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电力电子器件 黄琦 陈峦 能源科学与工程学院 电力电子器件 不可控器件：二极管 半控型器件：晶闸管 全控型器件 新型电力电子器件 电力电子器件的驱动 电力电子器件的保护 电力电子器件的串联和并联使用 §1-1 电力电子器件概述 一、电力电子器件 概念 主电路（Main Power Circuit）:在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。 在主电路中实现电能变换或控制的电子器件。 特征 ①大功率 ②工作于开关状态：↓损耗，不能作波形放大使用 ③需要控制和驱动电路 ④功耗大，需散热 电力电子器件的功率损耗 ①通态损耗：主要 ②断态损耗：次要 ③开关损耗：高频时较大 二、电力电子系统 组成：控制电路，驱动电路，主电路，检测电路，电气隔离、保护电路 三、电力电子器件的分类 1、根据可控性 ①不可控器件（Power Diode） 不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱动电路。 ②半控型器件（Thyristor） 通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。 ③全控型器件（IGBT, MOSFET） 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。 电力电子器件的分类 2、根据驱动信号的性质 ①流控型器件（电流驱动型） 通过从控制端注入或抽出电流来实现导通或关断的控制。 ②压控型器件,也称场控型（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即可实现导通或关断的控制。 3、根据导电机理 ①单极型器件 只有一种载流子参与导电 ②双极型器件 由电子和空穴两种载流子参与导电 ③复合型器件 由单极型和双极型器件集成混合而成 §1-2 电力二极管 一、工作原理 实质：PN结 特点：不需要驱动电路，两端器件，具有单向导电性 二、基本特性 1、静态特性（伏安特性） IF：正向电流 UF：正向电压降 与IF对应的电力二极管两端的电压 UTO：门槛电压 正向电流IF开始明显增加所对应的电压。 承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。 2、动态特性 即通态和断态间转换过渡过程的开关特性 原因：PN结的结电容 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某个值（如 2V）。 正向恢复时间tfr。 电流上升率越大，UFP越高 。 三、主要参数 1、正向平均电流：IF(AV) 即在正常情况下，允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值 注意：应按照工作中流过电力二极管的实际电流波形与正向平均电流所造成的发热效应相等，即有效值相等的原则来选取其电流定额，并应留有一定裕量。 2、正向压降：UF 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。 3、反向重复峰值电压：URRM 对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。 使用时，应当留有两倍的裕量。 应用：URRM=2×可能承受的反向最高峰值电压 “重复”：可重复施加 4、浪涌电流IFSM 指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。 指其能承受的最大短时过电流 四、主要类型 1、普通二极管 即整流二极管（Rectifier Diode） 特点：参数大，但恢复时间长 应用：开关频率不高（≤1KHz）的整流电路中 2、快恢复二极管 即快速二极管 特点：恢复时间短 应用：高频开关 3、肖特基二极管 优点：低导通电压，开关时间极短 缺点：反向漏电流大，阻断电压低 应用：高频低压场合，如高频仪表，开关电源 §1-3 半控型器件-晶闸管 早期：可控硅，SCR（Silicon Controlled Rectifier） 现在：晶闸管，Thyristor 其容量参数大于全控型器件→在大容量场合仍广泛应用 1956年美国贝尔实验室发明 3、结构 三个PN结、四层半导体PNPN 4、模型 双晶体管模型 5、工作原理 （1）IG≠0→内部正反馈→饱和导通 （2）SCR导通后→去掉IG，即IG=0→内部正反馈→SCR仍然维持导通 （3）SCR导通后 ①去掉阳极所加正向电压，即EA=0→SCR关断 ②给阳极加反压，即EA0→SCR关断 ③使IA≈0→SCR关断 故为半控型器件 6、晶闸管的触发方式 （1）正常导通 ①门极触发：精度高，最通用 ②光触发 用于光电耦合隔离，如固态继电器中 光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中，如光控晶闸管LTT。 （2）非正常导通 ③升高阳极电压 阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应 将引起器件局部过热，易击穿，不便于控制 ④du/dt↑：阳极电压上升率过高易使SCR损坏，且很难控制 ⑤温度↑：结温过高，元器件易老化损坏 二、基本特性 1、静态特性 （1）正常工作特性 ①反偏时，不论门极有无触发电流，S