电力电子器件概述
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新型电力电子器件电力电子器件(Power Electronic Device)又称为功率半导体器件,用于电能变换和电能控制电路中的大功率(通常指电流为数十至数千安,电压为数百伏以上)电子器件。
又称功率电子器件。
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。
电力电子器件的概念:直接承担电能的变换或控制的电路称为主电路。
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称为电力电子器件。
电力电子器件的特征:(1)、电力电子器件所能处理电功率的大小,所能承受的电压、电流的能力是其重要参数,一般都大于信息电子器件。
(2)、电力电子器件为减小自身损耗,提高效率,一般都工作在开关状态,通态阻搞接近于短路,电流由外电路决定;断态阻搞接近于断路,电流几乎为零,电压决定于外电路。
(3)、电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。
(4)、自由功率损耗远大于信息电子电路,需要良好的散热导热设计。
电力电子器件的系统组成:一般由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。
电力电子器件的分类:1、按能够被控制信号所控制的程度来分类:全控型:既可控制其导通,又可控制其关断(绝缘栅双极晶体管,电力MOSFET)半控型:可以控制其导通,不能控制其关断(晶闸管、其大部分派生器件)不可控型:导通与关断取决于所承受的电流、电压(电力二极管)2、按照驱动电路加在器件控制端的信号性质分类:电压驱动型、电流驱动型3、根据驱动电路加在器件控制端有效信号的波形分类:脉冲触发型、电平控制型4、按照器件内部电子的空穴参与导电的情况:单极型、双极型、复合型电力二极管特征:能承受高电压和大电流(垂直导电结构、低掺杂N区)静态特征:伏安特征动态特征:零偏、正偏、反偏时的过滤过程(图)主要参数:1、正向平均电流I F(AV),正向压降VF,反向重复峰值电压V RRM,最高工作结温T JM,反向恢复时间,浪涌电流。
主要类型:普通二极管(整流二极管)、快恢复二极管、有特基二极管电导调制效应:PN结通过大电流,大量空穴被注入基区,它们来不及和基区中的电子中和就到达负极,使基区电子浓度大幅增加。
——使原始基片的电阻率下降。
晶闸管:正常导通条件:晶闸管承受正向阳极电压,向门极施加触发电流。
关断条件:。
电子行业电力电子器件综合概述1. 引言电力电子器件是电子行业中的重要组成部分,用于控制和转换电能。
随着电力需求的不断增长,电力电子器件的应用范围也在不断扩大。
本文将对电力电子器件进行综合概述,包括其定义、分类、应用以及未来发展趋势等内容。
2. 电力电子器件的定义电力电子器件是指用于控制和转换电能的电子元件。
它可以将交流电转换为直流电,也可以将电能转换成其他形式,如机械能、光能等。
电力电子器件具有变流、变压、变频等功能,广泛应用于电力系统、工业控制、交通运输等领域。
3. 电力电子器件的分类电力电子器件根据其功能和工作原理的不同,可以分为以下几类:3.1 整流器整流器是一种将交流电转换为直流电的电力电子器件。
它使用半导体器件(如二极管、晶闸管等)将交流电的负半周或正半周去除,使输出电流呈现单向流动的特点。
整流器广泛应用于电力系统、工业设备以及电子产品中。
3.2 逆变器逆变器是一种将直流电转换为交流电的电力电子器件。
它通过控制半导体开关器件(如晶闸管、IGBT等)的开关状态,使直流电通过电路产生交流电输出。
逆变器广泛应用于可再生能源发电系统、电动车充电桩、家用电器等领域。
3.3 变频器变频器是一种可控制交流电频率的电力电子器件。
它通过调节半导体开关器件的开关频率,可以实现对交流电输出频率的调节。
变频器广泛应用于交通运输、工业生产等领域,如交流电机调速控制、电动车驱动系统等。
3.4 开关电源开关电源是一种通过开关器件在输入端和输出端之间进行快速切换来实现电能转换的电力电子器件。
开关电源具有高效率、小体积、稳定性好的特点,广泛应用于电子产品、通信设备等领域。
4. 电力电子器件的应用电力电子器件在电力系统、工业生产、交通运输、家用电器等领域都有广泛的应用。
在电力系统中,电力电子器件被用作电网稳定器、无功补偿装置、电力质量调节器等,提高电力系统的稳定性和效率。
在工业生产中,电力电子器件被用于电机调速、电力负荷控制、短路电流限制等,提高生产效率和质量。
电力电子器件电力电子器件是电力系统中的重要组成部分,它们在电能转换、调节和控制等方面发挥着关键作用。
本文将介绍电力电子器件的分类、工作原理以及在电力系统中的应用。
一、分类根据其功能和特性,电力电子器件可以分为不同类型。
常见的电力电子器件主要包括晶闸管、可控硅、晶闸二极管、IGBT、MOSFET等。
这些器件具有不同的工作原理和特性,适用于不同的电力应用。
二、工作原理1. 晶闸管:晶闸管是一种具有双向导通能力的半导体器件。
它由四个不同极性的层连接而成,通过控制极的激励信号,可以控制晶闸管的导通和截止状态,实现电流的控制和转换。
2. 可控硅:可控硅是一种双向可控的半导体开关。
它可以通过加在控制极上的电流脉冲或电压来控制其导通和截止状态,用于实现交流电的调节和控制。
3. 晶闸二极管:晶闸二极管是一种具有可控导通特性的二极管。
它与普通二极管相比,在导通状态下具有较低的压降和较高的导通电流能力,可以用于实现电流的控制和反向电压的保护。
4. IGBT:IGBT是绝缘栅双极型晶体管的简称。
它结合了晶闸管和MOSFET的优点,既能承受高电压,又具有低导通压降和高开关速度的特性,广泛应用于电力电子和工业控制领域。
5. MOSFET:MOSFET是一种常用的场效应管。
它具有高输入阻抗、低开关损耗和快速响应速度等优点,适用于低功率应用和高频切换。
三、应用电力电子器件在电力系统中的应用广泛。
以下是几个常见的应用领域:1. 逆变器:电力电子器件可以将直流电转换为交流电,实现电能的逆变。
这在再生能源发电系统中尤为重要,可以将太阳能电池板或风力发电机输出的直流电转换为交流电,供电给家庭或工业用电。
2. 变频器:电力电子器件的调节特性使其非常适合用于变频器。
变频器可以根据需要调整电机的转速和运行模式,实现对电机的精确控制,广泛应用于工业和交通领域。
3. 电能质量改善器:电力电子器件可以修复和改善电力系统中的电能质量问题,如电压波动、谐波污染等。