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2 电力电子器件概述 2.1 电力电子器件的特征和分类 2.2 电力二极管 2.3 晶闸管 2.4 功率晶体管 常用的典型全控型器件 2.4.1 电力晶体管 2.4.2 电力场效应晶体管 2.4.3 绝缘栅双极晶体管 2.5 器件的应用问题 本章总结 开关速度快，工作频率高。（开关时间：数十ns～数百ns） 电流容量小，耐压低（1000V以下） 最大栅源电压20V。 器件说明书 绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor—IGBT或IGT） GTR和MOSFET两种器件取长补短结合而成的复合器件，同时具备这两种器件的优点。 1986年投入市场，是中小功率电力电子设备的主导器件。 继续提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位。 与MOSFETL类似，IGBT是电压控制型器件，门极输入阻抗高，所需驱动功率小。 与GTR类似，IGBT具有较小的通态压降。 与GTO类似，IGBT具有阻断反向电压的能力。 开关速度快，工作频率高。（开关时间：us级） 功率等级可达到：2-3KV，1-2KA G C E (a) 1.电力电子开关器件的性能比较 新器件仍在不断研发 器件发展趋势是更大的功率、更快的速度和更小的损耗 2. 电力电子开关器件的应用准则 通态电压和通态电阻表明器件的导通损耗。 开关时间表明了器件的开关损耗及允许的最高工作频率。 电压和电流定额决定器件处理功率的能力。 控制电路所需的能量表明了器件控制的难易度。 器件的价格也应被考虑。 在设计变流电路时，应根据应用的场合选择适合的电力电子开关器件。选择时应考虑如下问题： 在分析变换器电路时采用理想化器件模型的可行性： 由于能量转换的效率通常设计得很高，所以器件的通态电压与工作电压相比一定比较小，所以在电路分析中可以忽略。 器件的开关时间一定远小于电路的工作周期，因此可近似为瞬时通断。 采用理想化器件模型可大大简化变换器工作原理的分析，但是在设计实际变流装置时，必须考虑器件的具体特性。 2.1 电力电子器件的特征和分类 2.2 电力二极管 2.3 晶闸管 2.3.1 晶闸管 2.3.2 门极可关断晶闸管 2.4 功率晶体管 2.4.1 电力晶体管 2.4.2 电力场效应晶体管 2.4.3 绝缘栅双极晶体管 2.5 器件的应用问题 1. 本章内容 2.本章重点 1) 电力电子器件的概念、特征和分类 2）电力电子系统的组成部分 3）本章学习的6种电力电子器件的基本特性： 电气符号 如何控制开通和关断 理想的伏安（i-v)特性 大致的功率等级和开关速度 派生器件的种类和特点 在本课程第二部分（基本电力变换电路）中，将采用器件的理想开关模型来分析电路的工作原理。 结束 * 学习目的： 了解电力电子器件概念、特点和分类 掌握主要电力电子器件的外特性及电压、电流和开关速度等性能。 通过分析功率半导体器件的基本特性，将其简化为理想的开关模型。 采用器件的理想开关模型，可使课程第二部分中对于电能变换器的分析变得更加简明和容易。 功率半导体器件的物理结构、详细特性及驱动和保护电路将在课程的第四部分中深入学习。 电力电子器件，又称功率半导体器件，是电力电子电路（变流技术）的基础 2.1.1 电力电子器件的概念和特征 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） ——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。 2）分类: 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） 3）同处理信息的电子器件相比的一般特征： 电力电子器件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。 电力电子器件主要指半导体功率开关器件 半导体功率开关与普通半导体器件有何区别? 通态损耗 Won 断态损耗 Woff 开关损耗 WSW 开通损耗 关断损耗 电力电子器件的损耗 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。 2.1.2 电力电子系统的组成 电力电子器件在实际应用中的系统组成 控 制 电 路 检测 电路 驱动 电路 R L 主电路 V 1 V 2 保护电路 电气隔离 控制电路 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