电力电子技术第五版王兆安机械工业 2010-10-3
第一章绪论（有第四版的电子书）
1 什么是电力电子技术：电力电子技术包括信息电子（模拟，放大状态，数字电路）技术和电力电子技术（电网电能电力，开关通断状态）。电力电子技术就是研究电力电子器件的性能，选用完成特定的电力电能的转换后来获得所需要的电力电能。一般我们从电网中获取的都是比较粗糙的电能，在各种精确和特定功能电路中不能满足要求，因此我们必须的进行变换（整流，逆变，斩波，交流电力控制）。电力电子技术包括电子学（电路和器件），电力学（静止和旋转电机），控制理论（如何实现控制）。电力电子技术可以看成是弱电对于强电的控制，其中控制理论就是纽带。
2 电力电子技术的发展
1947出现晶体管，1957出现了晶闸管，晶闸管属于半控型器件主要控制方式是改变导通的相位角，因此属于相控方式。七十年代后出现了可以关断的GTO，ＧＴＲ，MOSFET等全控型器件的出现，较相位控制后出现了斩控方式，主要是脉宽调制方式PWM，通过调制这种波形与载波的锯齿波来控制器件的通断，来形成所需要的电源波形，八十年代后IGBT的发展等复合型器件异军突起，以后的隔离，控制检测保护，电路的集成化
3 电力电子技术的应用
在各类电机的控制和调速系统，电力系统变电，无功补偿和抑制谐
波，电子装置，家用电器的电源部分
4 教材的简介和使用说明
第一部分：电力电子器件 2,9 基础了解期间的结构原理参数应用特性，应该以电力二极管，晶闸管，电力MOSFET，IGBT应用较为广泛的为重点。第九章是器件的共同问题包括驱动控制保护以及增容的串并联。
第二部分：各种基本的电力电子电路3 4 5 6 主体包括四种交直流间的变化。把握各种电路的共性和个性分析，注意电路的分析能力和方法的形成
第三部分：PWM的技术和软开关技术 7 8 这是精华
第四部分：电力电子的应用
还有基础实验部分
第二章电力电子器件
2.1 电力电子器件的概述
1 主电路：直接承担电能变换任务的的电路电力电子器件可以直接用于主电路实现变换的器件。一般电力电子器件具有如下特点：承受电流电压能力，处理的功率大，本身的损耗，在实际应用中往往需要信息电子电路来控制即所谓的驱动电路
2 应用电力电子系统的组成
组成：主要是有控制电路，驱动电路，检测电路，主电路。一般的
驱动电路和检测电路要和主电路强电部分采用光和磁进行电气隔离，还要注意电力电子器件一般比较昂贵耐压耐流能力稍微差一点，在主电路和控制电路中加一些保护电路
3 分类
（１）控制信号所控制的程度：不可控（电力二极管），半控型器件（只开通晶闸管），全控型器件（可以开通和关断ＧＴＯ，ＧＴＲ，ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ）
（２）驱动电路加在公共端和控制端的信号的性质：电流型（从控制端注入或者抽出电流来实现导通），电压型（来形成电压场效应）（３）信号的有效波形：脉冲型（使用脉冲使其开，关，不需要维持），电平型（持续维持导通，场效应）
（４）内部载流子的情况：单极性（有一种载流子，ＭＯＳＦＥＴ，肖特基二极管），双极性（有两种载流子，ＧＴＯ，ＧＴＲ，晶闸管，电力二极管），复合型：由单极性和双极性复合而成的ＩＧＢＴ，ＭＣＴ
总结：单极性和复合型的都是电压驱动型器件，都含有ＭＯＳＦＥＴ都是场效应驱动，且都是要电平型来维持场的存在，而电压型的特点就是输入阻抗大，驱动功率小，ＩＧＢＴ需要小于２０Ｖ驱动电路简单，开关频率高。
双极性的都是电流型器件，需要注入和抽出电流来开通和关断，有电平型的ＧＴＲ，和脉冲型的晶闸管和ＧＴＯ，电流型的由于具有电导调制效应（多子浓度增加，电阻率下降，电导率上升），具有通
态压降低和损耗小，工作频率低，驱动功率大和电路复杂
２．２不可控器件―――电力二极管
１原理：也称为导体整流器件，原理是ＰＮ节的单相导电性，容量大是由于采用了垂直导电结构，阴阳极是ＡＫ极
２特性;(1)静态特性：伏安特性，有门槛电压
（１）动态特性：
3 主要参数：正向平均电流和正向压降，最高阶温度，回复时间，浪涌电流。正向平均电压是指最大工频正弦半波电流平均值，与有效值=1.57正向平均电压
4 主要类型：普通二极管（多用于频率不高于1KHZ，但电压达千安和千伏），快速反应二极管，肖特基二极管（反应快速，频率高，但是耐压低使用与200V以下，温度敏感限温工作）
2.3 半控型器件---晶闸管
１原理：采用PNPN四层结构，相当于PNP和NPN的两个器件门极触发导通 A 阳K阴 G控
２特性;(1)静态特性：当晶闸管承受反电压时，无论是否有触发都不导通，当在承受正向电压时，仅在门极触发时导通，导通后门极失去作用，都保持导通，仅在晶闸管电流接近于零时才关断（２）动态特性：开通过程，关断过程
3 主要参数：电压额定通态峰值电压：是由断态和反向峰值电压中较小的一个决定，选用时留有2-3的裕量电流额定：通态平均电流：的1.57倍等于有效值，一般是1.5—2的裕量，浪涌电流，作为设计
保护的参数。
4 派生的主要器件主要类型：快速晶闸管（速度高，电压电流不易做的太高）双向晶闸管光控晶闸管电气隔离好，减少电磁干扰
2.5 典型全控器件
GTO 门极可关断器件
1原理：由许多小GTO组成便于关断而设计的。导通时与普通晶闸管差不多。只不过饱和程度低，加入负脉冲后抽出门极电流。器件退出饱和
２特性;(1)静态特性：动态特性：
3 主要参数：最大可关断阳极电流
4 主要类型：现在很少使用，被MOSFET和IGBT替代
GTR 巨型晶体管BJT双极性晶体管电力晶体管都是等效的
１原理：与普通的双极性晶体管一样的达林顿管，巨型说明耐高压，电流大，开关特性好
２特性;(1)静态特性：伏安特性，有门槛电压
（３）动态特性：
3 主要参数：
4 主要类型：很少使用
电力场效应管电力MOSFET
利用栅极电压来控制漏极电流，显著的特点就是驱动电路简单，驱动功率小，开关速度快，工频高，耐热性好，不足的是耐电压电流小。一般在10KW，和1000V以下
参数：漏极电压是额定电压，漏极电流是额定电流，栅源极电压＜20V 绝缘栅极晶体管 IGBT（由电力MOSFET和GTR）
由于具有双极性两种导电电流型器件的电导效应使得耐压通流能力增强，又具有单极性电压型开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好驱动功率小驱动电路简单，占据中，大型电力电子器件的主导，和MOSFET 一样场控器件，在栅发射极之间，加反向和不加电压时关断。
2.5 其它新型电力电子器件
MCT MOSFET control thyristor 的技术限制，未投入实际使用SIT 和SITH 有待拓展
集成门极换流晶闸管IGCT 前景难以预料
功率集成电路 Power Integrated Circuit PIC将器件与逻辑，控制，保护，传感，检测，驱动，自诊断集成在同一芯片上
第三章整流电路
整流是将交流电能转化成直流电能供直流设备使用
分类器件组成：不可控，半控，全控电路结构：桥式和零式
交流相数：单相，三相变压器二次侧电流方向单双分为单拍，双
拍
本章要掌握几种最基本整流电路，研究其基本原理和负载性质影响，器件通断以及波形分析，主要是相控整流
主要原理：通过控制器件的通断把交流电选定在某些时间段开通实现在某一电压方向（正负）的控制，再通过多次控制实现波动小，还可以利用电容来滤波平滑直流电，若阻感负载利用能量不能突变，原方向续流则更好的保证了是脉动较小的直流，从而完成交到直的整流过程
3.1 单相可控整流（电路图，波形，分析参见课本）
单相半波可控整流电路（电阻负载，阻感负载）
单相桥式可控整流电路（电阻负载，阻感负载，反电动势）可以根据电路设计的任务电压电流，计算选取晶闸管参数
单相全波可控整流电路（电阻负载，阻感负载，反电动势）
单相桥式半控整流电路（电阻负载，阻感负载，反电动势）
3.2 三相可控整流电路(同上)
当整流负载容量较大，要求直流脉动较小时，易滤波应采用三相整流三相半波可控整流电路（电阻负载，阻感负载，反电动势）
三相桥式全控整流电路（电阻负载，阻感负载，反电动势）线电压的包围圈，移相角的确定
3.3 变压器漏感对整流电路的影响
3.4 电容滤波的不可控整流电路（单相，三相）
3.5 整流电路的谐波和功率因素
3.6 大功率可控整流电路双反星型和多重化整流
3.7 逆变
3.8 整流电路的相位控制实现
触发器和集成触发器 KJ和KC系列三个KJ004可以形成六路双脉冲，
第四章逆变电路
逆变电路是指把直流电通过变流变化，使其在负载中电压电流的流向发生改变，或是阻感负载的续流能力使其电流电压接近交流正余弦电（并非都是标准的正余弦，有可能是正负矩形波），交流形式
交流侧接有电源的称为有源逆变，交流侧接负载时无源逆变。
4.1换流：电流从一个支路像另一个支路转移的过程，有的支路接通，有的支路断开，这样就可以实现电流电压的换向。换流的方式有：器件换流（采用全控型自关断器件），电网换流（由电网提供换流电压，把负电压加在欲关断的晶闸管），负载换流（有负载的电压与电流不一致，容性负载，），强迫换流（给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或电流）
4.2 电压型逆变电路
直流侧是电压源的称为电压型逆变电路。
特点：直流侧为电压源，或者并有电容，直流侧电压基本上无脉动。由于电压源的钳位作用交流侧的电压波形为矩形波，与负载没有关系，而交流侧的电流因为负载的不同而不应是矩形波可能是。电容为交流侧的阻感提供缓冲无功能量通道
单相半桥电压型逆变电路
单相全桥电压型逆变电路
三相电压型逆变电路（可以产生阶梯矩形波更加接近正余弦）
4.3 电流型逆变电路
直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。
特点：直流侧为电流源，或者并有电感，直流侧电流基本上无脉动。由于电流源的钳位，只改变电流流向。交流侧的电流波形为矩形波，与负载没有关系，而交流侧的电压因为负载的不同而不应是矩形波可能是。电感为交流侧的阻感提供缓冲无功能量通道
单相电流型逆变电路三相电流型逆变电路
4.4 多重逆变电路和多电平逆变电路
电压型逆变电路输出地电压为矩形波，电流型逆变电路输出地电流为矩形波。矩形波中含有较多的谐波对负载产生不利的影响，可以利用多重逆变电路吧几个矩形波组合起来使之更加的接近正弦波，也可以改变电路结构多电平逆变电路，使之可以输出较多的电平。
PWM调制技术的逆变更加的优越
第五章直流---直流变流电路斩波电路
是将直流电变成另一个固定电压和可调电压的直流电
5.1 基本斩波电路
（1）降压斩波电路：通过控制通断来调节占空比是的一个周期内的平均电压，占空比在0—1之间所以降压，电感续流 buck
（2）升压斩波电路：通过电容稳压与电源同等，电感充电，关断后电感放电，电容继续。电感储能转移实现平均电压增加。Boost （3）升降压斩波电路：也是通过电感和电容的储能和续流，改变电路的形式使其平均电压既可以升高和降低，由占空比决定，0—0.5时降压，0.5—1时升压
（4）Cuk斩波电路优点：输入电源的电流和输出负载的电流都是连续的脉动较小，有助于对输入，输出进行滤波
和Sepic电源电流连续，负载电流断续，Zeta刚好相反。使用的都是，不同形式的升降斩波电路都断续，平均电压公式相同
5.2 复合斩波和多相多重斩波
电流可逆斩波电路：电流不断，正负两个方向，第一，二象限
桥式可逆直流电路：电压两个方向，三四象限
多相多重斩波备用
5.3 带隔离的直流-直流变流电路直-交-直
采用此种复杂的变换的原因：输入与输出需要隔离，某些应用中需要多路相互隔离的输出，输出电压与输入电压比例远小于或大于1，交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器的滤波电感，电容的体积，产生高于20KHZ听觉极限，减少噪声
（1）正激电路反激电路半桥全桥电路推挽电路
（2）五种直交直电路优缺点比较，选用参见P136
第六章交流-交流变流电路
改变频率的电路称为变频电路，只改变电压或者电流，控制点电路通断不改变频率称为交流电力控制电路，通常把两个晶闸管反向并联合串在电路上的包括交流调压电路，交流调功电路，交流电力电子开关
6.1 交流调压电路
在每个半波周期里通过控制晶闸管的开通相位，可以方便的调节电压的有效值三相交流调压涉及到星型和三角形的接法，单相交流调压电路
6.2 交流调功电路
交流调功电路与交流调压电路完全相同，只是控制方式不同，而是将负载在电路上接通几个周波，在断开几个周波从而达到调节负载所消耗的平均功率
交流电力电子开关：替代机械开关
6.3 交-交变频电路
单相交-交变频的电路：电路有P组和N组反向并联的晶闸管变流电路构成，变流器P和N都是相控整流电路，P组合N组工作室负载的电流方向不同，让P和N按一定的频率交替工作，负载就得到该频率的交流电。
矩阵式变频电路理论电气性能十分理想，成本高，控制算法还不成熟
第七章PWM控制技术
PWM控制技术在逆变电路的应用最为广泛，影响极为深刻，PWM技术正是由于逆变电路的应用才会发展的比较成熟，从而确定了其在电力电子技术的地位，近年来PWM技术在整流电路的开始应用，并显示优越性
7.1 PWM控制的基本原理
采样控制理论中：面积等效定理，冲量相等（面积相等）而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节，其效果相同。像这样脉冲宽度按正弦规律变化和正弦波等效的PWM波形称为SPWM，就可以得到正弦波。
7.2 PWM逆变电路及其控制方法
1 计算法：根据PWM控制的基本原理，，如果给出了逆变电路的正弦波的输出频率，幅值和半个周期内的脉冲数，PWM波形的各脉冲宽度和时间间隔就可以计算出来，计算很繁琐，以便都变
2 调制法：把希望输出地波形作为调制信号，接受调制的信号作为载波，通过信号波对载波的调制得到所期望的PWM波形
实现方法：把载波Uc和信号波Ur比较在每个相交的时刻控制IGBT 的通断
单相桥式逆变电路只是加一个用于比较的调制电路
半波内只有一个方向的称为单极性，半波内既有正负的称为双极性3 载波比N=fc：fr 同步调制N为常数，在改变载波信号时，信号波保持同步异步调制 N是变化的
上面的调制方法称为自然采样法，很接近正弦波，但需要求解超越方程，微机控制需要大量的计算时间
4 规则采样法：在三角波的两个正峰值之间，中线与实际波的交点。
5 空间矢量PWM控制三相开关三个八个状态，六个60°导通状态，另外的111,000位零工作状态这种逆变器称为6拍逆变器。采用SVPWM 控制可以是交流电动机的磁通尽量接近圆形需要的电压矢量不是六个基本矢量时，用u1，u2的线性组合来实现，若U1，u2时间作用之和小于周期T，不足的时间用零矢量补齐。
6 PWM逆变电路的多重化，可以减少谐波
7.3 PWM跟踪技术
把希望输出地信号作为指令信号，实际输出的作为电压电流作为反馈信号，两者瞬时电路的比值决定期间的通断。滞环比较，三角波比较特点：硬件电路简单，实时控制，电流相应快速。不用载波不含特定的谐波分量属于闭环控制。
7.4 PWM整流电路原理及其控制方法
第八章软开关技术
通常滤波电感，电容，变压器占据装置的体积和重量的很大比例，提高开关频率可以减小滤波参数，但频率的增加的同时也增加了开关损耗和开关噪声问题，软开关技术就是解决开关损耗和开关噪声的可使开关频率大幅提高。
硬开关：会产生开关噪声，软开关：谐振过程限制开关过程的电压和电流变化率，是的开关噪声显著减小
零电压开关和零电流开关主要是电路中的谐振来实现，开关上并联电容或者是串联电感实现的，
分类：准谐振电路：电路中电压电流波形为正弦半波
零开关PWM电路，引入辅助开关来控制谐振开始的时刻，使谐振仅发生在开关过程前后
零转换PWM电路：控制开关开始时刻，只不过是谐振与开关并联，输入电压和电路的电流对电路的影响很小
第九章电力电子器件应用的共性问题
9.1 电力电子器件的驱动
1 是主电路和控制电路的之间的接口电路，简单的说就是把控制电路传来的信号按其控制目标和要求转换成电力电子器件控制端和公共端的可以使其开通和关断的信号。电流型驱动和电压型驱动
隔离：光隔离和磁隔离。光耦隔离由发光二极管和光敏晶体组成。有普通，高速，高传输比
一般的电力电子器件都有专门的集成驱动芯片，注意选用即可
9.2 电力电子器件的保护
1 过电压保护内应和外因过电压
2 过电流保护
缓冲电路抑制过电压和过电流，减小开关损耗
9.3 电力电子器件的串并联
对于大型的电力电子装置，电力电子器件电压或电流不能满足要求时可以将器件串并联。
1 晶闸管串联考虑加均压电阻R静态均压，RC动态均压
并联也要考虑静态和动态均流，选用一致器件和均流电抗2 电力MOSFET并联时具有一定的电流自动均衡能力，因而并联比较容易，走线尽量对称，散热一致，为加强动态均流，可以串入均流小电感起均流电抗作用。
3 IGBT同上
第十章电力电子技术的应用
10.1 晶闸管直流电动机系统
工作整流，有源逆变，可逆拖动系统
10.2 变频器和交流调速系统
交-直-交变频器变频调速
10.3 不间断电源 UPS uninterrupted power supply
整流，逆变
10.4 开关电源
电子设备中需要多路不同的电压供电
多路输出整流电路，分布式供电系统， 48V 直流母线，其他的各取
所需，还可以有沉于电源在某个发生故障时启用电路10.5 功率因素校正
10.6 在电力系统中应用
高压直流输电，无功功率控制，谐波抑制，电能质量控制10.7 家用
电子整流器
实验
1三相桥式全控整流电路的性能研究
2 直流斩波电路的性能研究
3 单相交流调压电路的性能研究
4 单相交-直-交变频电路的性能研究
5 半桥型开关稳压电源电路的性能研究
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；
#绪论： 1. 电子技术的两大分支是什么？ 信息电子技术与电力电子技术 *2. 简单解释电力电子技术。 使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子技术。 3. 要学习的4种电力电子器件是什么？ 器件：电力二极管、晶闸管、IGBT、POWER MOSFET 四种。 *4. 电力变换器有哪几种？ 交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流 *5. 电力电子技术的应用？ 一般工业：电化学工业；交通运输：电动汽车、航海；电力系统：柔性交流输电、谐波治理、智能电网；电子装置电源；家用电器：变频空调；其他：航天飞行器、发电装置。 #第一章： 1.*电力电子器件的分类： 半控型：晶闸管；全控型：电力MOSFET、IGBT；不可控型：电力二极管； 电流驱动型：晶闸管；电压驱动型：电力MOSFET、IGBT； 2.*应用电力电子器件的系统组成： 由控制电路和驱动电路和电力电子器件为核心的主电路组成。 3.电导控制效应： 电导控制效应使得PN结在正向电流较大时压降仍然很低，维持在1v左右，所以正向偏置的PN结表现为低阻态。 4.电力二极管的基本特征：
5. 电力二极管的主要参数：正向平均电流IF(AV)反向恢复时间trr 、浪涌电流IFSM 6. 电力二极管的类型：普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管 7. 晶闸管的静态特性和动态特性： A A G G K K b) c) a) A G K K G A P 1N 1 P 2N 2J 1J 2J 3 A P 1 A G K N 1P 2 P 2 N 1 N 2a) b)
u 8. 晶闸管的主要参数：电压定额、电流定额、动态参数 9.电力MOSFET 的基本特征： G D P 沟道b) a) G D N 沟道
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
1.解释GTO、GTR、电力MOSFET、BJT、IGBT，以及这些元件的应用范围、基本特性。 2.解释什么是整流、什么是逆变。 3.解释PN结的特性，以及正向偏置、反向偏置时会有什么样的电流通过。 4.肖特基二极管的结构，和普通二极管有什么不同 5.画出单相半波可控整流电路、单相全波可控整流电路、单相整流电路、单相桥式半控整流电路电路图。 6.如何选配二极管（选用二极管时考虑的电压电流裕量） 7.单相半波可控整流的输出电压计算（P44） 8.可控整流和不可控整流电路的区别在哪 9.当负载串联电感线圈时输出电压有什么变化（P45） 10.单相桥式全控整流电路中，元件承受的最大正向电压和反向电压。 11.保证电流连续所需电感量计算。 12.单相全波可控整流电路中元件承受的最大正向、反向电压（思考题，书上没答案，自己试着算） 13.什么是自然换相点，为什么会有自然换相点。 14.会画三相桥式全控整流电路电路图，波形图（P56、57、P58、P59、P60，对比着记忆），以及这些管子的导通顺序。
15.三相桥式全控整流输出电压、电流计算。 16.为什么会有换相重叠角换相压降和换相重叠角计算。 17.什么是无源逆变什么是有源逆变 18.逆变产生的条件。 19.逆变失败原因、最小逆变角如何确定公式。 做题：P95：1 3 5 13 16 17，重点会做 27 28，非常重要。 20.四种换流方式，实现的原理。 21.电压型、电流型逆变电路有什么区别这两个图要会画。 22.单相全桥逆变电路的电压计算。P102 23.会画buck、boost电路，以及这两种电路的输出电压计算。 24.这两种电路的电压、电流连续性有什么特点 做题，P138 2 3题，非常重要。 25.什么是PWM,SPWM。 26.什么是同步调制什么是异步调制什么是载波比，如何计算 27.载波频率过大过小有什么影响 28.会画同步调制单相PWM波形。 29.软开关技术实现原理。
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
1、电力电子技术的概念：所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。 2、电力电子技术的诞生是以 1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。 3、晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对 晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式，简称相控方式。4、70年代后期，以门极可关断晶闸管（ GTO ）、电力双极型晶体管（ 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。 5、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。 6、把驱动、控制、保护电路和电力电子器件集成在一起，构成电力电子集成电路（ PIC ）。 第二章 1、电力电子器件的特征 ◆所能处理电功率的大小，也就是其承受电压和电流的能力，是其最重要的参数，一般都远大于处理信息的电子器件。 ◆为了减小本身的损耗，提高效率，一般都工作在开关状态。◆由信息电子电路来控制 ,而且需要驱动电路。 ◆自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，在其工作时一般都需要安装散热器2、电力电子器件的功率损耗 3、电力电子器件的分类 （1）按照能够被控制电路信号所控制的程度 ◆半控型器件：?主要是指晶闸管（Thyristor ）及其大部分派生器件。 ?器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。◆全控型器件：?目前最常用的是 IGBT 和Power MOSFET 。 通态损耗断态损耗开关损耗 开通损耗关断损耗
?通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断。 ◆不可控器件：?电力二极管（Power Diode）?不能用控制信号来控制其通断。（2）按照驱动信号的性质 ◆电流驱动型：?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。 ◆电压驱动型 ?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。 （3）按照驱动信号的波形（电力二极管除外） ◆脉冲触发型 ?通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控 制。 ◆电平控制型 ?必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件 开通并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态。 4、几种常用的电力二极管：普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管 肖特基二极管优点在于：反向恢复时间很短（10~40ns），正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲；在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管；因此， 其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高。 弱点在于：当所能承受的反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此 多用于200V以下的低压场合；反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。 5、晶闸管除门极触发外其他几种可能导通的情况 ◆阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应◆阳极电压上升率du/dt过高 ◆结温较高◆光触发
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
一、填空题 1、对SCR 、TRIAC 、GTO 、GTR 、Power MOSFET 、这六种电力电子器件，其中要用交流 电压相位控制的有SCR TRIAC 。可以用PWM 控制的有GTO GTR Power MOSFET IGBT;要用电流驱动的有SCR TRIAC GTO GTR (准确地讲SCR 、TRIAC 为电流触发型 器件)，要用电压驱动的有Power MOSFET IGBT ；其中工作频率最高的一个是Power MOSFET ，功率容量最大的两个器件是SCR GTR;属于单极性的是Power MOSFET;可能发生 二次击穿的器件是GTR,可能会发生擎住效应的器件是IGBT ；属于多元集成结构的是Power MOSFET IGBT GTO GTR 。 2、SCR 导通原理可以用双晶体管模型来解释，其触发导通条件是阳极加正电压并且门极有触发电流，其关断条件是阳极电流小于维持电流。 3、GTO 要用门极负脉冲电流关断，其关断增益定义为最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值的比即off β=ATO GM I I ，其值约为5左右,其关断时会出现特殊的拖尾 电流。 4、Power MOSFET 通态电阻为正温度系数；其定义式为= |DS DS U GS I ≥0，比较特殊的是器件体内有寄生的反向二极管，此外，应防止其栅源极间发生擎住效应。 5、电力二极管额定电流是指最大工频正弦半波波形条件下测得值，对于应用于高频电力电子电路的电力二极管要用快恢复型二极管，但要求其反向恢复特性要软。 6、在电力电子电路中，半导体器件总是工作在开关状态，分析这类电路可以用理想开关等效电路；电力电子技术的基础是电力电子器件制造技术，追求的目标是高效地处理电力。 7、硬开关电路的电力电子器件在换流过程中会产生较大的开关损耗，主要原因是其电压波形与电流波形发生重叠，为了解决该缺陷，最好使电力电子器件工作在零电压开通，零电流关断状态；也可采用由无源元件构成的缓冲技术，但它们一般是有损耗 的。 8、电力电子电路对功率因数的定义与线性电路理论的定义在本质上的差别是有基波因数。 9、交流调压电路采用由两个SCR 反并联接法组成交流开关作为控制，若交流电路的大感性 负载阻抗角为80度，则SCR 开通角的移相范围80度到180度。 10、SCR 三相全控变流电路带直流电动机负载时，其处于整流状态时触发角应满足小于90度 条件；其处于有源逆变状态时触发角应满足大于90度 条件；SCR 的换流方式都为电网 换流。 11、有源逆变与无源逆变的差异是交流侧接在电网上还是接在负载上；加有续流二极管的任何整流电路都不能实现有源逆变的原因是负载被二极管短路不能产生负电压。逆变角的定义是α>90度时的控制角βπα=- 12、电压源逆变器的输出电压是交流方 波；其逆变桥各臂都要反并联 二极管。 13、SPWM 的全部中文意思是正弦脉冲宽度调制，这种技术可以控制输出交流的大小；产 生SPWM 波的模拟法用自然采样法。而计算机则采用规则采样法。 14、单端正激式DC/DC 变换电路要求在变压器上附加一个复位 绕组，构成磁复位 电路； 反激式DC/DC 变换电路与Buck-Boost 直流斩波器类似。 15、肖特基二极管具有工作频率高 ，耐压低 的应用特点。肖特基二极管具有反向恢复时间短，正向压降小，耐压低，效率高等特点。 16、GTR 关断是工作点应在 截止 区，导通时工作点应在 饱和 区；它有可能因存在 二 次击穿而永久失效的缺陷。
电力电子技术总结标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]
1、电力电子技术的概念：所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。 2、电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。 3、晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式，简称相控方式。 4、70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO ）、电力双极型晶体管（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。 5、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。 6、把驱动、控制、保护电路和电力电子器件集成在一起，构成电力电子集成电路（PIC ）。 第二章 1、电力电子器件的特征 ◆所能处理电功率的大小，也就是其承受电压和电流的能力，是其最重要的参数，一般都远大于处理信息的电子器件。 ◆为了减小本身的损耗，提高效率，一般都工作在开关状态。 ◆由信息电子电路来控制 ,而且需要驱动电路。 ◆自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，在其工作时一般都需要安装散热器 2、电力电子器件的功率损耗 3、电力电子器件的分类 （1）按照能够被控制电路信号所控制的程度 ◆半控型器件：主要是指晶闸管（Thyristor ）及其大部分派生器件。 器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。 ◆全控型器件：目前最常用的是 IGBT 和Power MOSFET 。 通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断。 ◆不可控器件： 电力二极管（Power Diode ） 不能用控制信号来控制其通断。 （2）按照驱动信号的性质 ◆电流驱动型 ：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。 ◆电压驱动型 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。 （3）按照驱动信号的波形（电力二极管除外 ） ◆脉冲触发型 通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控制。 ◆电平控制型 必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件开通并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态。 4、几种常用的电力二极管：普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管 通态损耗 断态损耗 开关损耗 开通损耗 关断损耗
电力电子技术复习题1 第1xx 电力电子器件 1. 电力电子器件一般工作在__开关__状态。 2. 在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为__通态损耗__，而当 器件开关频率较高时，功率损耗主要为__开关损耗__。 3. 电力电子器件组成的系统，一般由__控制电路__、_驱动电路_、 主电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添 加_保护电路__。 4. 按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分 为_单极型器件双极型器件复合型器件_三类。 5. 电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电 压截止_。 6. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、XX 二极管。7.XX二极管的开关损耗小于快恢复二极管的开关损耗。 8. 晶闸管的基本工作特性可概括为正向电压门极有触发则导通、 反向电压则截止。 9. 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__ 大于IH 。 10. 晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为, UDSM大于_UbQ 11. 逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反xx_ （如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。 12. GTO的__多兀集成__结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。 13. MOSFET勺漏极XX特性中的三个区域与GTF共发射极接法时的输 出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截
后者的 _饱和区 __。 14. 电力MOSFE 的通态电阻具有正温度系数。 15.IGBT 的开启电压UGE （th ）随温度升高而_略有下降开关速 度__小于__电力 MOSFET 。 16. 按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可 将电力电子器件分为 _电压驱动型 _和_电流驱动型 _两类。 17.IGBT 的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有 负 温 度系 数， 在1/2 或1/3 额定电流以上区段具有 __正___温度系数。 18.在如下器件：电力二极管（Power Diode ）、晶闸管（SCR 、门 极可关断晶闸管（GTO 、电力晶体管（GTR 、电力场效应管（电力 MOSFET 、绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）中，属于不可控器件的是 电力二极管 __，属于半控型器件的是 __晶闸管_，属于全控型器件的 是_ GTO 、GTR 、电力MOSFET IGBT _;属于单极型电力电子器件 的有_电力 MOSFET ，_ 属于双极型器件的有 _电力二极管、晶闸管、 属于复合型电力电子器件得有 __ IGBT _ ;在可控的 器件中， 容量最大的是 _晶闸管_，工作频率最高的是 _电力 MOSFE ， T 属于电压驱动的是电力 MOSFET 、 IGBT _，属于电流驱动的是 _晶闸 管、 GTO 、 GTR _。 第 2xx 整流电路 1. 电阻负载的特点是—电压和电流XX 且波形相同_，在单相半波 可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角 a 的最大移相范围是 0-180O_。 2. 阻感负载的特点是 _流过电感的电流不能突变，在单相半波可 控整流带阻感负载XX 续流二极管的电路中，晶闸管控制角a 的最大 止区_、前者的饱和区对应后者的 放大区 __、前者的非饱和区对应 GTO 、 GTR
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
2016 电力电子技术 作业：第二章总结 班级：XXXXXX学号：XXXXXXX姓名：XXXXXX
第二章电力电子器件总结 1.概述 不可控器件——电力二极管(Power Diode) GPD FRD SBD 半控型器件——晶闸管(Thyristor) FST TRIAC LTT 典型全控型器件GTO GTR MOSFET IGBT 其他新型电力电子器件MCT SIT SITH IGCT 功率集成电路与集成电力电子模块HVIC SPIC IPM 1.1相关概念 主电路(Main Power Circuit):在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? 电力电子器件(Power Electronic Device)是指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? 1.2特点 电功率大,一般都远大于处理信息的电子器件? 一般都工作在开关状态? 由信息电子电路来控制,而且需要驱动电路(主要对控制信号进行放大)? 功率损耗大,工作时一般都需要安装散热器? 通态损耗,断态损耗,开关损耗(开通损耗关断损耗) 开关频率较高时,可能成为器件功率损耗的主要因素? 电力电子器件在实际应用中的系统组成 一般是由控制电路?驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统? 关键词电力电子系统电气隔离检测电路保护电路三个端子 1.3电力电子器件的分类 按能够被控制电路信号控制的程度不同可分为半控型器件(开通可控,关断不可控) 全控型器件(开通,关断都可控) 不可控器件(开通,关断都不可控) 按照驱动信号的性质不同可分为电流驱动型电压驱动型 按照驱动信号的波形(电力二极管除外)不同可分为脉冲触发型电平控制型 按照载流子参与导电的情况不同可分为单极型器件(由一种载流子参与导电) 双极型器件(由电子和空穴两种载流子参与导电)复合型器件(由单极型器件和双极型器件集成混合而成,也称混合型器件) 关键词控制的程度驱动信号的性质?波形载流子参与导电的情况工作原理基本特性主要参数2不可控器件——电力二极管(Power Diode) 2.1结构与工作原理 电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的? PN节(PN junction):采用不同的掺杂工艺,通过扩散作用,将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体(通常是硅或锗)基片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结? N型半导体(N为Negative的字头,由于电子带负电荷而得此名):即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体? P型半导体(P为Positive的字头,由于空穴带正电而得此名):即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体? 正向电流IF :当PN结外加正向电压(正向偏置)时,在外电路上则形成自P区流入而从N区流出的电流? 反向截止状态:当PN结外加反向电压时(反向偏置)时,反向偏置的PN结表现为高阻态,几乎没有电流流过的状态? 反向击穿:PN结具有一定的反向耐压能力,但当施加的反向电压过大,反向电流将会急剧增大,破坏PN 结反向偏置为截止的工作状态?雪崩击穿齐纳击穿(可以恢复) 热击穿(不可恢复) P-i-N结构
电力电子技术总结 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
1、电力电子技术的概念：所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。 2、电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。 3、晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式，简称相控方式。 4、70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管（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。 5、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。 6、把驱动、控制、保护电路和电力电子器件集成在一起，构成电力电子集成电路（PIC）。 第二章 1、电力电子器件的特征 ◆所能处理电功率的大小，也就是其承受电压和电流的能力，是其最重要的参数，一般都远大于处理信息的电子器件。 ◆为了减小本身的损耗，提高效率，一般都工作在开关状态。 ◆由信息电子电路来控制 ,而且需要驱动电路。 ◆自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，在其工作时一般都需要安装散热器
2、电力电子器件的功率损耗 3、电力电子器件的分类 （1）按照能够被控制电路信号所控制的程度 ◆半控型器件：主要是指晶闸管（Thyristor ）及其大部分派生器件。 器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。 ◆全控型器件：目前最常用的是 IGBT 和Power MOSFET 。 通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断。 ◆不可控器件： 电力二极管（Power Diode ） 不能用控制信号来控制其通断。 （2）按照驱动信号的性质 ◆电流驱动型 ：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。 ◆电压驱动型 通态损耗 断态损耗 开关损耗 开通损耗 关断损耗
电力电子的现代运用 半导体的出现成为20世纪现代物理学的一项最重大的突破，标志着电子技术的诞生。而由于不同领域的实际需要，促使半导体器件自此分别向两个分支快速发展，其中一个分支即是以集成电路为代表的微电子器件，而另一类就是电力电子器件，特点是功率大、快速化。自20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传动技术舞台，以此为基础开发的可控硅整流装置，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。 电子电力技术包括电力电子器件、变流电路和控制电路3部分，是以电力为处理对象并集电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的综合性学科。电力技术涉及发电、输电、配电及电力应用，电子技术涉及电子器件和由各种电子电路所组成的电子设备和系统，控制技术是指利用外加的设备或装置使机器设备或生产过程的某个工作状态或参数按照预定的规律运行。电力电子器件是电力电子技术的基础，电力电子器件对电能进行控制和转换就是电子电力技术的利用。在21世纪已经成为一种高新技术，影响着人们生活的各种领域，因此对对电子电力技术的研究具有时代意义。 传统电力电子技术是以低频技术处理的，现代电力电子的发展向着高频技术处理发展。其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，在不断的发展中促进了现代电力电子技术的广泛应用。电力电子技术在1947年晶体管诞生开始形成，接着1956的晶闸管的出现标志电力电子技术逐渐形成一门学科开始发展，以功率MOS-FET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的出现，表明已经进入现代电子电力技术发展时代。 1.整流器时代 在60年代到70年代被称为电力电子技术的整流时代。该期间主要是大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用。1948年的晶体管的出现引发了电子工业革命，半导体器件开始应用与通信领域，1957年，晶闸管的诞生扩展了半导体器件功率控制范围，属于第一代电力电子器件。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，当地办硅整流器厂逐渐增多，大功率的工业用电由工频50Hz）交流发电机提供，其中电解、牵引、和直流传动是以直流形式消费。 2.逆变器时代 20世纪70年到80年代期间成为逆变器时代，该期间的电力电子技术已经能够实现逆变，但是仅局限在中低频范围内。当时变频调速装置因为能节能大量普及，巨型功率晶体管（GTR）、门极可关断晶闸管（GTO）和大功率逆变用的晶闸管成为当时电力电子器件的主流。它们属于第二代电力电子器件。 3.变频器时代 进入80年代，功率MOSFET和绝缘栅极双极晶体管（IGBT）的问世，电力电子技术开始向高频化发展，高压、高频和大电流的功率半导体复合器件为第三代电器元件的大规模集成电路技术迅速发展，他们的性能更进一步得到了完善，具有小、轻和高效节能的特点。 4.现代电力时代 20世纪以来，电力电子作为自动化、节材、节能、机电一体化、智能化的基础，正朝着应用技术高频化、产品性能绿色化、硬件结构模块化的现代化方向发展。在1995年，功率MOSFET和GTR在功率半导体器件出现并广泛被人们应用，功率器件和电源单元的模块
电力电子器件项目年终总结报告 一、电力电子器件宏观环境分析 二、2018年度经营情况总结 三、存在的问题及改进措施 四、2019主要经营目标 五、重点工作安排 六、总结及展望
尊敬的xxx公司领导： 近年来，公司牢固树立“创新、协调、绿色、开放、共享”的发 展理念，以提高发展质量和效益为中心，加快形成引领经济发展新常 态的体制机制和发展方式，统筹推进企业可持续发展，全面推进开放 内涵式发展，加快现代化、国际化进程，建设行业领先标杆。 初步统计，2018年xxx公司实现营业收入31492.12万元，同比增长19.37%。其中，主营业业务电力电子器件生产及销售收入为 29703.25万元，占营业总收入的94.32%。 一、电力电子器件宏观环境分析 （一）中国制造2025 “高质量发展”是十九大报告、中央经济工作会议的高频词，今 年两会首次写进政府工作报告。高质量发展是我国发展阶段的里程碑，也是今后相当长时期要遵循的中国发展道路和建设现代化国家目标。 工业是立市治本，强市之基，当前我市工业发展处于工业化起步阶段，推进工业高质量发展是我市实现跨越发展必然趋势，也是关键路径， 是全市经济高质量发展的重大举措。 （二）工业绿色发展规划
工业生产是物质财富的主要来源，工业化是现代国家不可逾越的 发展阶段。必须认识到，人类的工业化进程对生态环境造成了损害， 但历史和辩证地看，工业生产的创造性与污染排放破坏性之间的矛盾，正是工业活动持续改善人类生存境况的内在动力机制。鼓励企业推行 绿色设计，按照全生命周期的理念，在产品设计开发阶段系统考虑原 材料选用、生产、销售、使用、回收、处理等各个环节对资源环境造 成的影响，实现产品对能源资源消耗最低化、生态环境影响最小化、 可再生率最大化。重点在建材、陶瓷、新材料、节能环保、轻工、纺织、食品等产业领域，选择量大面广、与消费者紧密相关、条件成熟 的产品开展绿色设计产品创建工作。应用产品轻量化、模块化、集成化、智能化等绿色设计共性技术，采用高性能、轻量化、绿色环保的 新材料，开发具有无害化、节能、环保、高可靠性、长寿命和易回收 等特性的绿色产品。 （三）xxx十三五发展规划 未来5年，是全球新一轮科技革命和产业变革从蓄势待发到群体 迸发的关键时期。信息革命进程持续快速演进，物联网、云计算、大 数据、人工智能等技术广泛渗透于经济社会各个领域，信息经济繁荣 程度成为国家实力的重要标志。增材制造（3D打印）、机器人与智能