子器件的概念和特征
2 .特征 电力电子器件是功率半导体器件
1）处理电功率的能力>>信息电子器件。 2）一般工作在开关状态。 3）一般由信息电子电路驱动。 4）功率损耗>>信息电子器件。
2～3倍。
即 UTn=（2~3）UTM
UTM 为晶闸管在实际工作中所承受的最大正反向电压
23
晶闸管的主要参数
2.电流定额
通态平均电流IT(AV) 在规定的条件下，晶闸管所允许流过的最大
工频正弦半波电流的平均值。
维持电流 IH 维持晶闸管继续导通所必需的最小阳极电流。
擎住电流IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，
5
电力电子器件的概念和特征
2 .特征 如何考查电力电子器件 导通压降(损耗) 运行频率(开通时间/关断时间) 器件容量(电能处理、变换的能力) 可靠性 耐冲能力
6
电力电子电路系统组成
控制电 路
主电路
电力电子器件的分类
2.驱动信号的性质
电流驱动型
电压驱动型
通断
11
电力电子器件的分类
3.导电方式
单极型器件
只有一种载流子（多数）参与导电
双极型器件
电子和空穴两种载流子同时参与导电
复合型器件
单极型器件和双极型器件集成混合而成
12
晶闸管的结构与工作原理
1.结构和符号
A 阳极
G
门极
P1 N1 P2 N2
它有三个电极 1和2代表开关的两个主电极，3是控制开关通断的控制。
它只有两种工作状态——“通态”和“断态” 通态时其电阻为零，相当于开关闭合； 断态时其电阻无穷大，相当于开关断开。
4
电力电子器件的概念和特征
2 .特征 电力电子器件是功率半导体器件
1）处理电功率的能力>>信息电子器件。 2）一般工作在开关状态。 3）一般由信息电子电路驱动。 4）功率损耗>>信息电子器件。
2～3倍。
即 UTn=（2~3）UTM
UTM 为晶闸管在实际工作中所承受的最大正反向电压
23
晶闸管的主要参数
2.电流定额
通态平均电流IT(AV) 在规定的条件下，晶闸管所允许流过的最大
工频正弦半波电流的平均值。
维持电流 IH 维持晶闸管继续导通所必需的最小阳极电流。
擎住电流IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，
5
电力电子器件的概念和特征
2 .特征 如何考查电力电子器件 导通压降(损耗) 运行频率(开通时间/关断时间) 器件容量(电能处理、变换的能力) 可靠性 耐冲能力
6
电力电子电路系统组成
控制电 路
主电路
PE-1-12 电力电子器件
《电力电子技术》 电力电子技术》 电 气 信 息 学 院
1.2.2 电力二极管的基本特性
1. 静态特性 主要指伏安特性
当电力二极管承受的 正向电压大到一定值 （门槛电压UTO），正 向电流才开始明显增加， 处于稳定导通状态。与 正向电流IF对应的电力 二极管两端的电压UF即 为其正向电压降。当电 力二极管承受反向电压 时，只有少子引起的微 小而数值恒定的反向漏 电流
(3) 实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制
在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对控制 电路的信号进行放大，这就是电力电子器件的驱动电路 驱动电路
(4)为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不 仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热器
•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
《电力电子技术》 电力电子技术》 电 气 信 息 学 院
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引
言
集成电路
电子器件： 电子技术的基础 —— 电子器件：晶体管和 电力电子电路的基础 —— 电力电子器件 本章主要内容： 本章主要内容：
简要概述电力电子器件的概念、 简要概述电力电子器件的概念 、 特点和分类等 问题 介绍各种常用电力电子器件的工作原理、 介绍各种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的一些问题 主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题
1.2.2 电力二极管的基本特性
1. 静态特性 主要指伏安特性
当电力二极管承受的 正向电压大到一定值 （门槛电压UTO），正 向电流才开始明显增加， 处于稳定导通状态。与 正向电流IF对应的电力 二极管两端的电压UF即 为其正向电压降。当电 力二极管承受反向电压 时，只有少子引起的微 小而数值恒定的反向漏 电流
(3) 实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制
在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对控制 电路的信号进行放大，这就是电力电子器件的驱动电路 驱动电路
(4)为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不 仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热器
•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
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引
言
集成电路
电子器件： 电子技术的基础 —— 电子器件：晶体管和 电力电子电路的基础 —— 电力电子器件 本章主要内容： 本章主要内容：
简要概述电力电子器件的概念、 简要概述电力电子器件的概念 、 特点和分类等 问题 介绍各种常用电力电子器件的工作原理、 介绍各种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的一些问题 主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题
电力电子器件的分类
电力电子器件的分类
电力电子器件的分类
按照器件的控制能力分为以下三类：
半控型器件：晶闸管（Thyristor or SCR）及其大部分派生器件
其特征是：控制极只能控制器件导通，不能控制关断。
全控型器件：IGBT、MOSFET、GTO、GTR
其特征是：控制极可以控制器件导通和关断。
不可控器件：二极管(Power Diode)
按照器件控制信号特征分为两类：
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，如SCR、GTR、GTO
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，其本质是通过加在控制端上的电压在器件的两个主电路端子之间产生可控的电场来改变流过器件的电流大小和通断状态，所以又称为场控器件，或场效应器件，如IGBT、MOSFET
按照器件内部载流子参与导电的情况分为三类：
单极型器件——由一种载流子参与导电的器件，如MOSFET
双极型器件——由电子和空穴两种载流子参与导电的器件，如SCR、 GTR、 GTO
复合型器件——由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件，如IGBT
电力电子器件的一般工作特征：
（1）电力电子器件一般都工作在开关状态；
（2）电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制－－驱动电路、控制电路；
（3）工作时由于通态损耗、开关损耗等引起发热，在其工作时一般都要考虑散热设计或安装散热器。
电力电子器件概述55500
1.2.4 电力二极管的主要类型
2) 快恢复二极管 （Fast Recovery Diode——FRD）
简称快速二极管
快恢复外延二极管 （Fast Recovery Epitaxial Diodes——FRED）， 其trr更短（可低于50ns）， UF也很低（0.9V左 右），但其反向耐压多在1200V以下。
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）仍然
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。
1.3.2 晶闸管的基本特性
晶闸管正常工作时的特性总结如下：
承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸 管都不会导通。 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶 闸管才能开通。 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。 要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于 零的某一数值以下 。 DATASHEET
1.3 半控器件—晶闸管
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理 1.3.2 晶闸管的基本特性 1.3.3 晶闸管的主要参数 1.3.4 晶闸管的派生器件
1.3 半控器件—晶闸管·引言
晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流 器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）
从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。 前者trr为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下， 甚至达到20~30ns。 DATASHEET 1 2 3
第二章电力电子器件
或者关断的控制，这类电力电子器件被称为电压控制型电力电子器件或者电 压驱动型电力电子器件。
第4页/共82页
2.1 电力电子器件概述
电力电子器件的使用特点 从使用角度出发，主要可从以下五个方面考察电力电子器件的性能特点。 (1)导通压降。电力电子器件工作在饱和导通状态时仍产生一定的管耗，管耗 与器件导通压降成正比。 (2)运行频率。受到开关损耗和系统控制分辨率的限制，器件的开关时间越短， 器件可运行的频率越高。 (3)器件容量。器件容量包括输出功率、电压及电流等级、功率损耗等参数。 (4)耐冲击能力。这主要是指器件短时间内承受过电流的能力。半控型器件的 耐冲击能力远高于全控型器件。 (5)可靠性。这主要是指器件防止误导通的能力。
普通二极管(Conventional Diode)又称整流二极管(Rectifier Diode)， 多用于开关频率不高(1kHz以下)的整流电路中 2. 快速恢复二极管
恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短(一般在5ms以下)的二极管被称 为快速恢复二极管(Fast Recovery Diode，FRD)，简称快速二极管。 3. 肖特基势垒二极管
2.3 半控型器件—晶闸管及其派生器件
2. 晶闸管的工作原理 按图2.12所示电路 (1) 当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极承受何种电压，晶闸管都处
于关断状态。 (2) 当晶闸管承受正向阳极电压时，若门极不施加电压，晶闸管也处于关
断状态。即晶闸管具有正向阻断能力。 (3) 要使晶闸管由阻断变为导通，必须在晶闸管承受正向阳极电压时，同
第11页/共82页
2.2 电力二极管
电力二极管的工作原理和基本特性
电力二极管的基本结构都是以半导体PN结为基础。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。图2.7所示为电力二极 管的外形、结构和电气图形符号。从外形上看，电力二极管主要有螺栓型和 平板型两种封装。
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2.1 电力电子器件概述
电力电子器件的使用特点 从使用角度出发，主要可从以下五个方面考察电力电子器件的性能特点。 (1)导通压降。电力电子器件工作在饱和导通状态时仍产生一定的管耗，管耗 与器件导通压降成正比。 (2)运行频率。受到开关损耗和系统控制分辨率的限制，器件的开关时间越短， 器件可运行的频率越高。 (3)器件容量。器件容量包括输出功率、电压及电流等级、功率损耗等参数。 (4)耐冲击能力。这主要是指器件短时间内承受过电流的能力。半控型器件的 耐冲击能力远高于全控型器件。 (5)可靠性。这主要是指器件防止误导通的能力。
普通二极管(Conventional Diode)又称整流二极管(Rectifier Diode)， 多用于开关频率不高(1kHz以下)的整流电路中 2. 快速恢复二极管
恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短(一般在5ms以下)的二极管被称 为快速恢复二极管(Fast Recovery Diode，FRD)，简称快速二极管。 3. 肖特基势垒二极管
2.3 半控型器件—晶闸管及其派生器件
2. 晶闸管的工作原理 按图2.12所示电路 (1) 当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极承受何种电压，晶闸管都处
于关断状态。 (2) 当晶闸管承受正向阳极电压时，若门极不施加电压，晶闸管也处于关
断状态。即晶闸管具有正向阻断能力。 (3) 要使晶闸管由阻断变为导通，必须在晶闸管承受正向阳极电压时，同
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2.2 电力二极管
电力二极管的工作原理和基本特性
电力二极管的基本结构都是以半导体PN结为基础。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。图2.7所示为电力二极 管的外形、结构和电气图形符号。从外形上看，电力二极管主要有螺栓型和 平板型两种封装。
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PN结的反向击穿分为：雪崩击穿(电压高)、齐纳击 穿 雪崩击穿和齐纳击穿均可能导致热击穿(烧毁)
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电 力 电 子 技 术
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2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
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PN 结反向偏置
变厚
－ + + + +
_ P
－ － －
内电场被加强，多子的 扩散受抑制。少子漂移 加强，但少子数量有限， 只能形成较小的反向电 流。
N
+
内电场 外电场
E
R
2- 28
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内电场E N型半导体
2- 26
(Power Electronics)
P型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
+ + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + 扩散的结果是使空间电 荷区更窄
空间电荷区， 也称耗尽层。
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2.1.3 电力电子器件的分类
2- 19
(Power Electronics)
按照驱动电路信号的性质，分为两类：
电流驱动型
电压驱动型
——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。
——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。
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2.1.2 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、保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路组成。
控 制 电 路 检测 电路 保护 电路 驱动 电路
2- 10
(Power Electronics)
V1 L R
在主电路和 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
半控型器件——晶闸管
第四节
第五节
典型全控型器件
其他新型电力电子器件
第六节
电力电子器件的串联和并联使用
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本章内容和学习要点
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。最重要的是掌 握其基本特性。 了解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，这是在实际中正确应用电力电 子器件的两个基本要求。 本章内容需要在全部课程学完后才能得到深入理解！
电力电子器件
(Power Electronics) 2- 1 电 力 电 子 技 术
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第2章 电力电子器件
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电力电子器件
(Power Electronics) 2- 2 电 力 电 子 技 术
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第一节
电力电子器件概述
第二节
第三节
不可控器件——电力二极管
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。 主要指半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅) 。
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2.1.1 电力电子器件的概念和特征
2- 5
(Power Electronics)
2- 12
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ力电子器件
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电 力 电 子 装 置 结 构 图 （ 背 面 内 部 ） 武汉科技大学信息科学与工程学院
2- 13
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电力电子装置结构图（变压器部分）
2- 16
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电力电子装置结构图（驱动与保护部分）
2- 17
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结构
外型
符号
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2- 25
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电力电子器件 内电场越强，就使漂移 运动越强，而漂移使空 电 间电荷区变宽。 力
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PN结具有单向导电性： 漂移运动
V2
主电路
电气隔离 图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
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2.1.2 应用电力电子器件的系统组成
2- 11
(Power Electronics)
控制电路：按系统的工作要求形成控制信号，通 过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通
或关断，来完成整个系统的功能。
检测电路：电压传感器PT、电流传感器CT。
电气隔离：通过光、磁等来传递信号。
保护电路：过压保护、过流保护。
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电 力 电 子 装 置 结 构 图 （ 正 面 内 部 ）
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电力电子装置结构图（控制部分）
2- 14
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只能看到散热器！
电力电子装置结构图（主回路部分）
2- 15
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2- 3
(Power Electronics)
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2.1 电力电子器件概述
2.1.1 电力电子器件的概念和特征
2- 4
(Power Electronics)
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。
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。
门极可关断晶闸管（GTO）
绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT）
3) 不可控器件
电力二极管（Power Diode） 不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的 动电路。 电压和电流决定的。
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2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
2- 29
(Power Electronics)
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 —— ——
•
• •
二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性
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。
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2.2 不可控器件—电力二极管(Power Diode)
2- 23
(Power Electronics)
电力电子器件的一般特征： (1) 能够处理电功率的大小，即承受电压和
电流的能力是电力电子器件最重要的参数。
其处理电功率的能力小至毫瓦（ mW ）级，
大至兆瓦（=1000kW, MW）级, 大多都远大于处
理信息的电子器件。
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1) 2)
3)
复合型器件
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2.1.3 电力电子器件的分类
肖特基势垒二极管 型
2- 21
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图1-42
（
(Power Electronics)
混 合 IGBT 型
（
MCT
双 极
SITH
功率MOSFET 单 功率SIT 极
复 合 型
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电力电子器件
电 力 电 子 技 术
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2.1.1 电力电子器件的概念和特征
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2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
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(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
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PN 结反向偏置
变厚
－ + + + +
_ P
－ － －
内电场被加强，多子的 扩散受抑制。少子漂移 加强，但少子数量有限， 只能形成较小的反向电 流。
N
+
内电场 外电场
E
R
2- 28
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内电场E N型半导体
2- 26
(Power Electronics)
P型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
+ + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + 扩散的结果是使空间电 荷区更窄
空间电荷区， 也称耗尽层。
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2.1.3 电力电子器件的分类
2- 19
(Power Electronics)
按照驱动电路信号的性质，分为两类：
电流驱动型
电压驱动型
——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。
——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。
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2.1.2 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、保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路组成。
控 制 电 路 检测 电路 保护 电路 驱动 电路
2- 10
(Power Electronics)
V1 L R
在主电路和 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
半控型器件——晶闸管
第四节
第五节
典型全控型器件
其他新型电力电子器件
第六节
电力电子器件的串联和并联使用
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本章内容和学习要点
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。最重要的是掌 握其基本特性。 了解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，这是在实际中正确应用电力电 子器件的两个基本要求。 本章内容需要在全部课程学完后才能得到深入理解！
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(Power Electronics) 2- 1 电 力 电 子 技 术
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第2章 电力电子器件
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(Power Electronics) 2- 2 电 力 电 子 技 术
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第一节
电力电子器件概述
第二节
第三节
不可控器件——电力二极管
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。 主要指半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅) 。
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2.1.1 电力电子器件的概念和特征
2- 5
(Power Electronics)
2- 12
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ力电子器件
(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
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电 力 电 子 装 置 结 构 图 （ 背 面 内 部 ） 武汉科技大学信息科学与工程学院
2- 13
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(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
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电力电子装置结构图（变压器部分）
2- 16
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电力电子装置结构图（驱动与保护部分）
2- 17
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结构
外型
符号
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2- 25
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电力电子器件 内电场越强，就使漂移 运动越强，而漂移使空 电 间电荷区变宽。 力
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PN结具有单向导电性： 漂移运动
V2
主电路
电气隔离 图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
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2.1.2 应用电力电子器件的系统组成
2- 11
(Power Electronics)
控制电路：按系统的工作要求形成控制信号，通 过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通
或关断，来完成整个系统的功能。
检测电路：电压传感器PT、电流传感器CT。
电气隔离：通过光、磁等来传递信号。
保护电路：过压保护、过流保护。
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电 力 电 子 装 置 结 构 图 （ 正 面 内 部 ）
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电力电子装置结构图（控制部分）
2- 14
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只能看到散热器！
电力电子装置结构图（主回路部分）
2- 15
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2- 3
(Power Electronics)
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2.1 电力电子器件概述
2.1.1 电力电子器件的概念和特征
2- 4
(Power Electronics)
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。
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。
门极可关断晶闸管（GTO）
绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT）
3) 不可控器件
电力二极管（Power Diode） 不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的 动电路。 电压和电流决定的。
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2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
2- 29
(Power Electronics)
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 —— ——
•
• •
二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性
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。
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2.2 不可控器件—电力二极管(Power Diode)
2- 23
(Power Electronics)
电力电子器件的一般特征： (1) 能够处理电功率的大小，即承受电压和
电流的能力是电力电子器件最重要的参数。
其处理电功率的能力小至毫瓦（ mW ）级，
大至兆瓦（=1000kW, MW）级, 大多都远大于处
理信息的电子器件。
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1) 2)
3)
复合型器件
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2.1.3 电力电子器件的分类
肖特基势垒二极管 型
2- 21
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图1-42
（
(Power Electronics)
混 合 IGBT 型
（
MCT
双 极
SITH
功率MOSFET 单 功率SIT 极
复 合 型
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