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电气工程概论辅导资料八 主 题 ： 第二章 电力电子技术 ( 第 1 节 ) 学习时间 ： 2012 年 11 月 19 日－11 月 25 日 内 容 ： 我们这周主要学习第二章电力电子技术，其中包括大功率二极管，晶闸管， 门极可关断晶闸管， 光控晶闸管， 晶闸管派生器件。 通过学习， 我们要了解掌握 各个器件的结构、工作原理、特性、主要参数、特点及应用场合等。 第二章 电力电子技术 近年来基于相关技术的发展， 电力电子领域得到了高度发展。 同时电力电子 的市场也在迅速地扩张，在开关电源、不间断电源、节能、自动化、运输、感应 加热、电力事业诸方面都得到了广泛的使用【详见表 3-1 】。 第一节 功率半导体器件 功率半导体器件是电力电子系统的心脏，是电力电子电路的基础。 功率集成电路是最近 10 年功率半导体器件发展的一个重要趋势，是将功率 半导体开关器件与其驱动、 缓冲、检测、控制和保护等硬件集成一体， 构成一个 功率集成电路 PIC。 智能功率模块 IPM是功率集成电路中典型的例子， 近年得到了较为广泛的应 用。 第 1 页 共 9 页 图 3-1 为电力电子装臵的示意图， 功率输入经功率变换器后输出至负载。 功 率变换器通常采用电力电子器件作为功率开关， 应用不同拓扑组合构成， 实现电 功率形式的变换（电压或频率等变换） 。此外，系统功率可以是双向的，即电功 率也可以从输出端送至输入端。 功率半导体器件作为功率开关，其工作特点如下： 1）功率半导体器件通常都处于在开关状态。 2 ）功率半导体器件由断态转换成通态及由通态转换成断态时，在转换过程 中所产生的损耗，分别称之为开通损耗和关断损耗，总称为开关损耗。 3 ）大功率是功率半导体器件的特点，这就要求一个理想的功率半导体器件 应该是能承受高电压、大电流的器件。 一个理想的功率半导体器件应当具有的理想的静态和动态特性是： 在阻断状 态，能承受高电压； 在导通状态， 具有高的电流密度和低的导通压降； 在开关状 态，转换时具有短的开、关时间，能承受高的 d i / d t 和 d v / d t ；同时器件具有全 控功能，即器件的通断可通过电信号控制。 功率半导体器件的发展经历了以下阶段： 1）大功率二极管产生于 20 世纪 40 年代，是功率半导体器件中结构最简单、 使用最广泛的一种器件。 2 ）20 世纪 70 年代，出现了称之为第二代的自关断器件，如门极可关断晶 闸管、大功率双极型晶体管、功率场效应晶体管等。 3 ）20 世纪 80 年代，出现了的第三代复合导电机构的场控半导体器件，以 绝缘栅极双极型晶体管 (IGBT 或 IGT)为典型代表，另外还有静电感应式晶体管、 静电感应式晶闸管、 MOS控制晶闸管、集成门极换流晶闸管等。 4 ）现已经出现了第四代电力电子器件——集成功率半导体器件，它将功率 器件与驱动电路、 控制电路及保护电路集成在一块芯片上， 从而开辟了电力电子 器件智能化的方向，具有广阔的应用前景。 图 3-2 示出了各种功率半导体器件的工作范围。 第 2 页 共 9 页 2.1.1 大功率二极管 大功率二极管属于不可控器件， 在不可控整流、 电感性负载回路的续流、 电 压源型逆变