第二章-电力电子器件.ppt

电 力 电 子 技 术 杨淑英 合肥工业大学电气与自动化工程学院 第2章 电力电子器件 2.1 电力电子器件的特点与分类 2.1.1 电力电子器件的特点 2.1.2 电力电子器件的分类 2.1.1 电力电子器件的特点 电力电子器件（Power Electronic Device）—可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 2.1.1 电力电子器件的特点 2.1.1 电力电子器件的特点 广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类。 两类中，自20世纪50年代以来，真空管（Vacuum Valve）仅在频率很高（如微波）的大功率高频电源中还在使用，而电力半导体器件已取代了汞弧整流器、闸流管等电真空器件，成为绝对主力。因此，电力电子器件目前也往往专指电力半导体器件。 电力半导体器件所采用的主要材料仍然是硅(锗、硒、灰锡、金刚石等单元素材料；砷化镓、碳化硅等化合物）。 2.1.1 电力电子器件的特点 同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一般特征： 1）具有较大的耗散功率 2.1.1 电力电子器件的特点 2.1.1 电力电子器件的特点 电力电子器件一般都工作在开关状态 导通时（通态）阻抗很小，接近于短路，管压降接近于零，而电流由外电路决定 阻断时（断态）阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，而管子两端电压由外电路决定 电力电子器件的动态特性（开关特性）和参数，也是电力电子器件特性很重要的方面，有些时候甚至上升为第一位的重要问题。 作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替 有时将其称之为电力电子开关或电力半导体开关。 2.1.1 电力电子器件的特点 电力电子器件往往需要专门的驱动电路来控制 在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对控制电路的信号进行适当放大，这就是电力电子器件的驱动电路(Driving Circuit） 2.1.1 电力电子器件的特点 4）电力电子器件往往需要缓冲和保护电路 2.1.1 电力电子器件的特点 2.1.2 电力电子器件的分类 2.1.2 电力电子器件的分类 1、按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类： 1）半控型器件(Semi-controlled Device) ——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断 器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定 晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件 2.1.2 电力电子器件的分类 全控型器件(Full-controlled Device)——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 绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT） 电力场效应晶体管（Power MOSFET，简称为电力MOSFET） 门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor — GTO） GTR、SIT、 SITH、 IGCT等 2.1.2 电力电子器件的分类 不可控器件(Uncontrolled Device)——不能用控制信号来控制其通断，因此也就不需要驱动电路 功率二极管（Power Diode） 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的 2.1.2 电力电子器件的分类 2.1.2 电力电子器件的分类 2、按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类： 电流驱动型(Current Driving Type)——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。如GTO、GTR 电压驱动型(Voltage Driving Type)——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。又称为场控器件，或场效应器件。如MOSFET 2.1.2 电力电子器件的分类 3、按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类： 单极型器件(Unipolar Device)：由一种载流子参与导电的器件（MOSFET, SIT, 肖特基二极管） 双极型器件(Bipolar Device)：由电子和空穴两种载流子参与导电的器件（GTR, GTO, SITH，SR） 复合型器件(Complex Device)：由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件（IGBT,MCT,IGCT） 2.1.2 电力电子器件的分类 电力电子器件分类树2 2.2 电力电子器件基础 PN结原理 电力电子器件的封装 2.2.1 PN结原理 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。其导电能力受到外部条件（如光、热等）影响。半导体是否纯净也会影响其导电能力。 本征（instinct）半导体：是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 2.2.1 PN结原理 载