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电力电子器件及其分类

20世纪50年代，电力电子器件主要是汞弧闸流管和大功率电子

管。60年代发展起来的晶闸管，因其工作可靠、寿命长、体积小、开

关速度快，而在电力电子电路中得到广泛应用。70年代初期，已逐步

取代了汞弧闸流管。80年代，普通晶闸管的开关电流已达数千安，能

承受的正、反向工作电压达数千伏。在此基础上，为适应电力电子技

术发展的需要，又开发出门极可关断晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸

管、逆导晶闸管等一系列派生器件，以及单极型MOS功率场效应晶

体管、双极型功率晶体管、静电感应晶闸管、功能组合模块和功率集

成电路等新型电力电子器件。

各种电力电子器件均具有导通和阻断两种工作特性。功率二极管

是二端（阴极和阳极）器件，其器件电流由伏安特性决定，除了改变

加在二端间的电压外，无法控制其阳极电流，故称不可控器件。普通

晶闸管是三端器件，其门极信号能控制元件的导通，但不能控制其关

断，称半控型器件。可关断晶闸管、功率晶体管等器件，其门极信号

既能控制器件的导通，又能控制其关断，称全控型器件。后两类器件

控制灵活，电路简单，开关速度快，广泛应用于整流、逆变、斩波电

路中，是电动机调速、发电机励磁、感应加热、电镀、电解电源、直

接输电等电力电子装置中的核心部件。这些器件构成装置不仅体积小、

工作可靠，而且节能效果十分明显（一般可节电10%～40%）。

单个电力电子器件能承受的正、反向电压是一定的，能通过的电

流大小也是一定的。因此，由单个电力电子器件组成的电力电子装置

容量受到限制。所以，在实用中多用几个电力电子器件串联或并联形

成组件，其耐压和通流的能力可以成倍地提高，从而可极大地增加电

力电子装置的容量。器件串联时，希望各元件能承受同样的正、反向

电压；并联时则希望各元件能分担同样的电流。但由于器件的个异性，

串、并联时，各器件并不能完全均匀地分担电压和电流。所以，在电

力电子器件串联时，要采取均压措施；在并联时，要采取均流措施。

电力电子器件工作时，会因功率损耗引起器件发热、升温。器件

温度过高将缩短寿命，甚至烧毁，这是限制电力电子器件电流、电压

容量的主要原因。为此，必须考虑器件的冷却问题。常用冷却方式有

自冷式、风冷式、液冷式（包括油冷式、水冷式）和蒸发冷却式等。

按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度分类：

1.半控型器件，例如晶闸管；

2.全控型器件，例如GTO（门极可关断晶闸管）、GTR（电力晶体

管），MOSFET（电力场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极晶体管）；

3.不可控器件，例如电力二极管；

按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性

质分类：

1.电压驱动型器件，例如IGBT、MOSFET、SITH（静电感应晶闸管）；

2.电流驱动型器件，例如晶闸管、GTO、GTR；

根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的有效信

号波形分类：

1.脉冲触发型，例如晶闸管、GTO；

2.电子控制型，例如GTR、MOSFET、IGBT；

按照电力电子器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况

分类：

1.双极型器件，例如电力二极管、晶闸管、GTO、GTR；

2.单极型器件，例如MOSFET、SIT；

3.复合型器件，例如MCT（MOS控制晶闸管）和IGBT；