电力电子技术概述PPT课件目录
•电力电子技术基本概念•电力电子器件•电力电子变换技术•电力电子系统分析与设计•典型应用案例剖析•发展趋势与挑战01电力电子技术基本概念
它涉及到电力、电子、控制等多
个领域，是现代电力工业的重要
组成部分。
电力电子技术的核心是对电能进
行高效、可靠、可控的转换，以满足各种用电设备的需求。电力电子技术是一门研究利用半导体器件对电能进行转换和控制
的学科。电力电子技术定义从早期的整流器、逆变器到现在的高频开关电源、智能电网等，电力电子技术经历了多个发展阶
段。发展历程目前，电力电子技术已经广泛应用于工业、交通、通信、家电等各个领域，成为现代社会不可或缺的一部分。现状
随着新能源、智能电网等技术的不断发展，电力电子技术的应用前景将更加广阔。
未来趋势发展历程及现状
工业领域
电机驱动、电力系统自动
化、工业加热等。
电动汽车、高速铁路、航
空航天等。通信电源、数据中心、云计算等。变频空调、LED照明、智能家居等。随着新能源技术的不断发展，电力电子技术在太阳能、风能等领域的应用将更加广泛；同时，智能电网的建设也将为电力电子技术的发展提供新的机遇。交通领域家电领域
前景展望
通信领域应用领域与前景02电力电子器件电力二极管（Power Diode
）
结构简单，工作可靠
导通和关断不可控不可控器件主要用于整流电路
晶闸管（
Thyristor
）
四层半导体结构，三个电极不可控器件导通可控，关断不可控
主要用于相控整流电路不可控器件可关断晶闸管（
GTO
）
通过门极负脉冲可使其关断
关断时间较长，需要较大的关断电流半控型器件主要用于大容量场合电力晶体管（GTR
）
电流驱动的双极型晶体管半控型器件导通和关断可控，但驱动电路复杂
主要用于中等容量场合半控型器件电力场效应晶体管（PowerMOSFET）
电压驱动的单极型晶体管导通电阻小，开关速度快全控型器件03结合了MOSFET和GTR
的优点01主要用于中小容量场合
02绝缘栅双极型晶体管（IGBT
电力电子技术完整
版全套PPT电子课
件
目录contents•电力电子技术概述
•电力电子器件
•电力电子电路
•电力电子技术的控制策略
•
电力电子技术的实验与仿真
01
电力电子技术概述电力电子技术是一门研究利用半导
体器件对电能进行变换和控制的科
学。定义
从早期的整流器、逆变器到现在的
高频开关电源、智能电网等，电力
电子技术经历了多个发展阶段。
发展历程电力电子技术的定义与发展电力电子技术的应用领域
如太阳能、风能等可再
生能源的转换与利用。如电动汽车、电动自行
车等电机驱动系统的控
制。如智能电网、分布式发
电等电力系统的优化与
控制。如变频器、伺服系统等
工业自动化设备的控制。能源转换电机驱动电力系统工业自动化高效率、高功率密度
智能化、数字化绿色化、环保化
多学科交叉融合电力电子技术的未来趋势
随着半导体器件性能的提升，电
力电子设备的效率将更高，功率
密度将更大。随着环保意识的提高，电力电子
设备将更加注重绿色化、环保化
设计。
随着人工智能、大数据等技术的
发展，电力电子设备的控制将更
加智能化、数字化。电力电子技术与材料科学、计算
机科学等多学科的交叉融合将更
加紧密。
02
电力电子器件
晶闸管（Thyristor）
四层半导体结构，具有三个极
可控的单向导电性，用于可控整流电路电力二极管（Power Diode）
结构简单、工作可靠
具有单向导电性，可用于整流电路0104
0205
03
06不可控器件半控型器件
电力晶体管（Giant Transistor，
GTR
）具有耐压高、电流大、开关特性
好等优点通过在门极施加负脉冲使其关断
电流控制型器件，通过控制基极
电流来控制集电极电流可关断晶闸管（Gate Turn-Off
Thyristor，GTO）具有可控的开关特性，适用于高
电压、大电流场合
01电力场效应晶体管（Power
MOSFET
）02电压控制型器件，通过控制栅源
电压来控制漏极电流03具有开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好等优点
04绝缘栅双极型晶体管
（Insulated Gate Bipolar
驱动电路得比较
电力电子器件得驱动电路就是电力电子主电路与控制电路之间得接口 ，就是
电力电子装置得重要环节，对整个装置得性能有很大得影响。电力电子器件对驱 动电路得一般性要求
① 驱动电路应保证器件得充分导通与可靠关断以减低器件得导通与开关损耗。
② 实现与主电路得电隔离 。
③ 具有较强得抗干扰能力，目得就是防止器件在各种外扰下得误开关。
④ 具有可靠得保护能力 当主电路或驱动电路自身出现故障时 （如过电流与驱
动电路欠电压等），驱动电路应迅速封锁输出正向驱动信号并正确关断器件以保障
器件得安全。
按照驱动电路加在电力电子器件控制端与公共端之间信号得性质 ，可以将电力电
子器件分为电流驱动型与电压驱动型两类。晶闸管就是半控型器件 ，一般其驱动 电路成为触发电路，下面分别分析晶闸管得触发电路，GTO、GTR、电力MOSFET 与IGBT得驱动电路。
1晶闸管得触发电路
晶闸管得触发电路得工作原理如下 ：
1由V1、V2构成得脉冲放大环节与脉冲变压器 TM与附属电路构成得脉冲输出 环节两部分组成。
2当VI、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管得门极与阴极之间输出触发脉冲。
3 VD1与R3就是为了 VI、V2由导通变为截止时脉冲变压器 TM释放其储存得 能量而设得。
4为了获得触发脉冲波形中得强脉冲部分，还需适当附加其它电路环节。
晶闸管得触发电路特点：触发脉冲宽度要保证晶闸管可靠导通，有足够得幅值也不
能超过晶闸管门级得电压、电流与功率定额等参数。 2 GTO驱动电路GTO寻开通控制与普通晶闸管相似，下图为典型得直接耦合式 GTCB动电路，其工
作原理可分析如下：
1 电路得电源由高频电源经二极管整流后提供,VD1与C1提供+5V电压,VD2、
VD3 C2 C3构成倍压整流电路提供+15V电压,VD4与C4提供-15V电压。
2 V1 开通时,输出正强脉冲;V2开通时,输出正脉冲平顶部分；
驱动电路要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离。光隔离一般采用光耦合器,有普通、高速和高传输比三种类型。磁隔离的元件通常是脉冲变压器.
驱动电路的分类:分为电流驱动型和电压驱动型两类。
驱动电路具体形式可为分立元件的，但目前的趋势是采用专用集成驱动电路。
晶闸管的触发电路：
过电流分过载和短路两种情况
过电流保护措施及其配置位置:快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器是较为常用的措施.
缓冲电路又称为吸收电路，其作用是抑制电力电子器件的内因过电压、
du/dt或者过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。
分类1：关断缓冲电路和开通缓冲电路
分类2：耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路
晶闸管的串联：
静态不均压问题
由于器件静态特性不同而造成的均压问题。为达到静态均压，首先应选用参数和特性尽量一致的器件，此外可以采用电阻均压。
动态不均压问题
由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压问题。为达到动态均压，首先应选择动态参数和特性尽量一致的器件，另外还可以用RC并联支路作动态均压；
对于晶闸管来讲，采用门极强脉冲触发可以显著减小器件开通时间上的差异。
晶闸管的并联：
均流的首要措施是挑选特性参数尽量一致的器件，此外还可以采用均流电抗器；同样，用门极强脉冲触发也有助于动态均流。
电力MOSFET的并联
Ron具有正温度系数，具有电流自动均衡能力，容易并联。 选用Ron、UT、Gfs和Ciss尽量相近的器件并联。
电路走线和布局应尽量对称。
可在源极电路中串入小电感起到均流电抗器的作用。
IGBT的并联：
在1/2或1/3额定电流以下的区段，通态压降具有负温度系数；在以上的区段则具有正温度系数；也具有一定的电流自动均衡能力，易于并联使用。
在器件参数和特性选择、电路布局和走线、散热条件等方面也应尽量一致。
9-2为什么要对电力电子主电路和控制电路进行电气隔离？其基本方法有哪些？一是安全，因为主回路和控制回路工作电压等级不一样、电流大小也不一样，各有各的过流保护系统。强电进入弱电系统会对弱电系统造成损坏；二是为了弱电系统的工作稳定性，因为弱电系统尤其模拟量型号很容易受到电磁干扰。
