电力电子器件及应用
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在电力电子器件开关过程中，电压和电流会发生急剧变化，为了增强 器件工作的可靠性，通常要采用缓冲电路来抑制电压和电流的变化率， 降低器件的电应力；采用保护电路来防止电压和电流超过器件的极限值 。
电力电子技术
2.1 电力电子器件的特点和分类
2.电力电子器件的分类 按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可对
电力电子技术
2.1 电力电子器件的特点和分类
2.电力电子器件的分类 按照驱动信号的不同，又可将可控器件分为电流驱动
型和电压驱动型。 电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件 的通断，其典型代表是GTR。 电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器 件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关 断；由于电压驱动型器件是通过控制极电压在主电极间建 立电场来控制器件导通，故也称场控或场效应器件，其典 型代表是Power Mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱSFET和IGBT。
电力电子器件的主要用途是高速开关，与普通电气开关、熔断器和接 触器等电气元件相比，其过载能力不强，电力电子器件导通时的电流要 严格控制在一定范围内。过电流不仅会使器件特性恶化，还会破坏器件 结构，导致器件永久失效。与过电流相比，电力电子器件的过电压能力 更弱，为降低器件导通压降，器件的芯片总是做得尽可能薄，仅有少量 的裕量，即使是微秒级的过电压脉冲都可能造成器件永久性的损坏。
为了降低工作损耗，电力电子器件往往工作在开关状态。关断时承 受一定的电压，但基本无电流流过；导通时流过一定的电流，但器件只 有很小的导通压降。
电力电子技术
2.1 电力电子器件的特点和分类
3）需要专门的驱动电路来控制 电力电子器件的工作状态通常由信息电子电路来控制，由于电力电子
器件处理的电功率较大，信息电子电路不能直接控制，需要中间电路将 控制信号放大，该放大电路就是电力电子器件的驱动电路。 4）需要缓冲和保护电路
电力电子技术
2.2.1 PN结原理
内电场
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电力电子技术
2.1 电力电子器件的特点和分类
2.电力电子器件的分类 根据器件内部带电粒子参与导电的种类不同，电力电子
器件又可分为单极型、双极型和复合型三类。 器件内部只有一种带电粒子参与导电的称为单极型器件， 如Power MOSFET； 器件内有电子和空穴两种带电粒子参于导电的称为双极型 器件，如GTR和GTO； 由双极型器件与单极型器件复合而成的新器件称为复合型 器件，如IGBT等。
P型区 空间电荷区 N型区
将N型半导体和P型半导体结合，由于P型半 导体内空穴浓度高、电子密度小，而N型半导体 空穴浓度低、电子密度高，则空穴必然要从高浓 度的P区流向低浓度的N区，同样电子要从N区流 向P区，这种载流子从高浓度区向低浓度区的运动 称为扩散运动。扩散首先在界面两侧附近进行， 当电子离开N区后，留下了不能移动的带正电荷 的杂质离子，形成一层带正电荷的区域；同理， 空穴离开P区后，留下不能移动的带负电荷的杂质 离子，形成一层带负电荷的区域。因此P区和N区 交界面附近形成空间电荷区，即PN结。
电力电子技术
2.1 电力电子器件的特点和分类
1．电力电子器件的特点
电力电子器件（Power Electronic Device）是指能实现电能的变换或 控制的电子器件。和信息系统中的电子器件相比，具有以下特点： 1）具有较大的耗散功率
与信息系统中的电子器件主要承担信号传输任务不同，电力电子器 件处理的功率较大，具有较高的导通电流和阻断电压。由于自身的导通 电阻和阻断时的漏电流，电力电子器件要产生较大的耗散功率，往往是 电路中主要的发热源。为便于散热，电力电子器件往往具有较大的体积 ，在使用时一般都要安装散热器，以限制因损耗造成的温升。 2）工作在开关状态
N型半导体的杂质为五价元素，在半导体晶体中能给出一个多余的电子， 故N型半导体内自由电子数远大于空穴数，则自由电子称为多数载流子（简 称多子），空穴称为少数载流子（简称少子）。而P型半导体中的杂质为三 价元素，能在半导体晶体中接受电子，使晶体中产生空穴，即P型半导体中 的空穴数远大于自由电子数，则空穴称为多数载流子，自由电子称为少数载 流子。
电力电子技术
2.2 电力电子器件基础
1．PN结的形成
完全纯净的、结构完整的半导体晶体称为本征半导体。在常温下，本征 半导体可以激发出少量的自由电子，并出现相应数量的空穴，这两种不同极 性的带电粒子统称为载流子。
在本征半导体内掺入微量的杂质，会使半导体的导电能力发生显著的变化， 这种半导体称为杂质半导体。因掺入杂质化合价的不同，杂质半导体分为电 子型（N型）半导体和空穴型（P型）半导体两类。
电力电子器件及应用
电力电子技术
第2章 电力电子器件及应用
1 电力电子器件的特点与分类 2 电力电子器件基础 3 功率二极管 4 晶闸管 5 可关断晶闸管（GTO） 6 电力晶体管 7 功率场效应晶体管 8 绝缘栅双极型晶体管
电力电子技术
第2章 电力电子器件及应用
9 其它新型电力电子器件 10 电力电子器件的发展趋势 11 电力电子器件应用共性问题 12 总结
电力电子器件进行如下分类： 1）不可控器件，它不能用控制信号控制其通断，器件的导通与 截止完全由自身在电路中承受的电压和电流来决定。这类器件主 要指功率二极管。 2）半控型器件，指通过控制信号能控制其导通而不能控制其关 断的电力电子器件。这类器件主要是指晶闸管，它由普通晶闸管 及其派生器件组成。 3）全控型器件，指通过控制信号既可以控制其导通，又可以控 制其关断的电力电子器件。这类器件的品种很多，目前常用的有 门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、功率场效 应管（Power MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。
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2.1 电力电子器件的特点和分类
2.电力电子器件的分类 按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可对
电力电子技术
2.1 电力电子器件的特点和分类
2.电力电子器件的分类 按照驱动信号的不同，又可将可控器件分为电流驱动
型和电压驱动型。 电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件 的通断，其典型代表是GTR。 电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器 件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关 断；由于电压驱动型器件是通过控制极电压在主电极间建 立电场来控制器件导通，故也称场控或场效应器件，其典 型代表是Power Mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱSFET和IGBT。
电力电子器件的主要用途是高速开关，与普通电气开关、熔断器和接 触器等电气元件相比，其过载能力不强，电力电子器件导通时的电流要 严格控制在一定范围内。过电流不仅会使器件特性恶化，还会破坏器件 结构，导致器件永久失效。与过电流相比，电力电子器件的过电压能力 更弱，为降低器件导通压降，器件的芯片总是做得尽可能薄，仅有少量 的裕量，即使是微秒级的过电压脉冲都可能造成器件永久性的损坏。
为了降低工作损耗，电力电子器件往往工作在开关状态。关断时承 受一定的电压，但基本无电流流过；导通时流过一定的电流，但器件只 有很小的导通压降。
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2.1 电力电子器件的特点和分类
3）需要专门的驱动电路来控制 电力电子器件的工作状态通常由信息电子电路来控制，由于电力电子
器件处理的电功率较大，信息电子电路不能直接控制，需要中间电路将 控制信号放大，该放大电路就是电力电子器件的驱动电路。 4）需要缓冲和保护电路
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2.2.1 PN结原理
内电场
。 - 。 - 。 - - + · + · + · + 。 - 。 - 。 - - + · + · + · + 。 - 。 - 。 - - + · + · + · + 。 - 。 - 。 - - + · + · + · + 。 - 。 - 。 - - + · + · + · +
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2.1 电力电子器件的特点和分类
2.电力电子器件的分类 根据器件内部带电粒子参与导电的种类不同，电力电子
器件又可分为单极型、双极型和复合型三类。 器件内部只有一种带电粒子参与导电的称为单极型器件， 如Power MOSFET； 器件内有电子和空穴两种带电粒子参于导电的称为双极型 器件，如GTR和GTO； 由双极型器件与单极型器件复合而成的新器件称为复合型 器件，如IGBT等。
P型区 空间电荷区 N型区
将N型半导体和P型半导体结合，由于P型半 导体内空穴浓度高、电子密度小，而N型半导体 空穴浓度低、电子密度高，则空穴必然要从高浓 度的P区流向低浓度的N区，同样电子要从N区流 向P区，这种载流子从高浓度区向低浓度区的运动 称为扩散运动。扩散首先在界面两侧附近进行， 当电子离开N区后，留下了不能移动的带正电荷 的杂质离子，形成一层带正电荷的区域；同理， 空穴离开P区后，留下不能移动的带负电荷的杂质 离子，形成一层带负电荷的区域。因此P区和N区 交界面附近形成空间电荷区，即PN结。
电力电子技术
2.1 电力电子器件的特点和分类
1．电力电子器件的特点
电力电子器件（Power Electronic Device）是指能实现电能的变换或 控制的电子器件。和信息系统中的电子器件相比，具有以下特点： 1）具有较大的耗散功率
与信息系统中的电子器件主要承担信号传输任务不同，电力电子器 件处理的功率较大，具有较高的导通电流和阻断电压。由于自身的导通 电阻和阻断时的漏电流，电力电子器件要产生较大的耗散功率，往往是 电路中主要的发热源。为便于散热，电力电子器件往往具有较大的体积 ，在使用时一般都要安装散热器，以限制因损耗造成的温升。 2）工作在开关状态
N型半导体的杂质为五价元素，在半导体晶体中能给出一个多余的电子， 故N型半导体内自由电子数远大于空穴数，则自由电子称为多数载流子（简 称多子），空穴称为少数载流子（简称少子）。而P型半导体中的杂质为三 价元素，能在半导体晶体中接受电子，使晶体中产生空穴，即P型半导体中 的空穴数远大于自由电子数，则空穴称为多数载流子，自由电子称为少数载 流子。
电力电子技术
2.2 电力电子器件基础
1．PN结的形成
完全纯净的、结构完整的半导体晶体称为本征半导体。在常温下，本征 半导体可以激发出少量的自由电子，并出现相应数量的空穴，这两种不同极 性的带电粒子统称为载流子。
在本征半导体内掺入微量的杂质，会使半导体的导电能力发生显著的变化， 这种半导体称为杂质半导体。因掺入杂质化合价的不同，杂质半导体分为电 子型（N型）半导体和空穴型（P型）半导体两类。
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第2章 电力电子器件及应用
1 电力电子器件的特点与分类 2 电力电子器件基础 3 功率二极管 4 晶闸管 5 可关断晶闸管（GTO） 6 电力晶体管 7 功率场效应晶体管 8 绝缘栅双极型晶体管
电力电子技术
第2章 电力电子器件及应用
9 其它新型电力电子器件 10 电力电子器件的发展趋势 11 电力电子器件应用共性问题 12 总结
电力电子器件进行如下分类： 1）不可控器件，它不能用控制信号控制其通断，器件的导通与 截止完全由自身在电路中承受的电压和电流来决定。这类器件主 要指功率二极管。 2）半控型器件，指通过控制信号能控制其导通而不能控制其关 断的电力电子器件。这类器件主要是指晶闸管，它由普通晶闸管 及其派生器件组成。 3）全控型器件，指通过控制信号既可以控制其导通，又可以控 制其关断的电力电子器件。这类器件的品种很多，目前常用的有 门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、功率场效 应管（Power MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。