第1章：电力电子学半导体器件
2024年电力电子学知识点总结
2024年电力电子学知识点总结电力电子学是研究将电力进行控制、转换和处理的一门学科。
它广泛应用于电力系统、电气驱动和电力供应等领域。
随着科技的不断发展和创新，电力电子学也在不断演进。
以下是2024年电力电子学的一些重要知识点总结。
1.功率半导体器件：功率半导体器件是电力电子学的基础。
常见的功率半导体器件包括晶闸管、IGBT、MOSFET等。
这些器件具有耐高电压、高电流和高温等特点，可以实现高效的功率转换和控制。
2.开关电源：开关电源是一种将电能进行高效转换和稳定输出的电源系统。
常见的开关电源拓扑结构包括脉冲宽度调制（PWM）控制的单端和双端开关电源，以及谐振开关电源。
开关电源具有高效率、体积小和重量轻的特点，被广泛应用于计算机、通信和工业控制等领域。
3.交流调压：交流调压是将交流电能转换为直流电能的过程。
常见的交流调压技术包括整流和逆变。
整流将交流电转换为脉动的直流电，而逆变将直流电转换为交流电。
交流调压技术被广泛应用于电力系统的输电和配电、电动车充电和可再生能源发电等领域。
4.电力因数校正：电力因数是交流电中有功功率与视在功率之比。
电力因数校正是通过电力电子技术改善电力系统的功率因数。
常见的电力因数校正技术包括有源功率因数校正和无源功率因数校正。
电力因数校正可以提高电力系统的效率、减少系统的损耗，并符合电力系统的标准和规范。
5.电力质量控制：电力质量是指电力系统中电压、电流和频率等参数的稳定性和纯净度。
电力质量控制是通过电力电子技术实现对电力质量的监测、调节和保护。
常见的电力质量控制技术包括谐波滤波、电压调节和无功补偿。
电力质量控制可以提高电力系统的稳定性，减少电力中的谐波和干扰，并保证电力设备的正常运行。
6.电力电子与可再生能源：可再生能源包括太阳能、风能、水能等，它们是未来能源发展的重要方向。
电力电子技术在可再生能源的发电、转换和集成方面发挥着重要作用。
通过电力电子技术，可以实现可再生能源与电力系统的无缝连接，提高能源的利用效率和系统的稳定性。
2024年电力电子学知识点总结(2篇)
2024年电力电子学知识点总结____年电力电子学知识点总结一、概述电力电子学是研究电力系统中电能的调控、转换和控制的学科。
它涵盖了电力电子器件、电力电子电路、电力电子控制和电力电子系统等方面的内容。
随着电力系统结构的演进和新技术的引入，电力电子学的研究也在不断更新和发展。
二、电力电子器件1. 功率半导体器件功率半导体器件是电力电子学中最基础的组成部分。
在____年，功率半导体器件将会有以下几个重要的发展趋势：- 高性能：功率半导体器件的集成度、耐压能力和开关速度将不断提高，以满足电力系统的高效率和高可靠性要求。
- 宽功率范围：功率半导体器件将逐渐向高电压、大电流和高功率领域发展，以满足电力系统的不同应用需求。
- 高温工作：功率半导体器件的耐高温性能将会得到改善，以适应电力系统中高温环境的要求。
- 宽温度范围：功率半导体器件将在更宽的温度范围内工作，以适应不同地域和环境的应用需求。
2. 光电子器件光电子器件是电力电子学中新兴的领域，它将光学和电力电子学相结合，具有高速、高效和低功耗的特点。
在____年，光电子器件的发展将会有以下几个重要的趋势：- 高速调制：光电子器件的调制速度将会大幅提高，以满足高频率电力系统对数据传输和信号处理的需求。
- 高效能量转换：光电子器件将通过光电转换实现电能的高效转换和传输，以提高电力系统的能量利用率。
- 高密度集成：光电子器件将实现更高的集成度，以减小体积和重量，同时提高系统的可靠性。
三、电力电子电路1. 变换器和逆变器变换器和逆变器是电力电子学中常见的电路，用于实现电能的变换和控制。
在____年，变换器和逆变器的发展将会有以下几个重要的趋势：- 高效率：变换器和逆变器的能量转换效率将会提高，以减少能量的损耗和浪费。
- 多电平结构：变换器和逆变器将采用多电平结构来提高波形质量和降低电磁干扰。
- 高频率工作：变换器和逆变器将工作在更高的频率范围内，以提高系统的响应速度和减小体积。
电力电子学知识点总结
电力电子学知识点总结电力电子学是研究电力系统中的电力变换、控制和调节的学科，主要包括功率半导体器件、电力电子器件、电力电子电路、电力电子系统以及其工作原理和应用等方面的内容。
下面将对电力电子学的基本知识点进行总结，以便更好地理解和应用电力电子技术。
一、功率半导体器件功率半导体器件是电力电子电路中的核心部件，其主要作用是实现电能的变换和控制。
常见的功率半导体器件有二极管、晶闸管、可控硅、大功率晶体管和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等。
这些器件的工作原理、特性和应用有所不同，选择适合的器件对电力电子系统的性能具有重要影响。
1.二极管：二极管是一种具有两个电极的器件，主要用于整流电源电路中。
其工作原理是当正向电压施加在二极管上时，电流可以流过，而反向电压施加时，二极管具有很高的阻抗。
2.晶闸管：晶闸管是一种具有三个电极的器件，主要用于控制高功率交流电流。
其工作原理是通过一个控制电极的信号来控制另外两个电极之间的导通和截止状态。
3.可控硅：可控硅也是一种具有三个电极的器件，其特点是只有在一个特定的触发脉冲下才能开启，一旦开启就可以持续导通。
可控硅主要用于交流电压控制以及电能的调节。
4.大功率晶体管：大功率晶体管是一种可以承受大电流和大功率的晶体管。
它具有高增益和低饱和压降的特点，适用于高频率和高功率的应用。
5.MOSFET：MOSFET是一种依靠电场效应来控制导通的器件。
它具有低导通电阻、高开关速度和优异的抗击穿能力，适用于高频率和高效率的应用。
二、电力电子电路电力电子电路是将功率半导体器件组合成特定功能的电路，用于实现电能的变换、控制和调节。
常见的电力电子电路有整流电路、逆变电路、升压和降压变换器等。
1.整流电路：整流电路是将交流电转换为直流电的电路。
常见的整流电路有单相和三相整流桥电路，可以采用二极管或可控硅进行整流。
2.逆变电路：逆变电路是将直流电转换为交流电的电路。
逆变电路有单相和三相逆变电路，可以采用晶闸管或可控硅进行逆变。
电力电子半导体器件(SCR)
晶闸管
§3.1 普通晶闸管
Thyristor 硅可控整流器，可控硅， 硅可控整流器，可控硅，SCR。 。
结构， 一、结构：四层PNPN结构，三端器件 结构：四层 结构
正向阻断： 接正电压， 正向阻断：A—K接正电压， 接正电压 J2反偏，漏电流很小。 反偏，漏电流很小。 反向阻断： 接负电压， 反向阻断：A—K接负电压， 接负电压 J1，J3反偏，漏电流很小。 反偏，漏电流很小。 符号
VGD：门极不触发电压
PGM 不可靠触发区 IGT 可靠触发区
IGD：门极不触发电流 VGT：最小门极触发电压 IGT：最小门极触发电流 VFGM：门极正向峰值电压 IFGM：门极正向峰值电流
VGT 不可触发区
ห้องสมุดไป่ตู้
说明： 说明： ①门极触发电压、电流应处于可靠触发区内，触发功率过大， 门极触发电压、电流应处于可靠触发区内，触发功率过大， 会使SCR结温上升，影响正常工作，甚至会烧坏门极。 会使SCR结温上升，影响正常工作，甚至会烧坏门极。 SCR结温上升 方可保证正常触发。 ②触发电压、电流应大于VGT和IGT，方可保证正常触发。 触发电压、电流应大于 ③不触发时，触发电路输出电压应低于门极不触发电压VGD 不触发时，触发电路输出电压应低于门极不触发电压 ）；为提高抗干扰能力 （0.2V）；为提高抗干扰能力，避免误触发，必要时可加负 ）；为提高抗干扰能力，避免误触发， 偏压（1—3V；不大于5V），负偏压过大，会使器件触发灵 偏压（ ；不大于 ），负偏压过大， ），负偏压过大 敏度下降，不利于快速导通，同时门极损耗增大。 敏度下降，不利于快速导通，同时门极损耗增大。
2．关断条件：阳极电压减小/反向，使阳极电流减小到维持电流 ．关断条件：阳极电压减小 反向 反向， 以下， 管子自动关断。 以下，IA<IH时，管子自动关断。 二、特性 1．阳极伏安特性：VAK—IA关系 ．阳极伏安特性：
第一章电力电子技术综述
i
Vo
3V
1-1分压器、电压跟随器及输出特性
o
可以看出，随着电流增加输出电压线性下降，当输出电流为12mA时，所设计的电源输出电压为零。也就是说，这个电源对负载变化没有调节能力。 理想电压源输出电压不会随输出电流增大而下降，也就是说输出电压对负载变化应该具有100%的调节性能，从电路角度看，即电源等效内阻为零。
随着电子技术的不断发展，新器件不断出现，电力电子技术的发展方向是高频、高效、高功率密度和智能化，最终使人们进入电能变换和频率变换更加自由的时代，并充分发挥其节能、降耗和提高装置工作性能的作用。 功率半导体器件是现代电力电子技术（Modern Power Electronics）的基础，它的应用范围非常广阔，从毫瓦级的个人无线通信设备，到百万千瓦的高压直流输电（High Voltage DC Transmission）系统。
1 DC-AC变换器——逆变器 将直流电源变换成一个交流电源（单相或多相）称之为逆变，这种装置称为逆变器(Inverter)。
图1-4 基本的单相或三相dc-ac变换电路
基本电路如图1-4（a）所示，通过采用一个开关把直流电源变换成低频或高频交流源，输出波形为脉动直流波形，输出波形经过滤波电路整形成希望的波形，一般希望输出为正弦波形。 三相输出通过采用三个开关完成，如图1-4（b）所示。三个开关轮流导通120度，输出三相120度直流脉动波形。 交流电的频率、幅度大小和相位是交流电的三要素，使用电力电子技术如何自由地变换三要素，是DC-AC变换技术研究的主要内容。 DC-AC变换器应用范围很广，如飞机和空间站电源、UPS、闪光灯充电、太阳能发电、交流电机调速、变速恒频电源和感应加热电源等，它们输出交流频率从50Hz到1MHz不等。 DC-AC变换技术将在第6章介绍。
电力电子习题第1章
第一章 电力半导体器件习题与思考题解1-1．晶闸管导通的条件是什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？解：晶闸管导通的条件是：阳极承受正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在门极加正向触发电压，才能使其导通。
门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流，即擎住电流ＩＬ以上。
导通后的晶闸管管压降很小。
使导通了的晶闸管关断的条件是：使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值－维持电流ＩＨ以下。
其方法有二：１）减小正向阳极电压至某一最小值以下，或加反向阳极电压； ２）增加负载回路中的电阻。
1-2．型号为KP100-3的晶闸管，维持电流I H =4mA ，使用在题1-2图中的电路中是否合理？为什么（不考虑电压、电流裕量）？解：根据机械工业部标准JB1144-75规定，ＫＰ型为普通闸管，KP100-3的晶闸管，其中100是指允许流过晶闸管的额定通态平均电流为100A ，3表示额定电压为300V 。
对于图(a)，假若晶闸管V 被触发开通，由于电源为直流电源，则晶闸管流过的最大电流为()mA IV2105001003=⨯=因为I V < I H ，而I H < I L ，I L 为擎住电流，通常I L =(2~4) I H 。
可见，晶闸管流过的最大电流远小于擎住电流，所以，图(a)不合理。
对于图(b)，电源为交流220V ，当α=0°时，最大输出平均电压 9922045.045.02=⨯=≈U Ud（Ｖ）平均电流9.91099===R U d VAR I (A) 波形系数57.1≈=VARVfI I K所以， ＩＶ＝K f 。
ＩＶＡＲ＝1.57×9.9＝15.5(A)而KP100-3允许流过的电流有效值为I VE ＝1.57×100＝157(A)， I L < I V <I VE ，所以，电流指标合理。
但电路中晶闸管Ｖ可能承受的最大正反向峰值电压为31122022≈⨯===U U URm Fm(V)>300(V)所以，图(b)不满足电压指标，不合理。
电力电子技术(含实验)第1章_绪论
1-4
课程内容简介
1-1 电力电子技术概述
电力电子技术（power electronics）：指利用电力 电子器件对电能进行变换和控制，把从电网获取的“ 粗电”变换成负载所需要的“精电”的技术。
电子技术包括：
信息电子技术 和 电力电子技术。
信息电子技术——模拟电子技术和数字电子技术。
电力电子技术主要用于电力变换，而信息电子技术
电力电子器件
①分立器件
②模块
③IGBT单管
④IGBT模块
电力电子器件的发展趋势
高频化：提高开关频率，降低设备体积，节约资源
模块化：功率部分、控制、驱动、保护集成一体
数字化：数字控制技术广泛应用 绿色化：谐波污染小、功率因数高、电磁辐射小
1-3 电力电子技术应用
电力电子技术广泛用于一般工业、交通运输、 电力系统、不间断电源和开关电源、家用电器、以 及新能源的开发及应用领域。在解决全球能源危机、 资源危机和环境污染方面发挥着重要作用。经过至 少一次电力电子装置处理以后使用的电能所占比例 已经成为一个国家经济发展水平的重要指标。
导通和关断控制的有效信号。
3.电力电子技术的研究分支及特点
研究分支:
电 力 电 子 器 件 （ element) 技 术 、 变 流 技 术 (power conversion)和控制技术（Control)三个分支。 特点:
电力电子器件是整个电力电子技术的基础，电力电子技术 的发展集中体现在电力电子器件的发展上，器件一般均工 作在开关状态，这是重要特征； 变流技术是电力电子技术的主体，控制技术是电力电力电 子技术的灵魂；
５.家用电器
照明在家用电器中有十分突出的地位。由于电力电 子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源， 通常被称为“节能灯”，正逐步取代传统的白炽灯 和日光灯。
修改稿 第1章 电力电子器件
三 、晶闸管
晶闸管及其工作原理 2 晶闸管的特性与主要参数 3 晶闸管的派生器件
1
晶闸管
晶闸管(Thirsted)包括：普通晶闸管(SCR)、快速晶 闸管(FST)、双向晶闸管(TRIAC)、逆导晶闸管(RCT) 、 可关断晶闸管(GTO) 和光控晶闸管等。 由于普通晶闸管面世早，应用极为广泛, 因此在无特别 说明的情况下,本书所说的晶闸管都为普通晶闸管。 普通晶闸管：也称可控硅整流管(Silicon Controlled Rectifier), 简称SCR。 由于它电流容量大,电压耐量高以及开通的可控性 (目前生产水平：4500A/8000V)已被广泛应用于相控整 流、逆变、交流调压、直流变换等领域, 成为特大功率 低频(200Hz以下)装置中的主要器件。
图1.2.2
电力二极管的伏安特性曲线
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。
二、 电力二极管
1 2
电力二极管及其工作原理 电力二极管的特性与参数
2
电力二极管的特性与参数
（1）电力二极管的伏安特性 （2）电力二极管的开关特性 （3）电力二极管的主要参数
电力二极管的主要类型：
（1）普通二极管：普通二极管又称整流管（Rectifier Diode），多用于开关频率在１KHZ以下的整流电路中， 其反向恢复时间在５us以上，额定电流达数千安，额定 电压达数千伏以上。 （2）快恢复二极管：反向恢复时间在５us以下的称为快恢复 二极管（Fast Recovery Diode简称FDR）。快恢复二极 管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者 反向恢复时间为数百纳秒以上，后者则在100ns以下，其 容量可达1200V/200A的水平, 多用于高频整流和逆变电 路中。 （3）肖特基二极管：肖特基二极管是一种金属同半导体相接 触形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型值为 0.4～0.6V，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但 反向耐压在200Ｖ以下。它常被用于高频低压开关电路或 高频低压整流电路中。
01第1章电力电子器件 基本模型 电力二极管 晶闸管
天津冶金职业技术学院教案( 首页)天津冶金职业技术学院教案( 首页)图1.3.2 晶闸管的内部结构和等效电路）导通：阳极施加正向电压时→给门极G也加正向电压T I I图1.3.6 控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1.4 可关断晶闸管可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor)简称GTO。
天津冶金职业技术学院教师授课教案沟道沟道MOSFET耗尽型：增强型:耗尽型增强型之间就存在导电沟道；才存在导电沟道1. IGBT的结构图1.7.1 IGBT的结构、简化等效电路与电气符号IGBT的结构如图1.7.1(a)所示。
它是在VDMOS管结构的基础上再增加一个P+层，形成了一个大面积的P+N结1J，和其它结2J、3J一起构成了一个相当于由VDMOS驱动的厚基区PNP型GTR;简化等效电路如图1.7.1(b)所示。
电气符号如图1.7.1（c）所示GBT有三个电极:集电极Ｃ、发射极Ｅ和栅极Ｇ。
2. IGBT的工作原理IGBT也属场控器件，其驱动原理与电力MOSFET基本相同，是一种由栅电压GEU控制集电极电流的栅控自关断器件。
1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性IGBT的伏安特性和转移特性图1.7.2 IGBT的伏安特性和转移特性天津冶金职业技术学院教案( 首页)构，如图1.8.4(a)。
）三极：阳极A 、阴极、栅极G ，）原理：栅极开路，在阳极和阴极之间加正向电压，有电流流过SITH ；在栅极G 和阴极K 之间加负电压，G-K 之间PN 结反偏，在两个栅极图1.9.5 GTO 的基本驱动电路2）导通和关断过程：图1.9.5(b)导通时GTO 门极与阴极间流过负电流而被关断；由于GTO 的开通和关断均依赖于一个独立的电源，故其关断能力强且可控制，其触发脉冲可采用窄脉冲；3）图1.9.5(c)中，导通和关断用两个独立的电源，开关元件少，电路简单。
4）图1.9.5(d)，对于300A 以上的GTO ，用此驱动电路可以满足要求。
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。
电力电子半导体器件(IGBT) ppt课件
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三、常用PWM控制芯片：
TL494，SG3524，SG1525，MC3520，MC34060， VC1840，SL-64等。
四、IGBT专用驱动模块：
大多数IGBT生产厂家为了解决IGBT的可靠性问题，都 生产与其相配套的混合集成驱动电路，如日本富士的EXB系 列、日本东芝的TK系列，美国库托罗拉的MPD系列等。这 些专用驱动电路抗干扰能力强，集成化程度高，速度快，保 护功能完善，可实现IGBT的最优驱动。
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4．开关时间与漏极电流、门极电阻、结温等参数的关系：
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5．开关损耗与温度和漏极电流关系
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（三）擎住效应
IGBT的锁定现象又称擎住效应。IGBT复合器件内有一个 寄生晶闸管存在，它由PNP利NPN两个晶体管组成。在NPN晶 体管的基极与发射极之间并有一个体区电阻Rbr，在该电阻上， P型体区的横向空穴流会产生一定压降。对J3结来说相当于加 一个正偏置电压。在规定的漏极电流范围内，这个正偏压不大， NPN晶体管不起作用。当漏极电流人到—定程度时，这个正偏 量电压足以使NPN晶体管导通，进而使寄生晶闸管开通、门极 失去控制作用、这就是所谓的擎住效应。IGBT发生擎住效应后。 漏极电流增大造成过高的功耗，最后导致器件损坏。 漏极通态电流的连续值超过临界值IDM时产生的擎住效应称 为静态擎住现象。 IGBT在关断的过程中会产生动态的擎住效应。动态擎住 所允许的漏极电流比静态擎住时还要小，因此，制造厂家所规 定的IDM值是按动态擎住所允许的最大漏极电流而确定的。 15 ppt课件
②对称型IGBT：无缓冲区N+，非穿通型IGBT；
电力电子学_第三版_第01章
第1章 电力电子变换和控制技术导论
5
3. 控制技术
• 模拟（连续）控制技术。 • 数字（离散）控制技术。 • 理论与技术的进步，促使数字控制技
术越来越多取代模拟控制技术。例： 变频器控制技术的发展史。 • 自动控制理论（含经典和现代）、现 代电机控制理论等等，是促进电力电 子技术不断发展的源泉之一。
对图（a）示开关电路中的四个开关器件进行实时、适式的高
频通、断控制，可以由变换器的输出端得到所需要的、任意波形的
周期性或非周期电压或电流。将此变换器的输出电压串接在电力线 路上即可补偿和调控电网线路电压，改变线路电流；将此变换器输 出的电流并联接入电网，即可补偿负载电流或控制电网电流。从而
调控系统有功和（或）无功功率。
串联、并联补偿器都能显著地改善电力系统的运行特性和运行 经济性。
第1章 电力电子变换和控制技术导论
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阻抗补偿控制器
将图（b）所示的电感、电容或电阻经一个可控的开关器件S 并联接入或串联接入交流电网就构成了一个阻抗补偿控制器。对 开关器件进行实时、适式的通、断控制，就可以改变电网的等效 负载阻抗或等效线路阻抗，从而补偿控制电网、负载的电压、电 流、功率。
第1章 力电子变换和控制技术导论
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开关型电力电子变换器的应用领域
开关型电力电子变换电源 开关型电力电子补偿控制器
第1章 电力电子变换和控制技术导论
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开关型电力电子变换电源
电力系统中的直流远距离输电 直流电动机变速传动控制 交流电动机变速传动控制 变速恒频发电系统 电解、电镀等应用领域中的低压大电流可
控直流电源。 各 类 高 性 能 的 不 间 断 供 电 电 源 (UPS ，
电子技术第一章_半导体器件
BSi
Si
负离子 硼原子
本征半导体＋3价杂质（硼）
掺杂后空穴数目大量增 加，这种半导体称为空穴 半导体或P型半导体
在P 型半导体中： 多子：空穴 少子：(自由)电子 负离子
无论N型或P型半导体都是电 中性的，对外不显电性。
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1.1.1 PN结及其单向导电性
1. PN结的形成
P
PN结
硅管0.6~0.8V
锗管0.2~0.3V
UT UD U
死区电压
硅管0.5V 锗管0.1V
外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿， 失去单向导电性。
外加电压大于死区电 压二极管才能导通。
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电工电子技术2
1.1.4 半导体二极管主要参数
1. 最大整流电流IF
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正 向正弦半波平均电流。
+S1i
Si
+S1i
Si
在受到光或热激发后会
产生自由电子 和空穴
Si +S1i
Si
Si
载流子的复合：
在一定温度下，本征激
Si
Si
Si
+S1i
发与复合处于动态平衡
状态，温度越高，空穴与电子数目越多
空穴也是一种载流子，带正电。
本征半导体内有两种载流子：自由电子、空穴
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电工电子技术2
N型半导体和 P 型半导体
N
电工电子技术2
扩散
内建电场
产生内 建电场
抑制扩散 减小内 有利漂移 建电场
动态平衡
有利扩散 抑制漂移
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电力电子半导体器件分类高等电力电子技术ppt课件
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高等电力电子技术
1.2.3 COOLMOS
不过，由于“超级结”结构在电荷均衡的工艺上有一定的难度，所以 制造阻断电压1000V以上的COOLMOS具有较大的困难。此外， COOLMOS的内部寄生反向二极管的反向恢复特性和电导率难以达到传 统MOSFET的技术指标，所以COOLMOS一般不适用于中大功率变流器 装置。
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高等电力电子技术
1.1.3 电力晶体管
电力晶体管有四种类型：①BJT，②电力MOSFET，③IGBT和④ SIT。其中IGBT和电力MOSFET是最为广泛应用的电力电子器件，大到 直流输电，小到生活中的各种家用电器，到处都可以见到这两种器件的 身影。由于这两种器件主要应用于中等功率场合，相对于功率容量的提 升，各家器件公司主要将发展和竞争重点放在损耗的降低上，纷纷推出 新一代的IGBT和MOSFET器件，其中较为典型的技术优化为沟槽型门极 结构和垂直导电技术的广泛应用， IGBT方面还有场终止技术、空穴阻抗 技术等，功率MOSFET方面的典型代表则为“超级结”技术。新的半导 体材料在这两种器件上的应用则基本停留在实验室阶段。
通态导通电阻Ron可表示为： RON=RCS+RN++RCH+RA+RJ+RD+RN++RCD
式中，RCS为源极阻抗；RCH为沟槽阻抗；RJ为JFET区阻抗；RN+为N+ 衬底阻抗；RA为缓冲区阻抗；RD为N-漂移区阻抗；RCD为漏极阻抗。 9
高等电力电子技术
1.2.2 “超级结”结构
正如上面所说，在功率半导体器件发展的历史上最重要的问题就是 寻求如何通过新的器件结构和半导体材料来改善耐受电压和导通压降之 间的矛盾。功率MOSFET作为单极型器件，需要在耐受电压和导通电阻 之间做一个综合考虑，同时在不降低器件性能的前提下减少器件尺寸。
电力电子技术讲义
电力电子技术讲义电力电子技术讲义目录第1章电力电子器件 (3)第2章整流电路 (18)第3章逆变电路 (30)第4章直流直流变流电路 (39)第5章PWM控制技术 (45)第1章电力电子器件1.1电力二极管1. 电力二极管的基本特性电力二极管是指可以承受高电压大电流具有较大耗散功率的二极管，它与其他电力电子器件相配合，作为整流、续流、电压隔离、钳位或保护元件，在各种变流电路中发挥着重要作用；它的基本结构、工作原理和伏安特性与信息电子电路中的二极管相同，以半导体PN结为基础；主要类型有普通二极管、快恢复二极管和肖特基二极管；由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成，从外形上看，大功率的主要有螺栓型和平板型两种封装，小功率的和普通二极管一致。
图1-1 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.电力二极管的基本特性静态特性，主要是指其伏安特性。
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，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。
动态特性，因为结电容的导致电压-电流随时间变化，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图1-2 电力二极管的伏安特性能力，进入截止状态。
在关断之前有较大的图1-3 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反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。
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： tf /td ，或称恢复系 数，用Sr 表示。
由零偏置转换为正向偏置，先出现一个过冲UFP ，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如2V ）。
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)
2024年电力电子学知识点总结
2024年电力电子学知识点总结随着科技的不断发展，电力电子学在能源转换与控制领域发挥着重要的作用。
2024年，电力电子学领域的研究和应用已经取得了许多重要的进展。
本文将总结2024年电力电子学的一些关键知识点，以帮助读者了解电力电子学的最新进展。
1. 功率半导体器件：功率半导体器件是电力电子学的基础。
2024年，主要有IGBT（绝缘栅双极结型晶体管）、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和SiC（碳化硅）等功率半导体器件得到广泛应用。
这些器件具有低导通压降、高开关速度和高温特性等优点，适用于各种功率电子应用。
2. 电力电子转换拓扑：电力电子转换系统的拓扑结构是电力电子学研究的重点之一。
2024年，常见的拓扑结构包括桥式整流器、逆变器、变换器和多电平逆变器等。
这些拓扑结构常用于变换、传递和调节电能，以满足不同应用场景对电能的需求。
3. 智能电力电子系统：智能电力电子系统是电力电子学的发展趋势之一。
2024年，随着人工智能和大数据技术的不断发展，电力电子系统的智能化程度得到了提高。
智能电力电子系统具有自适应、自优化和自保护等特性，在电力转换和控制过程中能够实现更高效、更可靠的能量转换和管理。
4. 新型电力电子应用：2024年，电力电子学在新型应用领域的研究得到了迅速发展。
例如，电动车、可再生能源发电和电网储能等领域对电力电子技术的需求不断增加。
这些应用对功率半导体器件、电力转换拓扑和智能电力电子系统等方面提出了新的挑战，同时也为电力电子学的发展提供了新的机遇。
5. 高效低功耗设计：节能和环保是电力电子学研究的重要目标。
2024年，研究人员在功率半导体器件的材料和结构设计、电力电子转换拓扑的优化和能耗管理技术等方面取得了重要进展，以实现高效低功耗的电力电子系统设计。
这将有助于推动可再生能源的广泛应用和提升能源利用效率。
综上所述，2024年电力电子学领域的关键知识点包括功率半导体器件、电力电子转换拓扑、智能电力电子系统、新型电力电子应用和高效低功耗设计等方面。
第一章 电力半导体器件(基础教育)
电力电子变流技术试题汇总 （第一章 电力半导体器件）一、填空题1.晶闸管是三端器件，三个引出电极分别是，阳极、门极和__阴__极。
2.晶闸管额定通态平均电流I VEAR 是在规定条件下定义的，是晶闸管允许连续通过__工频__正弦半波电流的最大平均值。
3.处于阻断状态的晶闸管，只有在阳极承受正向电压，且__门极加上正向电压 _时，才能使其开通。
4.晶闸管额定通态平均电流I VEAR 是在规定条件下定义的，条件要求环境温度为_+400__。
5.对同一只晶闸管，断态不重复电压U DSM 与转折电压U BO 数值大小上有U DSM __小于_U BO 。
6..对同一只晶闸管，维持电流I H 与擎住电流I L 在数值大小上有I L _≈（2～4）_I H 。
7..晶闸管反向重复峰值电压等于反向不重复峰值电压的_90%___。
8.普通逆阻型晶闸管的管芯是一种大功率__四__层结构的半导体元件。
9.可关断晶闸管（GTO ）的电流关断增益βoff 的定义式为minoff G AI I -=β。
10.晶闸管门极触发刚从断态转入通态即移去触发信号，能维持通态所需要的最小阳极电流，称为____擎住电流I L __。
11..晶闸管的额定电压为断态重复峰值电压U DRm 和反向重复峰值电压U RRm 中较_小__的规化值。
12.普通晶闸管的额定电流用通态平均电流值标定，双向晶闸管的额定电流用__有效值_标定。
13.普通晶闸管属于__半控型_器件，在整流电路中，门极的触发信号控制晶闸管的开通，晶闸管的关断由交流电源电压实现。
14.IGBT 的功率模块由IGBT 和_快速二极管_芯片集成而成。
15.对于同一个晶闸管，其维持电流I H _ 小于_擎住电流I L 。
16.2.可用于斩波和高频逆变电路，关断时间为数十微秒的晶闸管派生器件是__快速晶闸管____。
17.功率集成电路PIC 分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是__智能功率集成电路（SPIC）。
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Ic RL
C
Rb B
T1
U CE
U CC
E
• 但需要指出的是，电力半导体器件在
开关状态转换过程时并不是瞬时完成
的（所需时间称开关时间），而是要
图1-1：简单的bjt电路
经过一个转换过程（称开关过程）
•例如，图1-1所示电路中 RL 5 ，UCC 50V，当工作在饱和导通状态时管
压降，UCE0.3V ，T 1 的管耗 PT1ICUCE (U C/C R L ) U C E 1 0 0 .3 3 W ，T 1 截止的漏
图1-3二极管伏安特性
1.2.2 功率二极管开关特性
功率二极管开通时 间很短，一般可以忽略 不计，但二极管的关断 过程较复杂，对电路的 影响不能忽视。
二极管关断过程的波形
研究二极管关断过程的电路
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• 关断过程的三个时间段 。
• 反相恢复时间，反相恢 复电流。
1.3
功率晶体管
BJT是一种双极型半导体器件，即其 内部电流由电子和空穴两种载流子形 成。基本结构有NPN和PNP两种。
电流 设 IC
I5CA，0，则即T 1截的止管时耗的I管C U 耗CP E TIC 1 (U 0C C 。IC 如R L )果5 T 1(5 工作 0 5 在5 线) 性7放W 5 。大状态时，
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从使用角度出发，主要可从以下五个方面考查电力半导体 器件的性能特点： 导通压降 运行频率 器件容量 耐冲击能力 可靠性 此外，诸如控制功率、可串并联运行的难易程度、价格等 等也是选择电力半导体器件应考虑的因数。
1.2 功率二极管
• 1.2.1 二极管工作 原理与伏安特性
• 它具单向导电性 • 当外加正向电压（P区加正、
N区加负）时，PN结导通，形 成电流 • 二极管外加反向偏压（P区加 负、N区加正）时,所以反向 电流非常小. • 二极管的伏安特性如图1-3所 示。
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图1-2二极管耗尽层与少数载流子浓度 分布
: 500 V , 100 A
SIT
: 800 V
,
60 A
; 1.2kV
,
28 A
IGBT : 4500 V , 2800 A
在整流管类 中，快速恢 复二极管将 有较大的发 展
在高压直流 输电中，晶 闸管（光控 晶闸管）将 有很好的发 展机遇。
在功率晶体 管类中，以 IGBT发展最 为迅速
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◤当基极回路输入一幅值为UP（UP>>UBB） 的正脉冲信号时，基极电流立即上升
: 2.5kV , 1kA , 30μ s •
:1.2kV , 1kA
GTO : 4 .5 kV , 3kA ; 8 kV , 1kA
自关断型
MCT
: 4kV , 2.5kA
SITH : 2 kV , 600 A
BJT : 1200 V , 600 A
•
功率晶体管
功率
MOSFET
制造材料分类 有锗管、硅管等等
从导电机理分类 有双极型器件、单极型器件、混合型器件等等
从控制方式来分类 可分为不可控器件、半可控器件和全可控器件三类器件
1.1.2 电力半导体器件使用特点
• 电力半导体器件稳态时通常工作在饱 和导通与截止两种工作状态。
• 饱和导通时，器件压降很小，而截止 时它的漏电流小得可以忽略，这样在 饱和导通与截止两种工作状态下的损 耗都很小，器件近似于理想的开关
路
C
β称为共射极电路的电流放大倍数。若接
RB B
T1
UCE
UCC 近于1，则β的数值会很大 ,它反映了BJT
E
UBB
RL
的放大能力，就是用较小的基极电流IB可 以控制大的集电极电流IC
（c）共集电极电路
202BJT共发射极电路的 输出特性
◤该图表示集电极电流IC 与集射极电压UCE的 关系，其参变量为IB，特性上的四个区域反映 了BJT的四种工作状态。◢
第1章 电力半导体器件
1.1 电力半导体器件种类与特点 1.2 功率二极管 1.3 功率晶体管 1.4 功率场效应管 1.5 绝缘栅极双极型晶体管 1.6 晶闸管 1.7 晶闸管的派生器件 1.8 主要电力半导体器件特性比较
1.1 电力半导体器件种类与特点
1.1.1 半导体器件分类
从功率等级来分类 有微功率器件、小功率器件、大功率器件等等
◤在晶体管关断状态时，基极电流IB＝0，集 电极发射极间电压即使很高，但发射结与集电 结均处于反向偏置，即UBE≤0，UBC<0，发射结 不注入电子，仅有很少的漏电流流过，在特性 上对应于截止区（I区），相当于处于关断状 态的开关。 ◢
◤当发射结处于正向偏置而集电结仍为反向偏 置时，即UBE>0，UBC<0，随着IB增加，集电极 电流IC线性增大，晶体管呈放大状态，特性上
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1.1.3 电力半导体器件发展水平
电力半导体器件
整流管
普通整流管 : 3KV , 6 KA
快速恢复二极管
: 1 .2 KV
, 450 A , 0.25μ s
•
肖特基二极管 : 100 V , 3KA
晶闸管
换流关断型
普通晶闸管
快速晶闸管
双向晶闸管
: 5kV , 4kA , 12 kV , 1kA
对应线性放大区（II区）。◢
◤当基极电流IB>（IC /β）时，晶体管就充分 饱和了。这时发射结和集电结都是正向偏置， 即UBE>0，UBC>0，电流增益和导通压降UCE均达 到最小值，BJT进入饱和区（IV区）。BJT工作 在饱和区，相当于处于导通状态的开关。◢
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BJT的开关特性
图1-11 BJT的开关特性
图 1
C
RB B
T1
UCE
UBE
E
UCC
α IC / IE
- BJT
8
UBB
（a）共发射极电路
α 系数 是共基极电路的电流放大倍
U CE
数，亦称电流传输比
三 种 基 本
RB
E T1 C
RL
B
U EB
U CB
U CC
U BB
IIC BIEI CIC1 IC IC /I/E IE1
电
（b）共基极电I路c
为了提高BJT耐压，一般采用NPvN三 重扩散结构（图1-6）。
图1-6 BJT内部结构与元件符号 （a）BJT内部结构； （b）元件符号
功率晶体管BJT一般是指壳温为25℃时功耗 大于1W的晶体管
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图1-7 集电极耐压与单位发射面积电流密度 关系
1.3.2 工作原理及输出特性
Ic
RL