电力电子器件
第二堂课是电力电子器件和功率二极管的概述。
2.1电力电子设备概述
2.1.1电力电子的概念
主电源电路——在电气设备或电力系统中直接承担转换或控制电能任务的电路。
电力电子设备——一种可直接用于主电路处理电能并实现电能转换或控制的电子设备。
广义地说，功率电子器件可以分为两类:电子器件和半导体器件。
电动真空装置:自XXXX时代以来，真空阀仅用于高功率、高频率的高频电源(如微波)，而功率半导体器件已取代汞弧整流器、闸流管等电动真空装置成为绝对主力。因此，功率电子器件也经常被称为功率半导体器件。
硅仍然是功率半导体器件中使用的主要材料。
2.1.2电力电子设备的特性
与处理信息的电子设备相比，电力电子设备的一般特征是:
1)可处理的电量，即承受电压和电流的能力，是最重要的参数。它处理电力的能力小到毫瓦级，大到兆瓦级，大多比处理信息的电子设备大得多。
2)电力电子设备通常工作在开关状态
导通时，阻抗(导通状态)非常小，接近短路，管上的电压接近零，电流由外部电路决定。
阻塞时，[关态]阻抗非常大，接近开路，电流几乎为零，管上的电压由外部电路决定。
电力电子器件的动态特性(即开关特性)和参数也是电力电子器件特性的非常重要的方面，有时甚至上升到第一个重要问题。
在电路分析中，理想的开关经常被用来代替电力电子设备。为了简单起见，电力电子设备通常由信息电子电路控制。
在主电路和控制电路之间，需要一个中间电路来放大控制电路的信号，控制电路是电力电子装置的驱动电路。
4)为了确保装置不会因散热引起的温度过高而损坏，不仅在装置中
封装注重散热设计，散热器通常在工作时安装。
导通时，器件上有一定的导通压降，形成导通损耗。
在阻塞期间，小漏电流流过器件，形成关断状态损耗。
在器件导通或关断的切换过程中，会产生导通损耗和关断损耗，统称为开关损耗。
对于某些设备，驱动电路注入的功率也是设备发热的原因之一。通常，电力电子器件的漏电流很小，因此导通损耗是器件功耗的主要原因
当器件的开关频率较高时，开关损耗会增加，并可能成为器件功率损耗的主要因素。
2.1.3使用电力电子设备的系统组成
电力电子系统:由控制电路、驱动电路和主电路组成，以电力电子器件为核心。
控制电路驱动电路V2主电路检测电路V1LR
图1实际应用中电力电子设备的系统组成
控制电路根据系统的工作要求形成控制信号，驱动电路控制主电路中功率电子器件的开启或关闭，完成整个系统的功能。
一些电力电子系统也需要检测电路。广义地说，它通常被分类为一种控制电路，其电路不同于主电路，例如驱动电路，因此，粗略地说，电力电子系统由主电路和控制电路组成。
主电路中的电压和电流通常相对较大，而控制电路的元件只能承受相对较小的电压和电流。因此，在主电路和控制电路之间的连接路径上，例如驱动电路和主电路之间的连接、驱动电路和控制信号之间的连接以及主电路和检测电路之间的连接，通常需要电隔离，并且信号通过诸如光、磁等其他方式传输。
因为主电路通常具有电压和电流过冲，并且电力电子设备通常比主电路中的普通部件更昂贵，但是承受过电压和过电流的能力较低，因此，在主电路中
为了保证电力电子设备和整个电力电子系统的正常可靠运行，通常需要增加一些保护电路。
该装置通常有三个端子(或极或管角)，其中两个连接在主电路中，第三个端子称为控制端子(或控制极)。通过在其控制端子和主电路端子之间添加特定信号来控制设备的通断，主电路端子是驱动电路和主电路的公共端子，并且通常是主电路电流流出设备的端子。
2.1.4电力电子设备的分类
？根据器件受控制电路信号控制的程度，可分为以下三类:1)半控器
件，它可以被控制开启，但不能被控制信号控制关闭
晶闸管及其大部分衍生物；器件的关断由它在主电路中接收的电压和电流决定。
2)全控制装置-可通过控制信号控制其开启或关闭，也称为自动关闭装置。
绝缘栅双极晶体管-IGBT功率MOSFET栅极-关断晶闸管-GTO
3)不受控制的设备-不可能用控制信号控制其开/关，因此不需要驱动电路。
功率二极管
只有两个端子，器件的开关由主电路中接收的电压和电流决定？根据驱动电路在设备的控制端和公共端之间施加的信号的性质，可以分为两种类型:1)电流驱动型，它通过从控制端注入或提取电流来实现开或关的控制
2)电压驱动型——只有在控制端和公共端之间施加一定的电压信号，才能实现开或关控制
3)电压驱动设备实际上被称为场控制设备或场效应设备，因为施加到控制端子的电压在设备的两个主电路端子之间产生可控电场，以改变流过设备的电流大小和开关状态
？根据器件中电子和空穴两个载流子参与传导的情况，可以分为三类:1)单极器件——一个载流子参与传导的器件；2)双极器件——电子和空穴两个载流子参与传导的器件；
3)复杂器件——由单极器件和双极器件集成而成的器件。
MCT混合(IGBT双西斯极功率金属氧化物半导体场效应晶体管功率单极性混合(GTR型TRG晶闸管肖特基势垒二极管功率二极管)
图1-42图2电力电子分类树
2.2不受控制的设备-功率二极管
2 . 2 . 1pn结和功率二极管的工作原理
自XXXX以来，功率二极管结构简单，工作可靠
它在这一代人的早期就被应用了。
快速恢复二极管和肖特基二极管分别在中高频整流和逆变、低压整流和高频整流中具有不可替代的地位。
功率二极管的基本结构和工作原理是基于半导体PN结，就像信息电子电路中的二极管一样。
就外观而言，该封装由大面积PN结、两端引线和封装组成。主要有两种类型的包装，螺栓型和板式，当然还有其他类型的包装。AKAIPJb)NKKAa)c)
图3功率二极管的外形、结构和电气图形符号
(a)出庭。b)结构c)电气图形符号
N型半导体和P型半导体结合形成一个PN结。界面处电子和空穴浓度的差异导致多个离子从一个区域扩散到另一个区域，在另一个区域成为少数离子，在界面两侧留下带正电荷和负电荷的杂质离子，但不能随意移动。这些
不能移动的正电荷和负电荷称为空间电荷。由空间电荷建立的电场称为内部电场或自建电场，其方向是防止扩散运动，另一方面，它吸引
相反区域的少数儿童(或该区域的多个儿童)向该区域移动，即偏移运动。扩散运动和漂移运动既相互联系又相互矛盾，最终达到动态平衡。正负空间电荷达到稳定值，形成一个由空间电荷组成的稳定范围，称为空间电荷区，根据不同的强调角度，也称为耗尽层、栅层或阻挡层。内部电场。-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.p型区域-++++++++++++++++++++++++++ ++ n型区域空间电荷区域
图4pn结的形成
PN结的正导电状态
电导调制效应使得PN结的压降在正向电流较大时仍然很低，维持在1V左右，所以正向偏置PN结表现为低电阻PN结的反向截止状态PN结单向导通二极管的基本原理在于PN结反向击穿，这是pn结单向导通的主要特征。
雪崩击穿和齐纳击穿有两种形式，可能导致热击穿PN结的电容效应: PN结的电荷量随着所施加的电压而变化，并呈现出电容效应，这种效应称为结电容，也称为差分电容。结电容根据其产生机理和功能的不同分为势垒电容和扩散电容。
势垒电容仅在施加的电压改变时才起作用。施加电压的频率越高，势垒电容的影响越明显。势垒电容的大小与PN结的横截面积成正比，与势垒层的厚度成反比。
扩散电容仅在正向偏置时工作。在正向偏置中，当直流电压低时，势垒电容占优势；当直流电压高时，扩散电容主要是结电容
点数；
结电容影响PN结的工作频率，尤其是在高速开关状态下，这可能会使其单向导通性变差甚至无法工作。在应用中应注意这一点。导致信息电子电路中功率二极管和普通二极管不同的一些因素:
正向导通时，电流大，电流密度大，所以额外载流子的注入水平高，电导调制效应不可忽视。
引线电压降和焊接电阻有明显的影响。
电流变化率di/dt很大，因此引线和器件本身的电感效应也会受到很大影响。
为了提高反向耐受电压，低掺杂浓度也会导致大的正向偏压。
2.2.2功率二极管的基本特性
1)静态特性主要指其伏安特性。
当功率二极管的直流电压达到一定值(阈值电压UTO)时，正向电流开始显著增加并处于稳定的导通状态。对应于正向电流IF的功率二极管两端的电压UF是其直流电压降。当功率二极管受到反向电压时，只有少数载流子引起的小但恒定的反向漏电流。
IIFOUTOUFU
图5功率二极管的伏安特性
2)动态特性
动态特性——由于结电容的存在，三种状态之间必须有一个过渡过程。这个过程中的电压-电流特性随时间而变化。动态特性主要指的是开关特性，它反映了开态和关态之间的切换过程。
关断瞬变:关断前，出现大的反向电流，伴随明显的反向电压过冲。
恢复反向阻断能力并进入关闭状态需要很短的时间。
延迟时间):tD= t1- t0
电流下降时间:tf = t2-t1反向恢复时间):trr= td+ tf
恢复特性的柔软度:下降时间与延迟时间的比值tf /td，或恢复系数，由下式确定
老赛义德
ifuftft 0 difdttdtrrt1 uitft2 ur t2v0b)UFPiFdiRdtuFtfrtIRPURP
图6功率二极管的动态过程波形
a)正向偏置到反向偏置b)零偏置到正向偏置
开启瞬变:
功率二极管的正向压降首先出现过冲UFP，经过一段时间后，它将接近某个稳定压降值(例如2V)。这种动态过程时间称为前向恢复时间。电导调制效应需要一定的时间来存储大量的少数载流子，并且由于器件本身的电感，正向电流的上升将在达到稳定导通之前产生大的电压降。当前的增长率越高，UFP就越高
2.2.3功率二极管的主要参数
1)平均整流器正向电流
正向平均电流是中频额定电流——在规定的外壳温度(称为外壳温度，用温度系数表示)和散热条件下允许流经的最大功率频率正弦半波电流的平均值。
正向平均电流是根据电流的热效应来定义的，因此电流配额的选择应遵循有效值相等的原则，并应保留一定的余量。
例如:
在高频场合使用时，开关损耗引起的发热不可忽视。当使用具有大反向泄漏电流的功率二极管时，由关断状态损耗引起的热效应不小2)正向电压(UF)
指在特定温度下流经功率二极管的特定稳态正向电流所对应的正向压降。有时，参数表还会给出当特定的瞬态正向大电流流过特定温度时，器件的最大瞬时正向压降。
3)峰值重复电压Urrm
指可重复施加于功率二极管的反向最大峰值电压，通常为其雪崩击穿电压UB的2/3。使用时，它通常基于电路中功率二极管可能承受的反向最大峰值电压。
a)两次选择。
4)最高工作结温TJM
结温是指芯片PN结的平均温度，用TJ表示
最高工作结温是指在不损坏PN结的情况下，TJM能够承受的最高平均温度
通常在125 ~ 175℃的范围内
5)反向恢复时间
Trr= td+ tf，关断期间电流降至0和响应阻塞能力恢复之间的时间6)涌入电流[(非)革命峰值浪涌电流] ifsm
指功率二极管在一个或几个连续的电源频率周期内能够承受的最大过电流。2.2.4功率二极管的主要类型
1)通用二极管
普通二极管也叫整流二极管。它们大多用于开关频率较低(1千赫兹以下)的整流电路，反向恢复时间较长，通常超过5毫秒，当开关频率不高时，这一点并不重要，正向电流配额和反向电压配额可以达到非常高的水平，分别达到数千安培和数千伏。
2)快速恢复二极管(快速恢复二极管——FRD)
具有短恢复过程的二极管，尤其是具有短反向恢复过程(小于5毫秒)的二极管，也称为快速二极管。过程中大多采用金掺杂措施。有些采用PN结结构，有些采用改进的PiN结构，采用外延PiN结构的快速恢复外延二极管(FRED)反向恢复时间更短(可小于50ns)且正向压降更低(约0.9V)，但其反向耐压大多低于400V..
性能可分为两个级别:快速恢复和超快速恢复。前者的反向恢复时间为数百纳秒或更长，而后者的反向恢复时间小于100纳秒，即使自XXXX以来，由于技术的发展，它已被广泛用于电力电子电路。肖特基二极管的缺点:
当反向耐压增加时，其正向压降也将过高，无法满足要求，因此大多使用在200伏以下。反向泄漏电流大，对温度敏感。因此，反向稳态损耗不可忽视，其工作温度必须受到更严格的限制。
肖特基二极管的优势:
反向恢复时间很短(10 ~ 40 ns)；在正向恢复过程中不会有明显的电压过冲。在低反向耐压条件下，正向压降也很小，明显低于快恢复二极管。它的开关损耗和正向导通损耗比快速二极管小，效率高。
现代电力电子技术的发展 浙江大学电气工程学院电气工程及其自动化992班马玥 (浙江杭州310027 E-mail: yeair@https://www.doczj.com/doc/5b1172726.html,学号:3991001053 摘要:本文简要回顾电力电子技术的发展,阐述了现代电力电子技术发展的趋势,论述了走向信息时代的电力电子技术和器件的创新、应用,将对我国工业尤其是信息产业领域形成巨大的生产力,从而推动国民经济高速、高效可持续发展。 关键词:现代电力电子技术;应用;发展趋势 The Development of Modern Power Electronics Technique Ma Yue Electrical Engineering College. Zhejiang University. Hangzhou 310027, China E-mail: yeair@https://www.doczj.com/doc/5b1172726.html, Abstract: This paper reviews the development of power electronics technique, as well as its current situation and anticipated trend of development. Keywords: modern power electronics technique, application, development trend. 1、概述 自本世纪五十年代未第一只晶闸管问世以来,电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台,以此为基础开发的可控硅整流装臵,是电气传动领域的一次革命,使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代,这标志着电力电子的诞生。
实验二：常用电力电子器件特性测试 （一）实验目的 （1）掌握几种常用电力电子器件（SCR、GTO、MOSFET、IGBT）的工作特性；（2）掌握各器件的参数设置方法，以及对触发信号的要求。 （二）实验原理 图1.MATLAB电力电子器件模型 MATLAB电力电子器件模型使用的是简化的宏模型，只要求器件的外特性与实际器件特性基本相符。MATLAB电力电子器件模型主要仿真了电力电子器件的开关特性，并且不同电力电子器件模型都具有类似的模型结构。 模型中的电阻Ron和直流电压源Vf分别用来反映电力电子器件的导通电阻和导通时的门槛电压。串联电感限制了器件开关过程中的电流升降速度，模拟器件导通或关断时的动态过程。MATLAB电力电子器件模型一般都没有考虑器件关断时的漏电流。 在MATLAB电力电子器件模型中已经并联了简单的RC串联缓冲电路，在参数表中设置，名称分别为Rs和Cs。更复杂的缓冲电路则需要另外建立。对于MOSFET模型还反并联了二极管，在使用中要注意，需要设置体内二极管的正向压降Vf和等效电阻Rd。对于GTO和IGBT需要设置电流下降时间Tf和电流拖尾时间Tt。 MATLAB的电力电子器件必须连接在电路中使用，也就是要有电流的回路，
但是器件的驱动仅仅是取决于门极信号的有无，没有电压型和电流型驱动的区别，也不需要形成驱动的回路。尽管模型与实际器件工作有差异，但使MATLAB电力电子器件模型与控制连接的时候很方便。MATLAB的电力电子器件模型中含有电感，因此具有电流源的性质，所以在模块参数中还包含了IC即初始电流项。此外也不能开路工作。 含电力电子模型的电路或系统仿真时，仿真算法一般采用刚性积分算法，如ode23tb、ode15s。电力电子器件的模块上，一般都带有一个测量输出端口，通过输出端m可以观测器件的电压和电流。本实验将电力电子器件和负载电阻串联后接至直流电源的两端，给器件提供触发信号，使器件触发导通。 （三）实验内容 （1）在MATLAB/Simulink中构建仿真电路，设置相关参数。 （2）改变器件和触发脉冲的参数设置，观察器件的导通情况及负载端电压、器件电流的变化情况。 （四）实验过程与结果分析 1．仿真系统 Matlab平台 2．仿真参数 （1）Thyristor参数设置： 直流源和电阻参数：
电力电子器件产业发展蓝皮书（2016-2020年） 中国宽禁带功率半导体及应用产业联盟 中国IGBT技术创新与产业联盟 中国电器工业协会电力电子分会 北京电力电子学会 二零一七年
目录 一、发展电力电子器件产业的重要意义 (1) （一）电力电子技术的基本涵义 (1) （二）电力电子技术的重大作用 (1) （三）电力电子器件是电力电子技术的基础和核心 (3) （四）电力电子器件简介 (4) 二、电力电子器件产业发展状况及趋势 (9) （一）国际发展状况 (9) （二）国内发展状况 (12) 三、电力电子器件的市场分析及预测 (15) （一）国际市场分析 (15) （二）国内市场分析 (16) （三）市场预测 (17) 四、2016-2020年电力电子发展重点 (20) （一）关键材料 (22) （二）关键电力电子器件 (23) （三）关键设备 (25) （四）技术标准 (27) 五、展望 (29)
一、发展电力电子器件产业的重要意义 （一）电力电子技术的基本涵义 电力电子技术（Power Electronics，又称功率电子技术）是能源高效转换领域的核心技术，它以电力电子器件为基础，实现对电能高效地产生、传输、转换、存储和控制，提高能源利用效率、开发可再生能源，推动国民经济的可持续发展。电力电子技术包括电力电子器件、电力电子设备和系统控制三个方面，其转换功率范围小到数瓦（W），大到数百兆瓦（MW）甚至吉瓦（GW），其产业不仅涉及到电力电子器件、电力电子装置、系统控制及其在各个行业的应用等领域，还涉及到相关的半导体材料、电工材料、关键结构件、散热装置、生产设备、检测设备等产业。 （二）电力电子技术的重大作用 近年来，“节能减排”、“开发绿色新能源”已成为我国长期发展的基本国策。在我国绿色能源产业发展的推动下，电
大功率电力电子器件前沿技术分析 贾海叶山西吕梁供电 摘要：本文对大功率电力电子器件技术进行了简述，阐述了大功率电力电子器件发展热点，并对其前沿技术和未来的发展方向进行了分析。 关键词：大功率、电子电力器件，前沿技术 1 引言 随着半导体制造工艺的进步和对电力电子设备容量增大的需求,对电力电子器件的性能和功率要求也越来越高,由此产生了耐高压、大功率的电力电子器件。近来,伴随着器件的大功率化,新的HVIGBT(HighVoltage Insulated Gate BipolarTran-sistor Module)高压绝缘栅双极型半导体模块、HVIPM(High Voltage Intelligent Power Module)高压智能电力模块的MOS型电力电子器件的开发、GCT(Gate Commutated Turn-off Thyristor)闸门换相关断可控硅器件的开发,都有了较大的进展。以新一代器件问世为标志,必然在电力电子设备的开发方面,向着小型化、高效率化、高速控制化的目标飞跃前进。 1.1 大功率电力电子器件的分类 大功率电力电子器件主要分为:二极管、可控硅、光触发可控硅、GTO(Gate Turn-off Thyristor)闸门关断可控硅、GCT、HVIGBT及HVIPM器件。 从1960年开发初期的1英寸硅片开始至今,发展到直径为6英
寸硅片的耐高压、大功率电力电子器件系列化产品,其容量和当初相比,提高了100多倍。而且在使用上减少了串联或并联元件的数量,提高了可靠性,减小了设备的体积。 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，大功率电力电子器件分为： 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.单极型器件，例如电力二极管、晶闸管、GTO、GTR； 2.双极型器件，例如MOSFET、IGBT；
现代电力电子技术发展及其应用 摘要：电力电子技术是研究采用电力电子器件实现对电能的控制和变换的科学，是介于电气工程三大主要领域——电力、电子和控制之间的交叉学科，在电力、工业、交通、航空航天等领域具有广泛的应用。电力电子技术的应用已经深入到工业生产和社会生活的各个方面，成为传统产业和高新技术领域不可缺少的关键技术，可以有效地节约能源。 一、引言 自上世纪五十年代末第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气控制技术舞台，标志着电力电子技术的诞生。究竟什么是电力电子技术呢？电力电子技术就是采用功率半导体器件对电能进行转换、控制和优化利用的技术，它广泛应用于电力、电气自动化及各种电源系统等工业生产和民用部门。它是介于电力、电子和控制三大领域之间的交叉学科。目前，电力电子技术的应用已遍及电力、汽车、现代通信、机械、石化、纺织、家用电器、灯光照明、冶金、铁路、医疗设备、航空、航海等领域。进入21世纪，随着新的理论、器件、技术的不断出现，特别是与微控制器技术的日益融合，电力电子技术的应用领域也必将不断地得以拓展，随之而来的必将是智能电力电子时代。 二、电力电子技术的发展 现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压
和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 1、整流器时代 大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。 2、逆变器时代 七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。 3、变频器时代 进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能
电力电子器件的最新发展趋势 现代的电力电子技术无论对改造传统工业（电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等），还是对新建高技术产业（航天、激光、通信、机器人等）至关重要，从而已迅速发展成为一门独立学科领域。它的应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门，毫无疑问，它将成为本世纪乃至下世纪重要关键技术之一。近几年西方发达的国家，尽管总体经济的增长速度较慢，电力电子技术仍一直保持着每年百分之十几的高速增长。 从历史上看，每一代新型电力电子器件的出现，总是带来一场电力电子技术的革命。以功率器件为核心的现代电力电子装置，在整台装置中通常不超过总价值的20%～30%，但是，它对提高装置的各项技术指标和技术性能，却起着十分重要的作用。 众所周知，一个理想的功率器件，应当具有下列理想的静态和动态特性：在截止状态时能承受高电压；在导通状态时，具有大电流和很低的压降；在开关转换时，具有短的开、关时间，能承受高的di/dt和dv/dt，以及具有全控功能。 自从50年代，硅晶闸管问世以后，20多年来，功率半导体器件的研究工作者为达到上述理想目标做出了不懈的努力，并已取得了使世人瞩目的成就。60年代后期，可关断晶闸管GTO实现了门极可关断功能，并使斩波工作频率扩展到1kHz以上。70年代中期，高功率晶体管和功率MOSFET问世，功率器件实现了场控功能，打开了高频应用的大门。80年代，绝缘栅门控双极型晶体管(IGBT) 问世，它综合了功率MOSFET和双极型功率晶体管两者的功能。它的迅速发展，又激励了人们对综合功率MOSFET和晶闸管两者功能的新型功率器件- MOSFET门控晶闸管的研究。因此，当前功率器件研究工作的重点主要集中在研究现有功率器件的性能改进、MOS门控晶闸管以及采用新型半导体材料制造新型的功率器件等。下面就近几年来上述功率器件的最新发展加以综述。 一、功率晶闸管的最新发展 1．超大功率晶闸管 晶闸管（SCR）自问世以来，其功率容量提高了近3000倍。现在许多国家已能稳定生产8kV / 4kA的晶闸管。日本现在已投产8kV / 4kA和6kV / 6kA的光触发晶闸管(LTT)。美国和欧洲主要生产电触发晶闸管。近十几年来，由于自关断器件的飞速发展，晶闸管的应用领域有所缩小，但是，由于它的高电压、大电流特性，它在HVDC、静止无功补偿（SVC）、大功率直流电源及超大功率和高压变频调速应用方面仍占有十分重要的地位。预计在今后若干年内，晶闸管仍将在高电压、大电流应用场合得到继续发展。 现在，许多生产商可提供额定开关功率36MVA ( 6kV/ 6kA )用的高压大电流GTO。传统GTO的典型的关断增量仅为3～5。GTO关断期间的不均匀性引起的“挤流效应”使其在关断期间dv/dt必须限制在500～1kV/μs。为此，人们不得不使用体积大、昂贵的吸收电路。另外它的门极驱动电路较复杂和要求较大的驱动功率。但是，高的导通电流密度、高的阻断电压、阻断状态下高的dv/dt耐量和有可能在内部集成一个反并二极管，这些突出的优点仍使人们对GTO感到兴趣。到目前为止，在高压（VBR > 3.3kV )、大功率（0.5～20 MVA）牵引、工业和电力逆变器中应用得最为普遍的是门控功率半导体器件。目前，GTO的最高研究水平为6in、6kV / 6kA以及9kV/10kA。为了满足电力系统对1GVA以上的三相逆变功
碳化硅电力电子器件的发展现状分析 目录 1.SiC器件的材料与制造工艺 (2) 1.1 SiC单晶 (2) 1.2 SiC外延 (3) 1.3 SiC器件工艺 (4) 2. SiC二极管实现产业化 (5) 3. SiC JFET器件的产业化发展 (7) 4. SiC MOSFET器件实用化取得突破 (7) 5. SiC IGBT器件 (8) 6. SiC功率双极器件 (9) 7. SiC 功率模块 (10) 8. 国内的发展现状 (11) 9. SiC电力电子器件面对的挑战 (11) 9.1 芯片制造成本过高 (11) 9.2 材料缺陷多，单个芯片电流小 (12) 9.3 器件封装材料与技术有待提高 (12) 10. 小结 (12)
在过去的十五到二十年中，碳化硅电力电子器件领域取得了令人瞩目的成就，所研发的碳化硅器件的性能指标远超当前硅基器件，并且成功实现了部分碳化硅器件的产业化，在一些重要的能源领域开始逐步取代硅基电力电子器件，并初步展现出其巨大的潜力。碳化硅电力电子器件的持续进步将对电力电子技术领域的发展起到革命性的推动作用。随着SiC单晶和外延材料技术的进步，各种类型的SiC器件被开发出来。SiC器件主要包括二极管和开关管。SiC二极管主要包括肖特基势垒二极管及其新型结构和PiN 型二极管。SiC开关管的种类较多，具有代表性的开关管有金属氧化物半导体场效应开关管（MOSFET）、结型场效应开关管（JFET）、绝缘栅双极开关管（IGBT）三种。 1.SiC器件的材料与制造工艺 1.1 SiC单晶 碳化硅早在1842年就被发现了，但直到1955年，飞利浦（荷兰）实验室的Lely 才开发出生长高品质碳化硅晶体材料的方法。到了1987年，商业化生产的SiC衬底进入市场，进入21世纪后，SiC衬底的商业应用才算全面铺开。碳化硅分为立方相（闪锌矿结构）、六方相（纤锌矿结构）和菱方相3大类共260多种结构，目前只有六方相中的4H-SiC、6H-SiC才有商业价值，美国科锐（Cree）等公司已经批量生产这类衬底。立方相（3C-SiC）还不能获得有商业价值的成品。 SiC单晶生长经历了3个阶段, 即Acheson法、Lely法、改良Lely法。利用SiC 高温升华分解这一特性，可采用升华法即Lely法来生长SiC晶体。升华法是目前商业生产SiC单晶最常用的方法，它是把SiC粉料放在石墨坩埚和多孔石墨管之间，在惰性气体（氩气）环境温度为2 500℃的条件下进行升华生长，可以生成片状SiC晶体。由于Lely法为自发成核生长方法，不容易控制所生长SiC晶体的晶型，且得到的晶体尺寸很小，后来又出现了改良的Lely法。改良的Lely法也被称为采用籽晶的升华法或物理气相输运法 (简称PVT法)。PVT法的优点在于：采用 SiC籽晶控制所生长晶体的晶型，克服了Lely法自发成核生长的缺点，可得到单一晶型的SiC单晶，且可生长较大尺寸的SiC单晶。国际上基本上采用PVT法制备碳化硅单晶。目前能提供4H-SiC晶片的企业主要集中在欧美和日本。其中Cree产量占全球市场的85%以上，占领着SiC晶体生长及相关器件制作研究的前沿。目前，Cree的6英寸SiC晶片已经商品化,可以小批量供货。此外，国内外还有一些初具规模的SiC晶片供应商，年销售量在1万片上下。Cree生产的SiC晶片有80%以上是自己消化的，用于LED衬底材料，所以Cree是全球
电力电子器件的发展及应用 研1506 苏智清 摘要：本文简单介绍了电力技术的分类, 回顾了电力电子技术及其器件的发展过程, 说明了现在主流的电力电子器件的工作原理、应用范围及其优缺点, 探讨了在本世纪中新型电力电子器件的应用。 关键词：复合型电力电子器件；新型材料的电力电子器件；电力电子器件的应用 1引言 电力电子学是电工学的一个分支，是由电力系统、控制理论与电子学等学科共同发展起来的一个新型边缘性学科。电力电子学的主要特点是具有很强的应用性，同时与其他学科有着很好的交叉融合性，这也是电力电子学的基础理论与应用技术能够在短短几十年间飞速发展的一个相当重要的因素。目前，电力电子技术的应用已经从机械、石化、纺织、冶金、电力、铁路、航空、航海等一系列领域，进一步扩展到汽车、现代通信、家用电器、医疗设备、灯光照明等各个领域。进入 21 世纪，伴随着新理论、新器件、新技术的不断涌现，尤其是与微电子技术的日益融合，电力电子技术作为信息产业和传统产业之间的桥梁，在国民经济中必将占有越来越重要的地位，在各领域中的应用也必将不断得到拓展。 2电力电子器件的发展 2.1半控型器件 上世纪50年代，美国通用电气公司发明世界上第个晶闸管，标志电力电子技术的诞生。此后，晶闸管得到了迅速发展，器件容量越来越大，性能得到不断提高，并产生大量派生器件，如快速晶闸管逆导晶闸管等等。
但是，晶闸管作为半控型器件，只能通过门极导通，不能控制关断。要关断必须通过强迫换相电路，从而装置体积增大，复杂程度提高，效率降低。另外，晶闸管为双极型器件，有少子效应，所以工作频率低，由于这些原因，使得晶闸管的应用受到限制。 虽然晶闸管有以上缺点，但由于它的大电压大电流特性，使在高压直流输电静止无功补偿，大功率和高压变频调速等方面仍占有重要位置。2.2全控型器件 2.2.1门极可关断晶闸管（GTO） GTO有对称，非对称和逆导三种类型。对称GTO通态压降小，抗浪涌能力强，易于提高耐压能力。逆导型GTO是在同一芯片上将GTO与整流二极管反并联制成的集成器件，不能承受反向电压，主要用于中等容量的牵引驱动中。 在当前各种自关断器件中，GTO容量做大，工作最低。GTO是电流控制型器件，因而关断需要很大的反向驱动电流。目前，GTO在低于2000V某些领域被GTR和IGBTDE所替代，但在大功率电力牵引有明显优势。 2.2.2大功率晶体管（GTR） GTR是一种电流控制的双极双结电力电子器件，它既具备晶体管的固有特性，又增加功率容量，因此，由它组成的电路灵活，成熟，开关损耗小，开关时间短，在电源电机控制，通用逆变器等中等容量，中等频率的电路中广泛应用。GTR的缺点驱动电流较大，耐浪涌电流能力差，易受二次击穿损坏。在开关电源GTR渐渐被功率MOSFET和IGBT代替。 2.2.3功率MOSFET
现代电力电子技术的发展、现状与未来展 望综述
课程报告 现代电力电子技术的发展、现状与 未来展望综述 学院：电气工程学院 姓名： ********* 学号: 14********* 专业： ***************** 指导教师： *******老师 0 引言
电力电子技术就是使用电力半导体器件对电能进行变换和控制的技术，它是综合了电子技术、控制技术和电力技术而发展起来的应用性很强的新兴学科。随着经济技术水平的不断提高，电能的应用已经普及到社会生产和生活的方方面面，现代电力电子技术无论对传统工业的改造还是对高新技术产业的发展都有着至关重要的作用，它涉及的应用领域包括国民经济的各个工业部门。毫无疑问，电力电子技术将成为21世纪的重要关键技术之一。 1 电力电子技术的发展［1］ 电力电子技术包含电力电子器件制造技术和变流技术两个分支，电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。 1.1半控型器件（第一代电力电子器件） 上世纪50年代，美国通用电气公司发明了世界上第一只硅晶闸管(SCR)，标志着电力电子技术的诞生。此后，晶闸管得到了迅速发展，器件容量越来越大，性能得到不断提高，并产生了各种晶闸管派生器件，如快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等。但是，晶闸管作为半控型器件，只能通过门极控制器开通，不能控制其关断，要关断器件必须通过强迫换相电路，从而使整个装置体积增加，复杂程度提高，效率降低。另外，晶闸管为双极型器件，有少子存储效应，所以工作频率低，一般低于400 Hz。由于以上这些原因，使得晶闸管的应用受到很大限制。 1.2全控型器件（第二代电力电气器件） 随着半导体技术的不断突破及实际需求的发展，从上世纪70年代后期开始，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。此外，这些器件的开关速度普遍高于晶闸管，可用于开关频率较高的电路。这些优点使电力电子技术的面貌焕然一新，把电力电子技术推进到一个新的发展阶段。 1.3电力电子器件的新发展 为了解决MSOFET在高压下存在的导通电阻大的问题，RCA公司和GE公司于1982年开发出了绝缘栅双极晶体管（IGBT）,并于1986年开始正式生产并逐渐系列化。IGBT是MOS?FET和BJT得复合，它把MOSFET驱动功率小、开关速度快的优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点集于一身，性能十分优越，使之很快成为现代电力电子技术的主导器件。与IGBT 相对应，MOS 控制晶闸管(MCT)和集成门极换流晶闸管（IGCT）都是MOSFET和GTO的复合，它们都综合
电力电子器件的应用及发展现状 发表时间：2019-01-04T10:37:38.900Z 来源：《基层建设》2018年第34期作者：万洪宇[导读] 摘要：随着国内外电力电子技术的快速发展，如今已步入电子科技时代，电力电子器件在社会中的各个行业都得到广泛的应用，并且渗透到各个领域，在各个领域中都发挥着重要的作用。 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266000摘要：随着国内外电力电子技术的快速发展，如今已步入电子科技时代，电力电子器件在社会中的各个行业都得到广泛的应用，并且渗透到各个领域，在各个领域中都发挥着重要的作用。电力电子器件是电力电子技术的基础部分，同时也是电力电子技术发展的重要条件，电力电子器件的发展是推动和促进电力电子技术发展的重要动力，因此研究电力电子器件的应用和发展状况具有十分重要的意义，本 文简要论述电力电子器件的发展过程，探讨普及使用电力电子器件具备的工作原理、应用领域、优势缺点，探究电力电子器件的应用前景并针对其发展方向探讨有效的建议。 关键词：电力电子器件，工作原理，应用 0简介 国内外科学技术发展的加快，间接促进了电力电子器件的发展，如今国内外各行各业中都已经普及应用电力电子器件，特别是在上世纪80年代以后，电力电子技术发展速度加快更是对全球经济、文化、军事发展形成了极大的影响。一般而言，电力电子技术和信息电子技术构成了电子技术，其中计算机技术和通信技术等构成信息电子技术，信息电子技术主要进行信息存储、处理、传输、控制等等；电力电子技术主要是进行电能方面的处理，在实施的过程中要确保电能安全、稳定、可靠地运行，还要保证信息和能源能够集中运用。此外，随着国内电能需求的增加，应用电力电子技术可以将一次能源转变为电能，是现下解决电力方面问题的有效途径和手段，在应用电力电子技术中需要利用较多的电力电子器件，因此实际应用中要对电力电子器件的应用和发展进行相应的探究。 1 电力电子器件的应用现状 1.1电力整流管的应用 整流管起步于上世纪40年代，是一种结构最简单和使用最普及的电力电子器件，随着相关技术的发展，整流管已经发展为肖特基整流管、普通整流管、快恢复整流管等类别。其中普通整流管具备的特点为：漏电流小、较高的通态压降、反向恢复时间较长、具备很高的电流和电压定额，主要在需要不高转速的装置中应用。快恢复整流管主要具备较快的方向恢复时间和较高的通态压降，主要在逆变、斩波等电力中应用。肖特基整流管具备的特性融合了上述提及两种整流管的特点，但是存在漏电电流较大、缺乏一定的耐压能力等缺点，主要在开关电源和高频低压仪表中应用。电力整流管可以有效地改善电力电子电路的性能，提高电源使用效率，以及降低电路损耗，随着具备高性能电力电子器件的研发成功，现下人们通过运用新颖结构的设计和大规模集成电路制作工艺，研发出综合了肖特基整流管、PIN整流管特性为一体的新型高压快恢复整流管，这种类型的整流管具备很低的通态压降以及极短的反向恢复时间，并且具备较低的反向恢复峰值电流。 1.2晶闸管的应用 作为国内应用最为广泛的电力电子器件，晶闸管由以往的水银整流器和电动发电机构成逐渐演变为新型的晶闸管，传统的晶闸管具备很大的体积，并且具备的功率相对较小。而新型的晶闸管具有功率大，体积小，效率高的诸多优点，因此在众多变流技术中占据着重要的地位。但是由于晶闸管在运行中不能处于低频率工作状态，在实际使用过程中不能采用关断处理，造成了很大的不便和麻烦。在这种背景下，可关断式晶闸管被研发出来，主要被应用于交通电车，在促进交通发展方面发挥着重要的作用。 1.3绝缘栅双极晶体管的应用 在绝缘栅双极晶体管研发应用之前，应用的电力电子器件主要是以可关断晶闸管，但是在发展过程中，可关断晶闸管逐渐不再符合电力系统实际需求。与此同时，在实际应用中，可关断晶闸管在关断处理中需要消耗巨大的能量，这种状况与世界上的环保节能理念有着很大的偏差，同时也造成了不必要的经济损失。随着技术的发展和进步，绝缘栅双极晶体管应运而生，与可关断晶闸管相比，绝缘栅双极集体管具备更高的效益，逐渐在电车研发中代替晶闸管电子器件。 1.4智能功率模块的应用 随着国内外电力电子技术的进一步发展，，绝缘栅双极晶体管在一些场合已经渐渐不能满足电力电子的应用需求，在此基础上，研究人员研发出了具备故障检测并且能对电路进行保护的智能功率模块。和传统功率器件相比，智能功率模块具备电流传感功能、温度传感功能，其中电流传感功能可以对功率器电流情况实施不间断检测，从而确保功率器件的正常稳定运行。 2电力电子器件应用存在的问题 电力电子器件在给我们生活带来极大方便的同时，还存在以下应用问题，这些问题阻碍着电力电子器件的发展和应用。 2.1 缺乏创新力度，更新速度迟缓 随着经济的高速发展，电力电子技术发展的速度也是越来越快，但是现阶段电力电子技术面临着更新速度迟缓、创新力度不足等缺点，电力电子器件的发展已经无法达到人们对高科技的需求。针对这些问题，科研人员一定要具备高度的创新意识，全力研究探索电力电子技术。 2.2 电力电子器件原材料寻找困难 阻碍电力电子技术和电力电子器件发展的主要原因是缺乏高性能的电力电子器件原材料，如今原材料具备的性能不再适合电力电子器件的深度发展，若要促进电力电子器件快速发展，需要进行电力电子器件原材料的研究和制造，在原有的基础上提升电力电子器件的性能。在研究和制造过程中，需要进行缜密的分析和精密的规划，另外，还要判断原材料是否和电力电子器件相吻合，判断原材料是否存在缺陷，然后在不断的探究和完善中逐渐对原材料进行优化。 3电力电子器件发展展望 硅晶闸管类型的半控型器件在诸多传统晶闸管应用、无功补偿、高压直流输电等领域中已经普及应用，尽管全控器件的研发和应用对其造成了一定程度的冲击，但是硅晶闸管在技术成熟性和价格方面具备良好的优势，在未来的市场中必定还会占据很大的份额，尤其会在大电流和高电压应用场合中广泛普及应用。
电力电子技术课程论文 电力电子器件的发展分析 摘要：电力电子器件发展至今已有近60年的历史，本文简单介绍了电力电子器件的发展历程，然后对IGCT、IGBT、MCT等新型电力电子器件的发展状况及其优缺点进行了分析，最后, 展望了电力电子器件的未来发展。 关键字：电力电子器件；IGCT；ICBT；MCT； 1、引言 电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中，电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“机车”。 电力电子器件的发展时间并不长，但是至今已经发展出多个种类的产品，其中最早为人们所应用的是普通晶闸管，普通晶闸管是由美国通用电气公司在1958年时研制并投产的，它为之后的电力电子器件发展奠定了基础，在1964年时，美国公司又成功研制了可关断的GT0；到了二十世纪七十年代，电力电子器件的研究有了又一成果——GTR系列产品，二十世纪八九十年代，以功率M0SFET和IGBT为代表的，集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，标志着传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 2、电力电子器件发展史
电力电子器件又称作开关器件，相当于信号电路中的A-D采样，称之为功率采样，器件的工作过程就是能量过渡过程，其可靠性决定了装置和系统的可靠性。根据可控程度以及构造特点等因素可以把电力电子器件分成四类： (1)半控型器件——第一代电力电子器件 2O世纪5O年代，由美国通用电气公司发明的硅晶闸管的问世，标志着电力电子技术的开端。到了2O世纪7O年代，已经派生出了许多半控型器件，这些电力电子器件的功率也越来越大，性能日渐完善，但是由于晶闸管的固有特性，大大限制了它的应用范围。 (2)全控型器件一一第二代电力电子器件 从2O世纪7O年代后期开始，可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR或BJT)及其模块相继实用化。此后，各种高频率的全控型器件不断问世，并得到迅速发展。这些器件主要有：电力场控晶体管(即功率MOSFET)、静电感应晶体管(SIT)、静电感应晶闸管(SITH)等，这些器件的产生和发展，已经形成了一个新型的全控电力电子器件的大家族。 (3)复合型器件——第三代电力电子器件 前两代电力电子器件中各种器件都有其本身的特点。近年来，又出现了兼有几种器件优点的复合器件。如：绝缘门极双极晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)。它实际上是MOSFET驱动双极型晶体管，兼有M0sFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两者的优点。它容量较大、开关速度快、易驱动，成为一种理想的电力电子器件。 (4)模块化器件——第四代电力电子器件 随着工艺水平的不断提高，可以将许多零散拼装的器件组合在一起并且大规模生产，进而导致第四代电力电子器件的诞生。以功率集成电路PIC(Power Intergrated Circuit)为代表，其不仅把主电路的器件，而且把驱动电路以及具有过压过流保护，甚至温度自动控制等作用的电路都集成在一起，形成一个整体。 3、电力电子器件的最新发展 现代电力电子器件仍然在向大功率、易驱动和高频化方向发展。其中，电力电子模块化是电力电子器件向高功率密度发展的重要一步。下面介绍几种新型电力电子器件： 3.1 IGCT IGCT(Intergrated Gate Commutated Thyristors)是一种用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件[1]。它是将GTO芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接，它是结合了晶体管和晶闸管两种器件的优点，即晶体管的稳定的关断能力和晶闸管的低通态损耗的一种新型器件。IGCT在导通阶段发挥晶闸管的性能，关断阶段呈类似晶体管的特性。IGCT具有电流大、电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、损耗低的特点。此外,IGCT还像GT0一样，具有制造成本低和成品率高的
现代电力电子技术
现代电力电子技术二、主观题(共12道小题) (主观题请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客观题答案。) 11. 电力电子技术的研究内容？ 12. 电力电子技术的分支？ 13. 电力变换的基本类型？ 14. 电力电子系统的基本结构及特点？ 15. 电力电子的发展历史及其特点？ 16. 电力电子技术的典型应用领域？ 17. 电力电子器件的分类方式？ 18. 晶闸管的基本结构及通断条件是什么？ 19. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 20. 对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流IL在数值大小上有I L______I H。 21. 整流电路的主要分类方式？ 22. 单相全控桥式整流大电感负载电路中，晶闸管的导通角θ=________。
现代电力电子技术二、主观题(共12道小题) 11. 电力电子技术的研究内容？ 参考答案：主要包括电力电子器件、功率变换主电路和控制电路。 12. 电力电子技术的分支？ 参考答案：电力学、电子学、材料学和控制理论等。 13. 电力变换的基本类型？ 参考答案： 包括四种变换类型：（１）整流ＡＣ－ＤＣ （２）逆变ＤＣ－ＡＣ （３）斩波ＤＣ－ＤＣ （４）交交电力变换ＡＣ－ＡＣ 14. 电力电子系统的基本结构及特点？ 参考答案： 电力电子系统包括功率变换主电路和控制电路，功率变换主电路是属于电路变换的强电电路，控制电路是弱电电路，两者在控制理论的支持下实现接口，从而获得期望性能指标的输出电能。'
15. 电力电子的发展历史及其特点？ 参考答案：主要包括史前期、晶闸管时代、全控型器件时代和复合型时代进行介绍，并说明电力电子技术的未来发展趋势 16. 电力电子技术的典型应用领域？ 参考答案：介绍一般工业、交通运输、电力系统、家用电器和新能源开发几个方面进行介绍，要说明电力电子技术应用的主要特征。 17. 电力电子器件的分类方式？ 参考答案： 电力电子器件的分类 （１）从门极驱动特性可以分为：电压型和电流型 （２）从载流特性可以分为：单极型、双极型和复合型 （３）从门极控制特性可以分为：不可控、半控及全控型 18. 晶闸管的基本结构及通断条件是什么？ 参考答案：晶闸管由四层半导体结构组成，是个半控型电力电子器件，导通条件：承受正向阳极电压及门极施加正的触发信号。关断条件：流过晶闸管的电流降低到维持电流以下。 19. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 参考答案：流过晶闸管的电流大于维持电流。 20. 对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流IL在数值大小上有I L______I H。 参考答案：I L__〉____I H 21. 整流电路的主要分类方式？ 参考答案： 按组成的器件可分为不可控（二极管）、半控（SCR)、全控(全控器件）三种； 按电路结构可分为桥式电路和半波电路； 按交流输入相数分为单相电路和三相电路。
现代电力电子技术第1次作业 一、单项选择题(只有一个选项正确，共4道小题) 1. 在晶闸管应用电路中，为了防止误触发应将幅值限制在不触发区的信号是( ) (A) 干扰信号 (B) 触发电压信号 (C) 触发电流信号 (D) 干扰信号和触发信号 正确答案：A 2. 当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极加何种极性触发电压，管子都将工作在( ) (A) 导通状态 (B) 关断状态 (C) 饱和状态 (D) 不定 正确答案：B 3. 晶闸管工作过程中，管子本身产生的管耗等于管子两端电压乘以（） (A) 阳极电流 (B) 门极电流 (C) 阳极电流与门极电流之差 (D) 阳极电流与门极电流之和 正确答案：A 4. 电阻性负载三相半波可控整流电路，相电压的有效值为U2，当控制角α=0°时，整流输出电压平均值等于（） (A) 1.41U2 (B) 2.18U2 (C) 1.73U2 (D) 1.17U2 正确答案：D 四、主观题(共14道小题) 5. 电力电子技术的研究内容？ 参考答案：主要包括电力电子器件、功率变换主电路和控制电路。 6. 电力电子技术的分支？ 参考答案：电力学、电子学、材料学和控制理论等。 7. 电力变换的基本类型？ 参考答案：包括四种变换类型：（１）整流ＡＣ－ＤＣ （２）逆变ＤＣ－ＡＣ
（３）斩波ＤＣ－ＤＣ （４）交交电力变换ＡＣ－ＡＣ。 8. 电力电子系统的基本结构及特点？ 参考答案： 电力电子系统包括功率变换主电路和控制电路，功率变换主电路是属于电路变换的强电电路，控制电路是弱电电路，两者在控制理论的支持下实现接口，从而获得期望性能指标的输出电能。 9. 电力电子的发展历史及其特点？ 参考答案： 主要包括史前期、晶闸管时代、全控型器件时代和复合型时代进行介绍，并说明电力电子技术的未来发展趋势。 10. 电力电子技术的典型应用领域？ 参考答案：介绍一般工业、交通运输、电力系统、家用电器和新能源开发几个方面进行介绍，要说明电力电子技术应用的主要特征。 11. 电力电子器件的分类方式？ 参考答案：电力电子器件的分类如下 （１）从门极驱动特性可以分为：电压型和电流型 （２）从载流特性可以分为：单极型、双极型和复合型 （３）从门极控制特性可以分为：不可控、半控及全控型。 12. 晶闸管的基本结构及通断条件是什么？ 参考答案： 晶闸管由四层半导体结构组成，是个半控型电力电子器件，导通条件：承受正向阳极电压及门极施加正的触发信号。关断条件：流过晶闸管的电流降低到维持电流以下。 13. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 参考答案：流过晶闸管的电流大于维持电流。 14. 对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL______IH。 参考答案：IL〉IH。 15. 电力电子技术的定义和作用？ 参考答案：电力电子技术是研究利用电力电子器件实现电能变换和控制的电路，内容涉及电力电子器件、功率变换技术和控制理论，作用是把粗电变成负载需要的精电。 16. 双极型器件和单极型器件的特点与区别？ 参考答案： 双极型，电流驱动，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂； 单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。
附件2 电力电子相关产品目录 一、元器件类： 元器件类主要包括半导体器件、无源元件以及机械部件，是组成电力电子设备的主要部件。其中有些为电力电子专用元器件，另外一些是普适型元器件，并不专用于电力电子产品中。 1.1 电力电子器件 主要包括各种半导体器件，如：二极管、桥堆、晶闸管、GTO、MOSFET、IGBT等器件，按封装形式可以分为单管和模块两类。此类器件专用于电力电子领域，功率等级可以从几瓦延伸到上兆瓦，是中大功率电力电子装置的核心技术产品。 1.2 电源管理芯片(power management IC) 电源管理类产品主要是单片集成的电源以及控制器等，一般功率等级较低（几瓦到几百瓦之间），与半导体产业有较大的交叉，更多地具有集成电路产品特征。 1.3 无源元件(被动元件) 无源元件主要是电容以及电感（变压器）。可以分为以下几类： 1.3.1磁芯：包括铁氧体；粉芯； 1.3.2电容：包括电解电容、瓷片电容、薄膜电容、安规电容、电力电容等； 1.3.3电子变压器/电感 1.4 散热器 散热器（尤其是水冷散热器），一般专用于电力电子产品。 1.5 直流母排(Bus Bar) 二、装置和系统类： 电力电子装置和系统产品主要就是电源，功能是是实现电能的变化，按照应用场合以及功能大致可以分为： 2.1电力电源 包括电源模块本身以及电力行业广泛应用的直流电源。输出为直流，通常为220V/110V。 2.2 通信电源 包括通信电源模块本身以及通信行业广泛应用的直流电源系统。输出为直流，通常为48V/24V。
2.3不间断电源（UPS） 包括家用、银行等重要设施配备的不间断电源系统。功率范围很大，从数百V A到数兆V A 等级。 2.4新能源并网逆变器 风能、光伏等新能源发电的并网逆变器及其系统。 2.5变频器/马达驱动器 变频器主要用于马达驱动，实现节能以及系统控制。控制算法软件和硬件结合十分紧密。 2.6LED驱动器 针对LED灯特性设计的直流恒流电源，在较大功率下，需要多路恒流输出。 2.7直流模块电源(Brick DC/DC) 此类电源由于其高功率密度，高效率、高性能，在通信、军工等场合被广泛应用。通常也成为二次电源，实现直流/直流转换。 2.8消费类电子电源 消费类电子电源涵盖范围较广，以交流转直流为主，如移动设备、计算机、家电、娱乐设备等。 2.9电动汽车充电站 电动汽车充电站是未来电动汽车广泛应用的一个配套基础设施。 2.10工业电源 广泛应用于工业现场，作为控制器的供电电源，一般要求可靠性高。如纺织机械的电磁阀驱动电源、工业控制电源。 2.11特种电源 特殊场合应用的电源系统，如军工场合（军舰去磁化电源、鱼雷推进）。