电力电子技术第二章总结

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 IPM1.1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结构电导调制效应(Conductivity Modulation):当正向电流较小时,管压降随正向电流的上升而增加;当正向电流较大时,电阻率明显下降,电导率大大增加的现象｡关键词少子扩散运动空间电荷区(耗尽层､阻挡区､势垒区)结电容C J:PN结中的电荷量随外加电压而变化,呈现电容效应｡(微分电容)扩散电容C D:扩散电容仅在正向偏置时起作用｡正向电压较高时,扩散电容为结电容主要成分｡势垒电容C B:势垒电容只在外加电压变化时才起作用,外加电压频率越高,势垒电容作用越明显｡在正向偏置时,当正向电压较低时,势垒电容为主｡作用:结电容影响PN结的工作频率,特别是在高速开关的状态下,可能使其单向导电性变差,甚至不能工作｡2.2基本特性静态特性(伏安特性)门槛电压U TO 正向电压降U F反向漏电流是由少子引起的微小而数值定｡动态特性结电容零偏置,正向偏置,反向偏置不能立即转换状态过渡过程正向偏置时延迟时间:t d=t1-t0电流下降时间:t f = t2 - t1反向恢复时间:t rr= t d + t f恢复特性的软度:S r= t f / t d,或称恢复系数,S r越大恢复特性越软｡由零偏置转换为正向偏置过冲U FP: 原因:1)电导调制效应起作用所需的大量少子需要一定的时间来储存,在达到稳态导通之前管压降较大｡2)正向电流的上升会因器件自身的电感而产生较大压降｡电流上升率越大,UFP越高｡正向恢复时间:t fr2.3主要参数正向平均电流I F(AV) 正向压降U F反向重复峰值电压U RRM最高工作结温T JM反向恢复时间t rr浪涌电流I FSM2.4主要类型普通二极管(General Purpose Diode)快恢复二极管(Fast Recovery Diode,FRD)肖特基二极管(Schottky Barrier Diode, SBD)3半控型器件——晶闸管(Silicon Controlled Rectifier,SCR)3.1结构和工作原理内部是PNPN四层半导体结构如图a) P1 区引出阳极A､N2 区引出阴极K､P2 区引出门极G 工作原理可以用双晶体管模型解释如右图b)｡工作过程关键词: I G V2 I c2 I c1正反馈触发门触发电路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过高光触发结温较高只有门极触发是最精确､迅速而可靠的控制手段｡3.2基本特性静态特性正常工作特性当晶闸管承受反向电压时,不论门极是否有触发电流,晶闸管都不会导通｡当晶闸管承受正向电压时,仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通｡晶闸管一旦导通,门极就失去控制作用,不论门极触发电流是否还存在,晶闸管都保持导通｡若要使已导通的晶闸管关断,只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下｡伏安特性如右图所示包括正向特性和反向特性正向转折电压U bo维持电流I H反向最大瞬态电压U RSM反向重复峰值电压U RRM断态重复峰值电压U DRM断态最大瞬时电压U DSM动态特性如右图所示延迟时间t d (0.5~1.5μs)上升时间t r (0.5~3μs)开通时间t gt=t d+t r反向阻断恢复时间t rr正向阻断恢复时间t gr关断时间t q=t rr+t gr3.3主要参数(包括电压定额和电流定额)电压定额断态重复峰值电压U DRM反向重复峰值电压U RRM通态(峰值)电压U T通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压｡选用时,一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍｡电流定额通态平均电流I T(AV)维持电流I H擎住电流I L浪涌电流I TSM动态参数开通时间t gt和关断时间t q断态电压临界上升率d u/d t通态电流临界上升率d i/d t3.4晶闸管的派生器件快速晶闸管(Fast Switching Thyristor, FST)双向晶闸管(Triode AC Switch——TRIAC or Bidirectional Triode Thyristor) 逆导晶闸管(Reverse Conducting Thyristor, RCT)光控晶闸管(Light Triggered Thyristor, LTT)典型全控型器件4门极可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor, GTO)晶闸管的一种派生器件,但可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断,因而属于全控型器件｡4.1结构与工作原理其结构原理可以参考晶闸管数十个甚至数百个小GTO单元4.2基本特性静态特性和普通晶闸管类似动态特性储存时间t s下降时间t f尾部时间t t4.3主要参数最大可关断阳极电流I ATO电流关断增益 off开通时间t on关断时间t off5电力晶体管(Giant Transistor, GTR)5.1结构和工作原理与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的｡最主要的特性是耐压高､电流大､开关特性好｡达林顿接法单元结构并联三层半导体两个PN结5.2基本特性右图所示静态特性右图所示动态特性右图所示5.3主要参数电流放大倍数 直流电流增益h FE集电极与发射极间漏电流I ceo 集电极和发射极间饱和压降U ces 开通时间t on 和关断时间t off 最高工作电压BU ceo :基极开路时集电极和发射极间的击穿电压实际使用GTR 时,为了确保安全,最高工作电压要比BU ceo 低得多｡ 集电极最大允许电流I cM 集电极最大耗散功率P cM6电力场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor FET, MOSFET) 6.1结构和工作原理6.3基本特性静态特性动态特性MOSFET 的开关速度和其输入电容的充放电有很大关系,可以降低栅极驱动电路的内阻R s ,从而减小栅极回路的充放电时间常数,加快开关速度｡6.4主要参数跨导G fs ､开启电压U T 以及开关过程中的各时间参数｡漏极电压U DS漏极直流电流I D 和漏极脉冲电流幅值I DM 栅源电压U GS极间电容 C GS ､C GD 和C DS ｡N +GS DP 沟道b)N +N -S GD P P N +N +N +沟道a)GS DN 沟道图1-19漏源间的耐压､漏极最大允许电流和最大耗散功率决定了电力MOSFET的安全工作区｡7绝缘栅双极晶体管(Insulated-gate Bipolar Transistor, IGBT or IGT) 综合了GTR和MOSFET的优点场控器件7.1结构和工作原理内部结构图其开通和关断是由栅极和发射极间的电压U GE决定的｡7.2基本特性静态特性转移特性输出特性动态特性开通过程开通延迟时间t d(on)电流上升时间t r电压下降时间t fv开通时间t on= t d(on)+t r+t fvt fv分为t fv1和t fv2两段｡关断过程关断延迟时间t d(off)电压上升时间t rv电流下降时间t fi关断时间t off = t d(off) +t rv+t fit fi分为t fi1和t fi2两段7.3主要参数最大集射极间电压U CES最大集电极电流最大集电极功耗P CM8其他新型电力电子器件MOS控制晶闸管MCT静电感应晶体管SIT静电感应晶闸管SITH集成门极换流晶闸管IGCT基于宽禁带半导体材料的电力电子器件。

电力电子技术第5版知识点总结【篇一：电力电子技术第5版知识点总结】第 1 章绪论 1 电力电子技术定义：第 1 章绪论 1 电力电子技术定义：是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，是应用于电力领域的电子技术，主要用于电力变换。

2 电力变换的种类（1）交流变直流 ac-dc：整流（2）直流变交流dc-ac：逆变（3）直流变直流 dc-dc：一般通过直流斩波电路实现（4）交流变交流 ac-ac：一般称作交流电力控制 3 电力电子技术分类：分为电力电子器件制造技术和变流技术。

第 2 章电力电子器件 1 电力电子器件与主电路的关系第 2 章电力电子器件 1 电力电子器件与主电路的关系（1）主电路：指能够直接承担电能变换或控制任务的电路。

（2）电力电子器件：指应用于主电路中，能够实现电能变换或控制的电子器件。

2 电力电子器件一般都工作于开关状态，以减小本身损耗。

状态，以减小本身损耗。

3 电力电子系统基本组成与工作原理（1）一般由主电路、控制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。

（2）检测主电路中的信号并送入控制电路，根据这些信号并按照系统工作要求形成电力电子器件的工作信号。

（3）控制信号通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断。

（4）同时，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证系统正常可靠运行。

4 电力电子器件的分类根据控制信号所控制的程度分类 4 电力电子器件的分类根据控制信号所控制的程度分类（1）半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。

如scr 晶闸管。

（2）全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。

如 gto、gtr、mosfet 和 igbt。

（3）不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。

如电力二极管。

根据驱动信号的性质分类（1）电流型器件：通过从控制端注入或抽出电流的方式来实现导通或关断的电力电子器件。

2）维持电流I H在室温下门极断开时，元件从较大的通态电流降到刚好能保持导通的最小阳极电流称为维持电流I H。

维持电流与元件容量、结温等因素有关，额定电流大的管子维持电流也大，同一管子结温低时维持电流增大，维持电流大的管子容易关断。

同一型号的管子其维持电流也各不相同。

3）擎住电流I L在晶闸管加上触发电压，当元件从阻断状态刚转为导通状态就去除触发电压，此时要保持元件持续导通所需要的最小阳极电流，称擎住电流I L。

对同一个晶闸管来说，通常擎住电流比维持电流大数倍。

4）断态重复峰值电流I DRM和反向重复峰值电流I RRMI DRM和I RRM分别是对应于晶闸管承受断态重复峰值电压U DRM和反向重复峰值电压U RRM时的峰值电流。

它们都应不大于表1－2中所规定的数值。

5）浪涌电流I TSMI TSM是一种由于电路异常情况（如故障）引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。

用峰值表示，见表1－2。

浪涌电流有上下两个级，这些不重复电流定额用来设计保护电路。

（3）门极参数1）门极触发电流I gT室温下，在晶闸管的阳极—阴极加上6V的正向阳极电压，管子由断态转为通态所必需的最小门极电流，称为门极触发电流I gT。

2）门极触发电压U gT产生门极触发电流I gT所必需的最小门极电压，称为门极触发电压U gT。

为了保证晶闸管的可靠导通，常常采用实际的触发电流比规定的触发电流大。

（4）动态参数1）断态电压临界上升率d u/d td u/d t是在额定结温和门极开路的情况下，不导致从断态到通态转换的最大阳极电压上升率。

实际使用时的电压上升率必须低于此规定值（见表1－2）。

限制元件正向电压上升率的原因是：在正向阻断状态下，反偏的J2结相当于一个结电容，如果阳极电压突然增大，便会有一充电电流流过J2结，相当于有触发电流。

若du/dt 过大，即充电电流过大，就会造成晶闸管的误导通。

所以在使用时，采取保护措施，使它不超过规定值。

《电力电子技术》课程知识点分布（供学生平时课程学习、复习用，●为重点）第一章绪论1.电力电子技术：信息电子技术----信息处理，包括：模拟电子技术、数字电子技术电力电子技术----电力的变换与控制2. ●电力电子技术是实现电能转换和控制，能进行电压电流的变换、频率的变换及相数的变换。

第二章电力电子器件1.电力电子器件分类：不可控器件：电力二极管可控器件：全控器件----门极可关断晶闸管GTO→电力晶体管GTR →场效应管电力PMOSFET→绝缘栅双极晶体管IGBT→及其他器件☆半控器件----晶闸管●阳极A阴极K 门极G2.晶闸管1）●导通：当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触电电流的情况晶闸管才能开通。

●关断：外加电压和外电路作用是流过晶闸管的电流降到接近于零●导通条件：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流●维持导通条件：阳极电流大于维持电流当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。

当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才会开通。

当晶闸管导通，门极失去作用。

●主要参数：额定电压、额定电流的计算，元件选择第三章●整流电路1.电路分类：单相----单相半波可控整流电路单相整流电路、桥式（全控、半控）、单相全波可控整流电路单相桥式（全控、半控）整流电路三相----半波、●桥式（●全控、半控）2.负载：电阻、电感、●电感+电阻、电容、●反电势3.电路结构不同、负载不同→●输出波形不同→●电压计算公式不同→→单相电路1.●变压器的作用：变压、隔离、抑制高次谐波（三相、原副边→星/三角形接法）2.●不同负载下，整流输出电压波形特点1）电阻→电压、电流波形相同2）电感→电压电流不相同、电流不连续，存在续流问题3）反电势→停止导电角3.●二极管的续流作用1）防止整流输出电压下降2）防止失控4.●保持电流连续→●串续流电抗器，●计算公式5.电压、电流波形绘制，电压、电流参数计算公式→→三相电路1.共阴极接法、共阳极接法2.触发角ā的确定3.宽脉冲、双窄脉冲4.●电压、电流波形绘制→●电压、电流参数计算公式5.变压器漏抗对整流电流的影响→●换相重叠角产生原因→计算方法6.整流电路的谐波和功率因数→→●逆变电路1.●逆变条件→●电路极性→●逆变波形2.●逆变失败原因→器件→触发电路→交流电源→换向裕量3.●防止逆变失败的措施4.●最小逆变角的确定→→触发电路1.●触发电路组成2.工作原理3.触发电路定相第四章逆变电路1.●逆变电路分类：把直流变成交流电称为逆变，当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变2.●换流方式分类：器件（利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流）→电网（由电网提供换流电压称为电网换流，不是用于没有交流电网的无源逆变电路）→负载（有负载提供换流电压称为负载换流）→强迫（设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反压电流的换流方式叫强迫换流，强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也叫电容换流）3.电压型逆变电路：单相、三相4.电流型逆变电路：单相、三相第五章直流-直流变换电路斩波电路→●降压斩波：●工作原理、●计算方法→●升压斩波：●工作原理、●计算方法第六章交流-交流变换电路1.●交流-交流变换电路：→●交流调压电路→●交流调功电路2.交-交变频电路：单相、●三相交-交变频电路→公共交流母线进线方式→输出星形联接方式●交-交变频电路的主要特点●优缺点第七章 PWM控制技术1.基本原理：冲量定理PWM→ SPWM2.●控制方式：计数法：调制法：●调制方法：→●异步调制：→●同步调制：3.●采样方式：→●自然采样：→●规则采样：第八章软开关技术1.软开关与硬软开关2.●零电压开关与零电流开关●零电压开通●零电流关断3.●软开关分类：准谐振电路、零开关PWM电路、零转换PWM电路4.典型的软开关电路5.●软开关技术的发展与趋势第九章电力电子器件应用及共性问题1.器件驱动：电气隔离●晶闸管触发电路典型的触发电路2.器件的保护:→●过电压产生及过电压保护→●过电流产生及过电流保护→●缓冲电路----又称吸收电路3.器件的串、并联串联→解决均压问题→静态、动态并联→解决均流问题→静态、动态第十章电力电子器件应用1.V-M系统中应用→V-M系统的机械特性：●电流连续→机械特性为一组平行线；●电流断续→理想空载转速上升；→机械特性变软；→随着控制角α的增加，进入断续区的电流加大。

电力电子技术知识点《电力电子技术》课程知识点分布（供学生平时课程学习、复习用，●为重点）第一章绪论1.电力电子技术：信息电子技术----信息处理，包括：模拟电子技术、数字电子技术电力电子技术----电力的变换与控制2. ●电力电子技术是实现电能转换和控制，能进行电压电流的变换、频率的变换及相数的变换。

第二章电力电子器件1.电力电子器件分类：不可控器件：电力二极管可控器件：全控器件----门极可关断晶闸管GTO→电力晶体管GTR→场效应管电力PMOSFET→绝缘栅双极晶体管IGBT→及其他器件☆半控器件----晶闸管●阳极A阴极K 门极G2.晶闸管1）●导通：当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触电电流的情况晶闸管才能开通。

●关断：外加电压和外电路作用是流过晶闸管的电流降到接近于零●导通条件：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流●维持导通条件：阳极电流大于维持电流当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。

当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才会开通。

当晶闸管导通，门极失去作用。

●主要参数：额定电压、额定电流的计算，元件选择第三章●整流电路1.电路分类：单相----单相半波可控整流电路单相整流电路、桥式（全控、半控）、单相全波可控整流电路单相桥式（全控、半控）整流电路三相----半波、●桥式（●全控、半控）2.负载：电阻、电感、●电感+电阻、电容、●反电势3.电路结构不同、负载不同→●输出波形不同→●电压计算公式不同→→单相电路1.●变压器的作用：变压、隔离、抑制高次谐波（三相、原副边→星/三角形接法）2.●不同负载下，整流输出电压波形特点1）电阻→电压、电流波形相同2）电感→电压电流不相同、电流不连续，存在续流问题3）反电势→停止导电角3.●二极管的续流作用1）防止整流输出电压下降2）防止失控4.●保持电流连续→●串续流电抗器，●计算公式5.电压、电流波形绘制，电压、电流参数计算公式→→三相电路1.共阴极接法、共阳极接法2.触发角ā的确定3.宽脉冲、双窄脉冲4.●电压、电流波形绘制→●电压、电流参数计算公式5.变压器漏抗对整流电流的影响→●换相重叠角产生原因→计算方法6.整流电路的谐波和功率因数→→●逆变电路1.●逆变条件→●电路极性→●逆变波形2.●逆变失败原因→器件→触发电路→交流电源→换向裕量3.●防止逆变失败的措施4.●最小逆变角的确定→→触发电路1.●触发电路组成2.工作原理3.触发电路定相第四章逆变电路1.●逆变电路分类：把直流变成交流电称为逆变，当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变2.●换流方式分类：器件（利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流）→电网（由电网提供换流电压称为电网换流，不是用于没有交流电网的无源逆变电路）→负载（有负载提供换流电压称为负载换流）→强迫（设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反压电流的换流方式叫强迫换流，强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也叫电容换流）3.电压型逆变电路：单相、三相4.电流型逆变电路：单相、三相第五章直流-直流变换电路斩波电路→●降压斩波：●工作原理、●计算方法→●升压斩波：●工作原理、●计算方法第六章交流-交流变换电路1.●交流-交流变换电路：→●交流调压电路→●交流调功电路2.交-交变频电路：单相、●三相交-交变频电路→公共交流母线进线方式→输出星形联接方式●交-交变频电路的主要特点●优缺点第七章 PWM控制技术1.基本原理：冲量定理PWM→ SPWM2.●控制方式：计数法：调制法：●调制方法：→●异步调制：→●同步调制：3.●采样方式：→●自然采样：→●规则采样：第八章软开关技术1.软开关与硬软开关2.●零电压开关与零电流开关●零电压开通●零电流关断3.●软开关分类：准谐振电路、零开关PWM电路、零转换PWM电路4.典型的软开关电路5.●软开关技术的发展与趋势第九章电力电子器件应用及共性问题1.器件驱动：电气隔离●晶闸管触发电路典型的触发电路2.器件的保护:→●过电压产生及过电压保护→●过电流产生及过电流保护→●缓冲电路----又称吸收电路3.器件的串、并联串联→解决均压问题→静态、动态并联→解决均流问题→静态、动态第十章电力电子器件应用1.V-M系统中应用→V-M系统的机械特性：●电流连续→机械特性为一组平行线；●电流断续→理想空载转速上升；→机械特性变软；→随着控制角α的增加，进入断续区的电流加大。

电力电子技术第二章总结第一篇：电力电子技术第二章总结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结构电导调制效应(Conductivity Modulation):当正向电流较小时,管压降随正向电流的上升而增加;当正向电流较大时,电阻率明显下降,电导率大大增加的现象｡关键词少子扩散运动空间电荷区(耗尽层､阻挡区､势垒区)结电容CJ:PN结中的电荷量随外加电压而变化,呈现电容效应｡(微分电容)扩散电容CD:扩散电容仅在正向偏置时起作用｡正向电压较高时,扩散电容为结电容主要成分｡势垒电容CB:势垒电容只在外加电压变化时才起作用,外加电压频率越高,势垒电容作用越明显｡在正向偏置时,当正向电压较低时,势垒电容为主｡作用:结电容影响PN结的工作频率,特别是在高速开关的状态下,可能使其单向导电性变差,甚至不能工作｡2.2基本特性静态特性(伏安特性)门槛电压UTO 正向电压降UF反向漏电流是由少子引起的微小而数值定｡动态特性结电容零偏置,正向偏置,反向偏置不能立即转换状态过渡过程正向偏置时延迟时间:td=t1-t0电流下降时间:tf = t2-t1 反向恢复时间:trr= td + tf恢复特性的软度:Sr= tf / td,或称恢复系数,Sr越大恢复特性越软｡由零偏置转换为正向偏置过冲UFP : 原因:1)电导调制效应起作用所需的大量少子需要一定的时间来储存,在达到稳态导通之前管压降较大｡2)正向电流的上升会因器件自身的电感而产生较大压降｡电流上升率越大,UFP越高｡正向恢复时间:tfr2.3主要参数正向平均电流IF(AV)正向压降UF 反向重复峰值电压URRM 最高工作结温TJM 反向恢复时间trr 浪涌电流IFSM2.4主要类型普通二极管(General Purpose Diode)快恢复二极管(Fast Recovery Diode,FRD)肖特基二极管(Schottky Barrier Diode, SBD)3半控型器件——晶闸管(Silicon Controlled Rectifier,SCR)3.1结构和工作原理内部是PNPN四层半导体结构如图a)P1 区引出阳极A､N2 区引出阴极K､ P2 区引出门极G 工作原理可以用双晶体管模型解释如右图b)｡工作过程关键词: IG V2 Ic2 Ic1 正反馈触发门触发电路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过高光触发结温较高只有门极触发是最精确､迅速而可靠的控制手段｡3.2基本特性静态特性正常工作特性当晶闸管承受反向电压时,不论门极是否有触发电流,晶闸管都不会导通｡当晶闸管承受正向电压时,仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通｡晶闸管一旦导通,门极就失去控制作用,不论门极触发电流是否还存在,晶闸管都保持导通｡若要使已导通的晶闸管关断,只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下｡伏安特性如右图所示包括正向特性和反向特性正向转折电压Ubo 维持电流IH反向最大瞬态电压URSM 反向重复峰值电压URRM 断态重复峰值电压UDRM 断态最大瞬时电压UDSM动态特性如右图所示延迟时间td(0.5~1.5μs)上升时间tr(0.5~3μs)开通时间tgt=td+tr 反向阻断恢复时间trr 正向阻断恢复时间tgr 关断时间tq=trr+tgr3.3主要参数(包括电压定额和电流定额)电压定额断态重复峰值电压UDRM 反向重复峰值电压URRM 通态(峰值)电压UT通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压｡选用时,一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍｡电流定额通态平均电流 IT(AV)维持电流IH 擎住电流 IL 浪涌电流ITSM 动态参数开通时间tgt和关断时间tq 断态电压临界上升率du/dt 通态电流临界上升率di/dt3.4晶闸管的派生器件快速晶闸管(Fast Switching Thyristor, FST)双向晶闸管(Triode AC Switch——TRIAC or Bidirectional Triode Thyristor)逆导晶闸管(Reverse Conducting Thyristor, RCT)光控晶闸管(Light Triggered Thyristor, LTT)典型全控型器件4门极可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor, GTO)晶闸管的一种派生器件,但可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断,因而属于全控型器件｡4.1结构与工作原理其结构原理可以参考晶闸管数十个甚至数百个小GTO单元4.2基本特性静态特性和普通晶闸管类似动态特性储存时间ts 下降时间tf 尾部时间tt4.3主要参数最大可关断阳极电流IATO 电流关断增益βoff 开通时间ton 关断时间toff5电力晶体管(Giant Transistor, GTR)5.1结构和工作原理与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的｡最主要的特性是耐压高､电流大､开关特性好｡达林顿接法单元结构并联三层半导体两个PN结5.2基本特性右图所示静态特性右图所示动态特性右图所示5.3主要参数电流放大倍数β直流电流增益hFE集电极与发射极间漏电流Iceo 集电极和发射极间饱和压降Uces开通时间ton和关断时间toff 最高工作电压BUceo:基极开路时集电极和发射极间的击穿电压实际使用GTR时,为了确保安全,最高工作电压要比BUceo低得多｡集电极最大允许电流IcM集电极最大耗散功率PcM6电力场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor FET, MOSFET)6.1结构和工作原理SDDGN+PN+N+沟道PN+N-GGN+SSDN沟道P沟道a)b)6.3基本特性图1-19静态特性动态特性MOSFET的开关速度和其输入电容的充放电有很大关系,可以降低栅极驱动电路的内阻Rs,从而减小栅极回路的充放电时间常数,加快开关速度｡6.4主要参数跨导Gfs､开启电压UT以及开关过程中的各时间参数｡漏极电压UDS漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM栅源电压UGS极间电容 CGS､CGD和CDS｡漏源间的耐压､漏极最大允许电流和最大耗散功率决定了电力MOSFET的安全工作区｡7绝缘栅双极晶体管(Insulated-gate Bipolar Transistor, IGBT or IGT)综合了GTR和MOSFET的优点场控器件7.1结构和工作原理内部结构图其开通和关断是由栅极和发射极间的电压UGE决定的｡7.2基本特性静态特性转移特性输出特性动态特性开通过程开通延迟时间td(on)电流上升时间tr 电压下降时间tfv 开通时间ton= td(on)+tr+tfvtfv分为tfv1和tfv2两段｡关断过程关断延迟时间td(off)电压上升时间trv 电流下降时间tfi关断时间toff = td(off)+trv+tfitfi分为tfi1和tfi2两段7.3主要参数最大集射极间电压UCES 最大集电极电流最大集电极功耗PCM 8其他新型电力电子器件MOS控制晶闸管MCT 静电感应晶体管SIT 静电感应晶闸管SITH 集成门极换流晶闸管IGCT基于宽禁带半导体材料的电力电子器件第二篇：电力电子技术总结电力电子技术总结1晶闸管是三端器件，三个引出电极分别是阳极，门极和阴极。

电⼒电⼦技术（第⼆版）第2章答案第2章可控整流器与有源逆变器习题解答2-1具有续流⼆极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Q ，电感为0.2H ，电源电压U 2为220V ，直流平均电流为10A ，试计算晶闸管和续流⼆极管的电流有效值，并指出其电压定额。

解：由直流输出电压平均值U d 的关系式：已知直流平均电流I d 为10A ，故得：U d ⼆ |d R = 10 5 = 50A可以求得控制⾓a 为：则 a =90°所以，晶闸管的电流有效值求得，［兀“ ⼘_兀/1|VT = ，- 「I d ⽅(GO t )=冷 ----- ⼱=J -------- |d = — |d = 5AY 2兀a Y 2兀 V 2兀 2hi + a续流⼆极管的电流有效值为：IvDR=I d = 8.66A晶闸管承受的最⼤正、反向电压均为电源电压的峰值 U M ~2U 2 ,考虑2~3倍安全裕量，晶闸管的额定电压为U TN = 2~3U M = 2~3311 =622 ~ 933V续流⼆极管承受的最⼤反向电压为电源电压的峰值 U M 2U 2 ,U d ⼆ 0.45U 21 cos ：2cos ：2U d 0.45U 22 50 0.45 220考虑2~3倍安全裕量，续流⼆极管的额定电压为2-2具有变压器中⼼抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所⽰, 问该变压器是否存在直流磁化问题。

试说明晶闸管承受的最⼤反向电压是多少？当负载是电阻或者电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。

解：因为单相双半波可控整流电路变压器⼆次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的⽅向相反，波形对称，其⼀个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。

分析晶闸管承受最⼤反向电压及输出电压和电流波形的情况：（1）以晶闸管VT2为例。

当VT导通时，晶闸管VT2通过VT i与2个变压器⼆次绕组并联，所以VT2承受的最⼤电压为2. 2U2。

第二章整流电路整流----AC 变为DC器件角度： 不可控、半控型、全控型 电路结构：桥式和零式电路输入相数：单相和多相电路2.1单相可控整流电路单相半波可控整流电路单相桥式全控整流电路（单相全控桥整流电路）单相全波可控整流电路（单相双半波可控整流电路）单相桥式半控整流电路2.1.1单相半波可控整流电路一、纯电阻负载a.工作原理（波形） 半波和全波的区分！b.数量关系设：u 2=U 2sin ωt2●整流输出直流电压平均值U d =0.45U 2·2cos 1α+●整流输出电压的有效值U=U 2παπαπ4sin22＋－●负载直流电流的平均值 (=晶闸管电流的平均值)I d =Rd U ●负载电流的有效值I(=晶闸管电流的有效值=电源电流有效值I 2)＝R2U παπαπ4sin22＋－●晶闸管承受的正、反向峰值电压分别为U 22●电源的视在功率S= U 2·I 2●电路的功率因数cos ==ϕ22I U I U **2U U 导通角θ＝π－αc.举例（自学辅导P-40页）二、阻抗性负载1.无续流二极管时电感线圈既是储能元件，又是电流的滤波元件，它使负载电流波形平滑。

当ωt=ωt 1=α时，SCR 导通，负载电压突变，但电流不能突变；当ωt 1<ωt≤ωt 2时，i d 由零增大，到ωt 2时，i d 到达最大。

u L =0,u2=i d R=u R此期间u2向R 提供有功功率,同时向L 提供磁场能量的无功功率;当ωt 2<ωt≤ωt 3时，i d 的减小滞后于u2的减小。

R 所消耗的能量部分来自u2, 部分来自L 释放的能量；当ωt 3<ωt<ωt 4时，因u L 大于u2,SCR 正向受压，仍导通。

L 所释放的能量部分供给R ，部分回馈给u2;当ωt=ωt 4时，i d =0,SCR 关断。

注意：（1）电感性负载时，计算较为复杂；（2）但纯电感（X L ≥10R ）负载时： U d =0,负载电流：i d =0 0<ωt<α及2π－α<ωt<2πi d =U 2(cos α-cosωt) α<ωt<2π-αLω2(ωt＝π时i d 达到最大) 导通角：θ＝2π－2α 平均电流：2.有续流二极管时a. 工作原理（波形）b.数量关系●整流输出直流电压平均值U d =0.45U 2·2cos 1α+●负载电流的平均值I d =RdU ●续流二极管中电流的平均值I dVD =·I dπαπ2+●续流二极管中电流的有效值I VD =dI παπ2＋●晶闸管电流的平均值I dVT =·I dπαπ2-●晶闸管电流的有效值I VT =dI παπ2-●晶闸管承受的正、反向峰值电压均为U 22●电源电流有效值I 2=I dVT●电路的功率因数cos ＝＝ϕ22dd I U I U **）－（＋αππαcos 1小结：2.1.2单相桥式全控整流电路一、电阻负载a.工作原理（波形）b.数量关系设：u 2=U 2sin ωt导通角：θ＝π－α2·整流输出直流电压平均值U d =0.9U 2·2cos 1α+·整流输出电压的有效值·负载直流电流的平均值I d =Rd U ·负载电流的有效值I ·晶闸管电流的平均值I dVT =0.5 I d·晶闸管电流的有效值I VT =I21·晶闸管承受的正、反向峰值电压分别为和U 2222U 2·电源电流有效值·电源的视在功率·电路的功率因数二、阻感（大电感）性负载1. 不加续流二极管 导通角：θ＝πα小于90。

第二章电力电子器件电子技术（模拟电子电路和数字电子电路）*电力电子技术就是实现电能的变换和控制*一般电路分为一次电路和二次电路，一次电路是主电路，二次电路是控制电路，电力电子器件通常在一次电路/主电路中。

*电真空器件：晶闸管问世前的水银整流器（汞弧整流器）都属于此类→基本淘汰了半导体器件：现在使用的，基本都是半导体器件，所以通常把电力电子器件也叫电力半导体器件。

（如手机里的芯片，也是用硅制作的集成电路）*信息电路的电子器件，能处理各种不同的信息，能放大、变换，但处理电功率的能力都不大，流过的电流，承受的电压都比较小，主要用来处理信息（微弱的信号），而一般电力电子器件，处理电功率的能力远大于信息的电子器件。

*处理信息的电子器件，有很多器件在模拟电路中，可能工作在放大状态，而电力电子器件，一般都是开关状态，若放大状态，管子承受的电压比较高，电流比较大，损耗比较大，发热会损坏。

所以，一般要么电压高，电流很小；要么电流大，而通态压降低，损耗不会太大。

*电力电子器件一般都有一个门极或控制极，通过信息电路来控制。

（电力电子器件的驱动，需要控制电路来控制，所以。

）*电力电子器件即使不工作在放大状态，损耗相对来说也比较大，会发热，所以要安装散热器，防止器件烧坏。

（书P11）损耗的组成：●通态损耗：管子处于导通时的损耗，管子有管压降，流过比较大的电流，例：100A的电流流过管子，有1V的管压降，100W的损耗就会发热，就要安装散热器。

●断态损耗：断开时的损耗，理想情况下，断开时，应该是没有电流流过，没有损耗，但实际上，存在漏电流，漏电流一般比较小，所以断态损耗所占比例比较小。

（任何情况下，所占比重都不大）●开关损耗：开通或关断过程中的损耗，任何电力电子开关，开通或断开都不是瞬时完成，有一个过程，例：从断到通，电压从高到低，电流从小到大，在这个过程中，电流和电压都不高也不低，两个想乘，数值也不小，所以开关损耗的功率比较大，时间非常短。

2-1.一个开关器件的数据表的详细开关时间如下（对应图2.7(a)）所示固定感应开关的线性特性）：t ri =100ns ，t fv =50ns ，t rv =100ns ，t fi =200ns 。

试计算当频率范围为25~100khz 时的开关能量损失，并绘图。

假设图2.7(a)的电路中U d =300V ，I 0=4A 。

解：(1)先求出25s f kH z =时的开关能量损失T P 1)开关损耗：由： 7()150 1.510c on ri fv t t t ns s -=+==⨯7()300310c off rv fi t t t ns s -=+==⨯4()() 4.510s on off t tc tc s -=+=⨯得：470113004 2.510 4.5106.7522s d S s P U I f t w-=∙∙∙=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=2)导通损耗：000on on on on s sU Vt P U I f t =∴=∙∙∙=3)关断损耗：01 4.52offd s off P U I f t w=∙∙∙=开关的平均能量损耗： 6.75T s o n s P P P P w =+== 开关损耗如图2-1(2)同理：当100s f K H z =时： 1)开关损耗：由： 7()150 1.510c on ri fv t t t ns s -=+==⨯7()300310c off rv fi t t t ns s -=+==⨯4()() 4.510s on off t tc tc s -=+=⨯570113004110 4.5102722s d S s P U I f t w-=∙∙∙=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=2)导通损耗：000on on on on s sU Vt P U I f t =∴=∙∙∙=3)关断损耗：01182offd s off P U I f t w=∙∙∙=开关的平均能量损耗： 27T s on s P P P P w =+== 开关损耗如图2-2图2-1 图2-22-2.在下图的开关电路中，有U d =300V ，f V =100kHz ，R =75Ω。