高等电力电子技术1通态损耗
电力电子技术概念题(大工复习)
电力电子技术概念题（自总结版）1、何为晶闸管导通角？何为晶闸管控制角？2、关断缓冲电路的作用是什么？开通换缓冲电路的作用是什么？3、何为通态损耗？何为断态损耗？4、何为晶闸管通态电流临界上升率didt ？何为晶闸管断态电压临界上升率dudt？5、电力电子期间驱动电路的基本任务是什么？6、换向重叠角受哪些参数影响？其变化规律是什么？7、何为双极性PWM控制方式？何为单极性PWM控制方式？何为SPWM波？8、何为逆变失败？讲述逆变失败的原因。
9、何为晶闸管擎住电流？何为晶闸管维持电流？何为晶闸管通态平均电流？10、何为同步调制？何为异步调制？11、何为有源逆变？何为无缘逆变？实现有源逆变的条件是什么？12、逆变时允许采用的最小逆变角βmin如何确定？13、有哪几种换流方式？14、变压器漏感对整流电路有哪些影响？15、哪些是电压型驱动器件、电流型驱动器件？16、何为晶闸管触发电路的定相？一、 晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角，用θ表示，θ=π−α。
从晶闸管开始承受正向阳极电压起，到施加触发脉冲止的电角度称为触发延迟角，用α表示，也成为触发角或控制角。
二、 关断缓冲电路又称du dt ⁄抑制电路，用于吸收期间的关断过电压和换相过电压，抑制du dt ⁄，减小关断损耗。
开通缓冲电路又称di dt ⁄抑制电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和di dt ⁄，减小器件的开通损耗。
三、 电子电子器件在导通或者阻断的状态下，并不是理想的短路或断路，导通时器件上有一定的通态压降，阻断时器件上有微小的断态漏电流流过，尽管其数值都很小，但分别与数值较大的通态电流和断态电压相作用，就形成了电力电子期间的通态损耗和断态损耗。
（通态损耗是电力电子器件功率损耗的主要原因，但期间的开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素）四、 通态电流临界上升率di dt ⁄：在规定条件下，晶闸管能很瘦而无有害影响的最大通态电流上升率（如果电流上升太快，可能造成局部过热而是晶闸管损坏）。
山东大学电力电子技术复习
第二章 电力电子器件一、电力电子器件概述1.电力电子器件的概念：可直接用于处理电能主电路中，实现电能的变换与控制2.主电路：直接承担电能变换或控制任务的电路3.分类（广义上）：电真空器件、半导体器件4.同处理信息的电子器件比较：（1）处理电功率的能力远大于处理信息的电子器件（2）因为处理的电功率较大，为了减小本身的损耗，提高效率，电力电子器件一般工作在开关状态（3）电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制（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5.损耗：通态损耗（功率损耗的主要成因）、断态损耗、开关损耗（开通、关断）6.电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路、以电力电子器件为核心的主电路构成7.电力电子器件分类：按照器件能够被控制的程度：半控：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。
全控型：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：不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱动电路。
按照驱动电路信号的性质：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） 电压驱动型、场控器件、场效应器件（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）根据驱动波形：脉冲触发型、电平控制型（维持）按照内部载流子（电子、空穴）参与导电的情况：单极型、双极型、复合型二、不可控器件—电力二极管基本结构与工作原理与二极管相似，以半导体PN 结为基础，单向导电性封装形式：螺栓型，平板型 PN 结反向击穿：雪崩、齐纳、均可能导致热击穿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..微分电容，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 1.电力二极管的基本特性：静态：门槛电压UTO 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动态特性：关断——刚开始管压降由于电导调制效应基本不变反向过冲电压：URP 电流迅速下降，电感 UR ：外加反向电压 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 反向恢复特性软度：tf /td=Sr开通：正向压降先出现一个过冲UFP ，经过一段时间才趋于接近稳态压降的（2V ） 正向恢复时间tfr产生电压过冲的原因：（1）电导调制效应起作用所需的大量少子需要一定的时间来储存，在达到稳态导通之前管压降较大 （2）正向电流的上升会因器件自身的电感而产生较大的压降IO I F U T O U F Ua) F U F t F t 0 t r r t d t f t 1 t 2 t U R U R P I R P d i F d t d i R d tU F P u i i F u F t fr t 0 2V2.电力二极管的主要参数：正向平均电流IF(A V)：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。
电力电子技术中的电力电子器件的损耗如何评估
电力电子技术中的电力电子器件的损耗如何评估电力电子技术在现代能源转换和控制中起着至关重要的作用。
而电力电子器件的损耗评估则是确保电力电子系统的高效运行和可靠性的关键环节。
本文将探讨电力电子器件损耗的评估方法和技术。
一、损耗评估的重要性电力电子器件的损耗评估是为了准确衡量和分析电力电子器件在工作过程中所损失的能量。
这不仅有助于设计更高效的电力电子系统，还能够提高系统的可靠性和寿命。
只有充分了解器件的损耗特性，才能选择符合实际应用需求的器件，并制定相应的散热措施，从而确保系统的正常运行。
二、损耗评估的方法1. 理论计算方法理论计算方法是最常用的损耗评估方法之一。
通过建立电力电子器件的数学模型，根据器件的工作条件和工作环境，利用数值计算工具进行仿真，得到器件的损耗情况。
这种方法可以快速、准确地评估器件的损耗，但需要准确建立器件的数学模型，且对模型参数的准确性要求较高。
2. 实验测试方法实验测试方法是另一种常用的损耗评估方法。
通过实际测量器件在工作过程中的电流、电压和温度等参数，再结合基本的电力电子知识和计算公式，计算出器件的损耗情况。
这种方法的优点是直观、实际，可以考虑到实际应用中的各种因素，但需要实际器件和测试设备，并且需要时间和费用。
三、损耗评估的关键参数1. 导通损耗导通损耗是指电力电子器件在导通状态下的功率损失。
在开关管等功率器件的导通过程中，会有一定的电流和电压损耗。
导通损耗的大小直接影响着器件的效率和发热情况。
2. 关断损耗关断损耗是指电力电子器件在关断状态下的功率损失。
在开关管等功率器件的关断过程中，由于电流和电压的突变，会有一定的能量损耗。
关断损耗的大小取决于器件的特性和驱动电路设计的合理性。
3. 通信损耗通信损耗是指电力电子器件在通信过程中的能量损耗。
在数字控制和通信系统中，器件与其他控制单元之间会进行数据交换和通信。
这个过程中会产生一定的能量损耗，主要来自传输线路和通信协议。
4. 瞬态损耗瞬态损耗是指电力电子器件在快速开关过程中由于电压和电流的瞬间突变引起的能量损耗。
电子技术期末考试题及答案
电子技术期末考试题及答案【篇一：电力电子技术期末考试试题及答案】第1章电力电子器件 1.电力电子器件一般工作在__开关__状态。
2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为__通态损耗__，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为__开关损耗__。
3.电力电子器件组成的系统，一般由__控制电路__、_驱动电路_、 _主电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路__。
4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_单极型器件_ 、 _双极型器件_ 、_复合型器件_三类。
5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。
6.电力二极管的主要类型有_普通二极管_、_快恢复二极管_、 _肖特基二极管_。
7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。
8.晶闸管的基本工作特性可概括为 __正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__ 。
9.对同一晶闸管，维持电流ih与擎住电流il在数值大小上有il__大于__ih 。
10.晶闸管断态不重复电压udsm与转折电压ubo数值大小上应为，udsm_大于__ubo。
11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。
12.gto的__多元集成__结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。
13.mosfet的漏极伏安特性中的三个区域与gtr共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的__放大区__、前者的非饱和区对应后者的_饱和区__。
14.电力mosfet的通态电阻具有__正__温度系数。
15.igbt 的开启电压uge （th）随温度升高而_略有下降__，开关速度__小于__电力mosfet 。
16.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电压驱动型_和_电流驱动型_两类。
电力电子复习题
电⼒电⼦复习题绪论填空题：1.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。
2.电能变换的含义是在输⼊与输出之间，将___电流_____、___电压_____、___频率_____、____相数____、__电⼒______中的⼀项以上加以改变。
3.电⼒变换的四⼤类型是：_交流变直流_______、___直流变交流_____、___直流变直流_____、____交流变交流____。
4. 在功率变换电路中，为了尽量提⾼电能变换的效率，所以器件只能⼯作在___开关_____状态，这样才能降低___功率损耗_____。
5. 电⼒电⼦器件按照其控制通断的能⼒可分为三类，即: __不可控器件______、_半控器件_______、__全控器件______。
6. 电⼒电⼦技术的研究内容包括两⼤分⽀：____电⼒电⼦器件制造____________ 技术和___变流_____技术。
7.半导体变流技术包括⽤电⼒电⼦器件构成____各种电⼒变换_________电路和对其进⾏控制的技术，以及构成__电⼒电⼦______装置和___电⼒电⼦_____系统的技术。
8.电⼒电⼦技术是应⽤在___电⽓⼯程_____领域的电⼦技术。
9.电⼒电⼦技术是⼀门由__电⼒学______、_电⼦学_______、__控制理论______三个学科交叉形成的新的边缘技术学科。
简答题1. 什么是电⼒电⼦技术？2. 电能变换电路的有什么特点？机械式开关为什么不适于做电能变换电路中的开关？3. 电⼒变换电路包括哪⼏⼤类？第1章电⼒电⼦器件填空题：1.电⼒电⼦器件⼀般⼯作在_ 开关_______状态。
2.在通常情况下，电⼒电⼦器件功率损耗主要为__通态损耗_____，⽽当器件开关频率较⾼时，功率损耗主要为___开关损耗_____。
3.电⼒电⼦器件组成的系统，⼀般由____控制电路____、__驱动电路______、 __ ______三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加__保护电路______。
电力电子复习
注：①单相全控桥电路中，XB在一周期的两次换相中都起作用，等效为m=4； ② 三 相 桥 等 效 为 相 电 压 等 于 3U 的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按代入。
2
随其它参数变化的规律： Id越大则γ越大；XB越大γ越大；当a≤90°时，a越小γ越大
器件换流(全控型器件) 强迫换流：外加换流电路强迫施加反压 8、换流(换相)方式： 电网换流(有源逆变)：由电网(负电压)提供换流电压 负载换流（电容性负载或同步电动机【负载电流相位超前】）
当0<a<1/2时为降压，当1/2<a<1时为升压 ◆ 电源电流i1和负载电流i2的平均值分别为I1和I2 ：
t I1 on I2 t off
I2
◆ 工作原理：
toff 1 I1 I1 ton
V导通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1，同时C维持输出电压恒定并向负载R供电。 V关断时，L的能量向负载释放，电流为i2，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作 反极性斩波电路。
L/ R
◆
T /
m Em / E
t ln 电流断续时： x
1 (1 m ) e m
◇
e 1 e 1 t tx 输出电压平均值为： U o ton E (T ton tx )E m m E 1 on T T
2、阻感负载：
●
整流输出电压平均值: 带阻感负载时，或带电阻负载a≤60°时
1
◇
Ud
3
2 3
6U 2 sin td(t ) 2.34U 2 cos
3
电力电子技术期末考试试题及答案(史上最全)
电力电子技术期末考试试题及答案(史上最全)电力电子技术试题第1章电力电子器件1.电力电子器件普通工作在__开关__状态。
2.在通常事情下，电力电子器件功率损耗要紧为__通态损耗__，而当器件开关频率较高时，功率损耗要紧为__开关损耗__。
3.电力电子器件组成的系统，普通由__操纵电路__、_驱动电路_、 _主电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_爱护电路__。
4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的事情，电力电子器件可分为_单极型器件_ 、 _双极型器件_ 、_复合型器件_三类。
5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。
6.电力二极管的要紧类型有_一般二极管_、_快恢复二极管_、 _肖特基二极管_。
7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。
8.晶闸管的基本工作特性可概括为 __正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__ 。
9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL__大于__IH 。
10.晶闸管断态别重复电压UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDSM_大于__Ubo。
11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（怎么连接）在同一管芯上的功率集成器件。
的__多元集成__结构是为了便于实现门极操纵关断而设计的。
的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的__放大区__、前者的非饱和区对应后者的_饱和区__。
14.电力MOSFET的通态电阻具有__正__温度系数。
的开启电压UGE（th）随温度升高而_略有下落__，开关速度__小于__电力MOSFET 。
16.按照驱动电路加在电力电子器件操纵端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电压驱动型_和_电流驱动型_两类。
的通态压落在1/2或1/3额定电流以下区段具有__负___温度系数，在1/2或1/3额定电流以上区段具有__正___温度系数。
电力电子技术填空题整理
电力电子技术填空题整理1、通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为通态损耗，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为开关损耗。
2、电力电子器件的分类：①半控型，晶闸管及其派生元件。
②全空型，IGBT，GTO，GTR，MOSFET。
③不可控型元件。
单极型电力电子器件有电力MOSFET，双极型：GTO，GTR，复合型：IGBT，可控器件中，容量最大的是：GTO，工作频率最高的是：电力MOSFET，属于电压驱动的是：电力MOSFET，IGBT，属于电流驱动的是：SCR，GTO，GTR3、单相交流调压电路带电阻负载，其导通控制角α的移相范围是180°，随α的增大，Uo减小，功率因数减小.4、把直流变成交流的电路称为逆变电路，当交流侧有电源时称为有源逆变，当交流侧无电源时称为无源逆变。
逆变电路可以根据直流侧电源性质不同分类，当直流侧是电压源时，称此电路为电压型逆变电路，当直流侧为电流源时，成此电路为电流型逆变电路。
5、半桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为1/2Ud，全桥逆变电路输出交流电压的幅值Um为1Ud。
6、三相电压型逆变电路中，每个桥臂的导电角度为180°，各相开始导电的角度依次相差120°，在任意时刻，有3个桥臂导通。
电压型逆变电路一般采用全控型器件，换流方式为器件换流，电流型逆变电路中较多采用半控型器件，换流方式有的采用负载换流，有的采用强迫换流。
7、直流斩波电路中最基本的两种电路时降压斩波电路和升压斩波电路。
复合斩波电路中，电流可逆斩波电路可以看做是一个升压斩波电路和一个降压斩波电路的组合；多相多重斩波电路中，3相3重斩波电路相当于3个降压斩波电路并联。
8、按照加在两端信号的波形有①脉冲触发型②电平控制型；按照器件内部空穴参加导电的情况①单极型器件②双极型器件③复合型器件；按照信号的性质①电流驱动型②电压驱动型9、电力二极管的主要类型①普通二极管②快恢复二极管③肖特基二极管10、晶闸管的基本工作特性概括为①正向有触发则导通②反向截止③一旦导通，无论门极触发电流是否存在都保持导通。
电力电子技术整理(考试必过)
期内的脉冲数减少， PWM 脉冲不对称的影响就变大，有时信号波的微小变化还会产生 PWM 脉冲的跳动。这就使得输出 PWM 波和正弦波的差异变大。对于三相 PWM 型逆变 电路来说，三相输出的对称性也变差。③同步调制：载波比 N 等于常数，并在变频时使载 波和信号波保持同步的方式。④同步调制的特点：在同步调制方式中，信号波频率变化时 载波比 N 不变，信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。当逆变 电路输出频率很低时，同步调制时的载波频率 fc 也很低。fc 过低时由调制带来的谐波不 易滤除。当负载为电动机时也会带来较大的转矩脉动和噪声。 当逆变电路输出频率很高 时，同步调制时的载波频率 fc 会过高，使开关器件难以承受。此外，同步调制方式比异步 调制方式复杂一些。 ⑤分段同步调制：分段同步调制是把逆变电路的输出频率划分为若 干段，每个频段的载波比一定，不同频段采用不同的载波比。其优点主要是：在高频段采 用较低的载波比，使载波频率不致过高，可限制在功率器件允许的范围内。而在低频段采 用较高的载波比，以使载波频率不致过低而对负载产生不利影响。 25.如何提高 PWM 逆变电路的直流电压利用率？ 答：采用梯形波控制方式，即用梯形波作为调制信号，可以有效地提高直流电压的利用率。 对于三相 PWM 逆变电路，还可以采用线电压控制方式，即在相电压调制信号中叠加 3 的 倍数次谐波及直流分量等，同样可以有效地提高直流电压利用率。 26 什么是电流跟踪型 PWM 变流电路？采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器有何特点？ 答：电流跟踪型 PWM 变流电路就是对变流电路采用电流跟踪控制。也就是，不用信号波对 载波进行调制，而是把希望输出的电流作为指令信号，把实际电流作为反馈信号，通过二 者的瞬时值比较来决定逆变电路各功率器件的通断，使实际的输出跟踪电流的变化。 采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器的特点： ①硬件电路简单； ②属于实时控制方式，电流响应快； 。 ③不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波分量；⑤采用闭环控制 ④与计算法和调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量较多； 27.什么是 PWM 整流电路？它和相控整流电路的工作原理和性能有何不同？ 答： ①PWM 整流电路就是采用 PWM 控制的整流电路， 通过对 PWM 整流电路的适当控制， 可以使其输入电流十分接近正弦波且和输入电压同相位，功率因数接近 1。②相控整流电 路是对晶闸管的开通起始角进行控制，属于相控方式。其交流输入电流中含有较大的谐波 分量， 且交流输入电流相位滞后于电压， 总的功率因数低。 ③PWM 整流电路采用 SPWM 控制技术，为斩控方式。其基本工作方式为整流，此时输入电流可以和电压同相位，功率 因数近似为 1。 ④PWM 整流电路可以实现能量正反两个方向的流动，即既可以运行在整 流状态，从交流侧向直流侧输送能量；也可以运行在逆变状态，从直流侧向交流侧输送能 量。而且，这两种方式都可以在单位功率因数下运行。 ⑤此外，还可以使交流电流超前 电压 90°，交流电源送出无功功率，成为静止无功功率发生器。或使电流比电压超前或滞 后任一角度..。 28.滞环比较方式的电流跟踪 PWM 逆变电路中，滞环宽度对逆变电路性能有何影响？ 环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大； 环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。 29.软开关电路的实质是什么？为什么要使用软开关技术？ 答：软开关的实质是消除开关管两端电压和电流的交叠区，或使得交叠区尽量小。 使用软开关技术的目的是：降低开关损耗，提高开关频率从而提高功率密度。 30.电力电子器件的串联使用和并联使用 晶闸管的串联 ◆当晶闸管的额定电压小于实际要求时，可以用两个以上同型号器件相串联。
电力电子技术填空题（附录）
1、电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支，通常所说的模拟电子技术和数字电子技术就属于前者。
2、为减少自身损耗，提高效率，电力电子器件一般都工作在开关状态。
当器件的工作频率较高时，开关损耗会成为主要的损耗。
3、在PWM控制电路中，载波频率与调制信号频率之比称为载波比，当它为常数时的调制方式称为同步调制。
在逆变电路的输出频率范围划分成若干频段，每个频段内载波频率与调制信号频率之比为恒定的调制方式称为分段同步调制。
4、面积等效原理指的是，冲量相等而面积不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
5、在GTR、GTO、IGBT与MOSFET中，开关速度最快的是电力MOSFET，单管输出功率最大的是GTO ，应用最为广泛的是IGBT。
6、设三相电源的相电压为U2，三相半波可控整流电路接电阻负载时，晶闸管可能承受的最大反向电压为电源线电压的峰值，即6U2，其承受的最大正向电压为2U2。
7、逆变电路的负载如果接到电源，则称为有源逆变，如果接到负载，则称为无源逆变。
8、如下图，指出单相半桥电压型逆变电路工作过程中各时间段电流流经的通路(用V1,VD1,V2,VD2表示)。
(1) 0~t1时间段内，电流的通路为___VD1_；(2) t1~t2时间段内，电流的通路为__V1；(3) t2~t3时间段内，电流的通路为__VD2；(4) t3~t4时间段内，电流的通路为V2_；(5) t4~t5时间段内，电流的通路为__VD1；1、GTR存在二次击穿现象，IGBT存在擎住现象。
2、功率因数由基波电流移相和电流波形畸变这两个因素共同决定的。
3、晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是均压_措施。
4、同一晶闸管，维持电流I H与擎柱电流I L在数值大小上有I L_ =（2～4） I H。
125、电力变换通常可分为： AC 变DC （整流） 、 DC 变AC （逆变） 、 AC 变AC 和 DC 变DC （斩波） 。
《电力电子技术》第二章习题解答
2-1.一个开关器件的数据表的详细开关时间如下（对应图2.7(a)）所示固定感应开关的线性特性）：t ri =100ns ，t fv =50ns ，t rv =100ns ，t fi =200ns 。
试计算当频率范围为25~100khz 时的开关能量损失，并绘图。
假设图2.7(a)的电路中U d =300V ，I 0=4A 。
解：(1)先求出25s f kH z =时的开关能量损失T P 1)开关损耗：由： 7()150 1.510c on ri fv t t t ns s -=+==⨯7()300310c off rv fi t t t ns s -=+==⨯4()() 4.510s on off t tc tc s -=+=⨯得：470113004 2.510 4.5106.7522s d S s P U I f t w-=∙∙∙=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=2)导通损耗：000on on on on s sU Vt P U I f t =∴=∙∙∙=3)关断损耗：01 4.52offd s off P U I f t w=∙∙∙=开关的平均能量损耗： 6.75T s o n s P P P P w =+== 开关损耗如图2-1(2)同理：当100s f K H z =时： 1)开关损耗：由： 7()150 1.510c on ri fv t t t ns s -=+==⨯7()300310c off rv fi t t t ns s -=+==⨯4()() 4.510s on off t tc tc s -=+=⨯570113004110 4.5102722s d S s P U I f t w-=∙∙∙=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=2)导通损耗：000on on on on s sU Vt P U I f t =∴=∙∙∙=3)关断损耗：01182offd s off P U I f t w=∙∙∙=开关的平均能量损耗： 27T s on s P P P P w =+== 开关损耗如图2-2图2-1 图2-22-2.在下图的开关电路中，有U d =300V ，f V =100kHz ，R =75Ω。
电力电子复习
1通态损耗是电力电子器件功率损耗的主要成因。
当器件的开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素。
2半控型器件主要是指晶闸管及其大部分派生器件。
全控型器件目前最常用的是IGBT和Power MOSFET。
不可控器件是电力二极管。
3电力（功率）二极管（Power Diode）自20世纪50年代初期就获得应用，但其结构和原理简单，工作可靠，直到现在电力二极管仍然大量应用于许多电气设备当中。
4正向压降U F指电力二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。
5普通二极管又称整流二极管（Rectifier Diode），多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。
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5 s以下）。
肖特基二极管优点在于：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；在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管；因此，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高。
弱点在于：当所能承受的反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下的低压场合；反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。
6晶闸管是晶体闸流管的简称优点：功率放大倍数大、快速响应性好、功率小效率高。
维持电流：使晶闸管维持通态所必须的最小阳极电流。
通态平均电流I TAV=I m/pi 有效值I=I m/2双向晶闸管通常用在交流电路中，因此不用平均值而用有效值来表示其额定电流值。
逆导晶闸管7门极可关断晶闸管功率场效应管：又称功率MOSFET 或电力MOSFET ；热稳定性优于双极型电力晶体管。
另一显著优点是不存在双极型器件不可避免的少数载流子的存储效应。
有三个电极：栅极G 、漏极D 、源极S 。
伏安特性四个分区：截止区、饱和区、非饱和区、雪崩区。
功率MOSFET 无反向阻断能力，在漏源极加反向电压时器件导通，因此在应用时若必须承受反向电压，则MOSFET 电路中应串入快速二极管。
电力电子课件 要点总结
功率二极管
2 器件
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。
换算关系：正弦半波电流的有效值I和平均值IF(AV)
之比：
I 1.57
I F ( AV )
( cost) /4
Im 2
(1
I1
1 2
Im
sin t2 dt
4
Im2 2
1 cos2t
4
2
dt
2 / 2) I m (2 4
2) 0.27 I m
Im2 2
1 2
(
) 4
1 sin 2t 4
4
Im2 2
3 ) 8
1 4
Im
3 1 16 8
0.48I m
I d 2
31
7
晶闸管
正常触发导通条件： UAK>0 and UGK>0 关断条件 ：使流过SCR的电流降低至维持电流以下。
A
P1
N1
N1
G
P2
P2
N2
K a)
A
IA
PNP
V1
G IG
Ic1
NPN S
EG
Ic2 V2
IK
K
b)
其他触发晶闸管导通的方法：
R
EA 阳极电压升高至相当高的数值 造成雪崩效应
阳极电压上升率du/dt过高
2.2 三相可控整流电路
1 三相半波 ——共阴极组连接 ——自然换相点 ——工作原理, 波形分析, 定量计算
2 三相桥式全控整流: 掌握所有内容
高等电力电子技术1通态损耗
满足的函数；T是实际波形的持续时间。
变换后，得到的温升往往高于实 际温升，这是由加热时间集中所 导致。
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9.2 耗散功率与结温
耗散功率与结温是影响功率器件安全运行的 两个重要参数，设计者应对其在各种运行条件下的 变化规律有充分的了解 。散热设计的主要任务就是 根据器件的功率损耗与热平衡条件计算出所需散热 器的热阻，继而根据散热器的材料、形状、表面状 况、冷却介质等设计和选择合适的散热器，以保证 器件安全、可靠地工作 。
对热阻的改变，因而与稳态热阻仍保持有一定的关系。即
可用稳态热阻 Rθ将瞬态热阻抗 表Zθ示为：
Zθ r(（tp ,9-9)R）θ
式中
， 是r(一tp ,个 )与脉冲宽度 及占空tp比 有关的比 例因子，本质
上也就是以稳态热阻 为1 的归R一θ 化热阻抗。
当式（9-9）中的占空比 无限缩小时即向单脉冲条件逼
高等电力电子技术
9.1.1稳态热阻
在组成总热阻的三项中： 第一项结壳热阻Rθj-c 是一个与器件所用材料几何形状 及接触情况相关的参数，而且与器件制造工艺有关。结壳热 阻还与器件应用条件有关，即与电流波形、导通角、工作频 率等相关。 第二项接触热阻 Rθs-a 与接触面积、散热器材料、表面 粗糙度、接触压力等因素相关。接触面积越小、金属材料越 硬、表面粗糙度和不平度越差、接触压力越小, 接触热阻就 越大。 第三项散热器热阻 Rcs与散热器材质、结构尺寸、表面 状况、功耗元件的安装位置以及冷却介质的性质及状态等多 种因素有关。
式中，R0 是RDS(on)在25℃时的额定值； 是其温度系数。
另外，获得器件通态平均功耗更简捷的方法是查看厂家提供的产品 手册上的 PT(AV) IT(AV) 特性曲线。通过曲线，可以直接查到对应平均电流的 通态平均功耗，给器件热设计带来极大方便。
通态损耗的定义
通态损耗的定义通态损耗是指电力系统中的电能由于电流通过导线、变压器、开关等设备时产生的热量损耗。
通态损耗是电力系统中不可避免的现象，它会导致电能的浪费和能源资源的损耗。
电力系统中的通态损耗主要包括导线损耗、变压器损耗和开关损耗等。
导线损耗是电流通过导线时由于导线电阻而产生的热量损耗，这种损耗是由于导线的电阻造成的，电阻越大，导线损耗就越大。
变压器损耗是电流通过变压器时由于变压器的铁心和线圈的电阻而产生的热量损耗，这种损耗是由于变压器的内部材料和结构造成的。
开关损耗是电流通过开关设备时由于接触电阻和电弧等因素而产生的热量损耗，这种损耗是由于开关设备的接触电阻和开关操作过程中产生的电弧引起的。
通态损耗的大小与电流的大小有关，一般来说，电流越大，通态损耗就越大。
此外，通态损耗还与设备的质量和工作条件等因素有关。
要减少通态损耗，可以采取一些措施，如提高设备的质量和效率、优化电力系统的设计和运行、合理选择导线和变压器等。
此外，还可以采用节能技术和设备，如高效变压器、低损耗导线和开关等，来降低通态损耗。
通态损耗不仅会造成电能的浪费，还会引起电力系统的负荷过大、电压降低、设备寿命缩短等问题。
为了降低通态损耗，电力系统需要进行定期的检修和维护，及时处理出现的故障和问题。
此外，还需要加强对电力系统的监控和管理，提高系统的运行效率和稳定性，减少通态损耗的发生。
通态损耗是电力系统中的一种不可避免的现象，它会导致电能的浪费和能源资源的损耗。
为了降低通态损耗，需要采取一系列措施，如提高设备的质量和效率、优化电力系统的设计和运行、合理选择导线和变压器等。
只有这样，才能减少通态损耗，提高电力系统的运行效率和稳定性。
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9.1.2 瞬态热阻
以上讨论的稳态热阻实际上反映了器件散热的稳态特性。
在脉冲宽度较短，占空比较低的情况下，峰值结温有可能 远高于平均结温，成为器件工作特性的主要限制因素。这时， 结温的高低不仅与器件的功率损耗有关，还在很大程度上取决 于电流脉冲的形状、脉冲的宽度和重复频率，因而热阻的概念 不再适用。
对热阻的改变，因而与稳态热阻仍保持有一定的关系。即
可用稳态热阻 Rθ将瞬态热阻抗 表Zθ示为：
Zθ r(（tp ,9-9)R）θ
式中
， 是r(一tp ,个 )与脉冲宽度 及占空tp比 有关的比 例因子，本质
上也就是以稳态热阻 为1 的归R一θ 化热阻抗。
当式（9-9）中的占空比 无限缩小时即向单脉冲条件逼
瞬态热阻抗就是为了计算 开通、关断、浪涌等瞬态时 的结温、功耗或负载能力而
引入的。
国家标准中瞬态热阻抗的定义为 ：在某一时间间隔末，两规定点（或 区域）温差变化与引起这一温差变化 的、在该时间间隔初始按阶跃函数变 化的耗散功率之比。
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9.1.2 瞬态热阻
瞬态热阻抗反映了散热体的热惯性在热量传递过程中
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9.1.1稳态热阻
依据式（9-1），假设散热器的耗散功率为 Pd 、环境温度
为 Ta ，则芯片到外界环境的总热阻可以表示为：
Rθj-a
Hale Waihona Puke T Pd Tjmax Ta Pd
（9-4）
在实际情况中常常把总热阻 R分θj-a为三个部分 ： 第一部分是从管芯到管壳之间的结-壳热阻 R；θj-c 第二部分是从管壳到散热器之间接触热阻 R；θc-s 第三部分则是从散热器到环境之间的散热器热阻 。 Rθs-a
式中， 是器件的热
时间常数（R类θC似θ于电学的RC时间常数）； 表示热容量（J/℃）。
Cθ 对于体积为 ，热容为 ，密度为V 的导热材C料，定义其热容
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9.1.1稳态热阻
为了理解方便，人们常常用电学模拟的方法来描述热量的传输
，将两点或区域间的温差T类同于电压，单位时间通过散热面的热
量Pd类同于电流，两者的比值 T 则/ P被d 称作热阻 。类R似θ 于电路的
欧姆定律，热学中的欧姆定律可表示为：
T （P9d -1R）θ
式中 P为d 散热速率，单位是W，表示发热体单位时间内产生的热量
Rθj-a
Rθj-c
Rθc-a (Rθc-s Rθs-a ) Rθc-a Rθc-s Rθs-a
96
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9.1.1稳态热阻
当 Rθc-a (Rθc-s Rθs-a ) 时，式(9-6)可简化为：Rθj-a Rθj-c Rθc-a ，在实际情况中，这相当于未装散热器的小功率场合；
近，而单脉冲条件下的曲线则反映了器件每消耗1W功率所
引起的结温升随脉冲持续时间 变tp化的情况。
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9.1.2 瞬态热阻
为了便于分析，假设引起器件温
升的脉冲功率是峰值为 P的p 矩形波，
其温升随时间变化关系见图9-4。
当脉冲持续时间足够长时的器件温升
t 为 T，0 则脉冲持续时间为 时p的器件温升，按电量关系描述可写成： - tP T (tP ) （9T-01(10）e τ )
，当温度稳定以后，此功率即等于器件功耗。
热阻 的Rθ单位为℃/W，它是一个与散热材料、散热方式、散热面
积、安装方式等相关的物理参数，是反映散热体散热性能的一个综 合参数。
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9.1.1稳态热阻
热阻 R可θ 用下式表示：
1
Rθ （hA9-2） 式中A为散热体的散热面积，单位是m2；h是散热系数，表 示在稳定传热条件下，1m厚的材料，温差为1°C，在1小时内 ，通过1平方米面积传递的热量，单位为W/(℃.m2)。
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Advanced Power Electronics
高等电力电子技术 第9章电力电子器件的热设计
基本内容
9.1
稳态热阻与瞬态热阻
9.2
耗散功率与结温
9.3
耗散器常用的冷却方式及特点
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9.1 稳态热阻与瞬态热阻
正常情况下，电力电子器件的主要热源是半导体芯片内部。电能消耗 产生的热量首先通过热传导转移到管壳和散热器上，然后经热传导、 对流和热辐射等三种基本传导方式散发给空气、液体和固体等吸热介 质。 在这三种基本传导散热方式中，热辐射散失的热量很少，通常只占总 散失热量的极少部分。在利用空气散热的自然冷却和风冷却方式中， 对流是热量通过管壳或散热器向空气散发的主要方式。当用水或其它 液体介质散热时，散热器壁与散热介质之间的热传导则成为主要的散 热方式。
当 Rθc-a (Rθc-s Rθs-a ) 时，即发热器件安装有散热片、管 壳向外界环境直接辐射散热的作用可以忽略时，式(9-6)可简 化为(9-5)。
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9.1.1稳态热阻
以上分析仅考虑了散热体单 面散热的情况，如器件在实 际应用中采用双面散热，可 用并联电路来模拟分析，将 器件阴极热阻与阳极热阻分 别作为并联的两个分路进行 考虑。若忽略管壳到环境的 热辐射，则双面散热等效热 网络如图9-3所示：
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9.1.1稳态热阻
若忽略从管壳到环境的直接热辐射作用，总热阻可表示为式（9-5）， 相应的等效热网络如图9-1所示。
Rθj-a Rθj-c Rθc-s （ R9θ-s-5a ）
若考虑到从管壳到环境的直接热 辐射作用 ，则总热阻 可表示为式（ 9-6），相应的等效热网络如图9-2所 示。
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9.1.1稳态热阻
在组成总热阻的三项中： 第一项结壳热阻Rθj-c 是一个与器件所用材料几何形状 及接触情况相关的参数，而且与器件制造工艺有关。结壳热 阻还与器件应用条件有关，即与电流波形、导通角、工作频 率等相关。 第二项接触热阻 Rθs-a 与接触面积、散热器材料、表面 粗糙度、接触压力等因素相关。接触面积越小、金属材料越 硬、表面粗糙度和不平度越差、接触压力越小, 接触热阻就 越大。 第三项散热器热阻 Rcs与散热器材质、结构尺寸、表面 状况、功耗元件的安装位置以及冷却介质的性质及状态等多 种因素有关。