1、精品電力電子器件電力電子器件 （Power Electronic Device）是指可直接用于處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。主電路 ：在電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路。電力電子器件的特征所能處理電功率的大小，也就是其承受電壓和電流的能力，是其最重要的參數(shù)，一般都遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。為了減小本身的損耗，提高效率，一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。由信息電子電路來控制,而且需要驅(qū)動(dòng)電路。自身的功率損耗通常仍遠(yuǎn)大于信息電子器件，在其工作時(shí)一般都需要安裝散熱器。電力電子器件的功率損耗斷態(tài)損耗通態(tài)損耗：是電力電子器件功率損耗的主要成因。開關(guān)損耗：當(dāng)器件的開關(guān)頻率

2、較高時(shí)，開關(guān)損耗會(huì)隨之增大而可能成為器件功率損耗的主要因素。分為開通損耗和關(guān)斷損耗。電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中，一般是由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個(gè)系統(tǒng)。電力電子器件的分類按照能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度-可編輯 -精品半控型器件：指晶閘管（Thyristor）、快速晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、光控晶閘管、雙向晶閘管。全控型器件： IGBT、 GTO 、 GTR、MOSFET 。不可控器件：電力二極管（Power Diode）、 整流二極管。按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)電流驅(qū)動(dòng)型：通過從控制端注入或者抽出電流來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。Thyrister， GTR，GTO 。電壓驅(qū)動(dòng)型

3、：僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。電力 MOSFET ， IGBT ，SIT。按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形（電力二極管除外）脈沖觸發(fā)型：通過在控制端施加一個(gè)電壓或電流的脈沖信號(hào)來實(shí)現(xiàn)器件的開通或者關(guān)斷的控制。晶閘管， SCR， GTO 。電平控制型：必須通過持續(xù)在控制端和公共端之間施加一定電平的電壓或電流信號(hào)來使器件開通并維持在通斷狀態(tài)。GTR，MOSFET ， IGBT 。按照載流子參與導(dǎo)電的情況單極型器件：由一種載流子參與導(dǎo)電。MOSFET 、 SBD （肖特基勢壘二極管）、SIT 。雙極型器件：由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電。電力二極管， PN 結(jié)整流管，

4、SCR，GTR，GTO 。復(fù)合型器件：由單極型器件和雙極型器件集成混合而成，也稱混合型器件。IGBT ，MCT 。GTO ：門極可關(guān)斷晶閘管。SITH （ SIT ）：靜電感應(yīng)晶體管。-可編輯 -精品GTR：電力晶體管。MCT ： MOS 控制晶體管。ITBT：絕緣柵雙極晶體管。MOSFET ：電力場效應(yīng)晶體管。電力二極管二極管的基本原理 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)PN 結(jié)外加正向電壓（正向偏置）時(shí)，在外電路上則形成自P 區(qū)流入而從N 區(qū)流出的電流，稱為正向電流IF，這就是 PN 結(jié)的正向?qū)顟B(tài)。當(dāng) PN 結(jié)外加反向電壓時(shí)（反向偏置）時(shí)，反向偏置的PN 結(jié)表現(xiàn)為高阻態(tài)，幾乎沒有電流流過，被稱為反

5、向截止?fàn)顟B(tài)。 PN 結(jié)具有一定的反向耐壓能力，但當(dāng)施加的反向電壓過大，反向電流將會(huì)急劇增大，破壞PN 結(jié)反向偏置為截止的工作狀態(tài)，這就叫反向擊穿。按照機(jī)理不同有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式，反向擊穿發(fā)生時(shí)，采取了措施將反向電流限制在一定范圍內(nèi)， PN 結(jié)仍可恢復(fù)原來的狀態(tài)，否則PN 結(jié)因過熱而燒毀，這就是熱擊穿。齊納擊穿和雪崩擊穿區(qū)別：齊納擊穿可恢復(fù)，齊納二極管（穩(wěn)壓二極管）擊穿后可以自愈，是一種正常的工作狀態(tài)，齊納二極管就工作在齊納擊穿區(qū)。雪崩擊穿不可恢復(fù)，是一種非正常的工作狀態(tài)，一旦二極管工作在雪崩擊穿區(qū)，該二極管即已損壞報(bào)廢，表現(xiàn)為短路，失去半導(dǎo)體特性。當(dāng)齊納二極管的反向擊穿電流超過其允許

6、的最大擊穿電流數(shù)倍時(shí)，齊納二極管也會(huì)發(fā)生雪崩擊穿，現(xiàn)象是二極管短路報(bào)廢。PN 結(jié)的電容效應(yīng)稱為結(jié)電容CJ，又稱為微分電容。按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢壘電容CB 和擴(kuò)散電容CD 。勢-可編輯 -精品壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用，外加電壓頻率越高，勢壘電容作用越明顯。在正向偏置時(shí)，當(dāng)正向電壓較低時(shí)，勢壘電容為主。擴(kuò)散電容僅在正向偏置時(shí)起作用。正向電壓較高時(shí)，擴(kuò)散電容為結(jié)電容主要成分。結(jié)電容影響PN 結(jié)的工作頻率，特別是在高速開關(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾睿踔敛荒芄ぷ?。電力二極管的主要參數(shù)正向平均電流IF(AV) ：指電力二極管長期運(yùn)行時(shí)，在指定的管殼溫度（簡稱殼溫，用TC 表示）和

7、散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。IF(AV) 是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來選取電流定額，并應(yīng)留有一定裕量。正向壓降UF：指電力二極管在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降。反向重復(fù)峰值電壓URRM ：指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓。使用時(shí)， 應(yīng)當(dāng)留有兩倍的裕量。最高工作結(jié)溫TJM ：結(jié)溫是指管芯PN 結(jié)的平均溫度，用TJ 表示。最高工作結(jié)溫是指在PN 結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度。TJM 通常在 125 175C 范圍之內(nèi)。反向恢復(fù)時(shí)間trr浪涌電流IFSM ：指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾

8、個(gè)工頻周期的過電流。電力二極管的主要類型普通二極管（ General Purpose Diode）：又稱整流二極管（Rectifier Diode），多用于開關(guān)頻率不高（ 1kHz 以下）的整流電路中。其反向恢復(fù)時(shí)間較長，一般在5s 以上。其正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到很高。-可編輯 -精品快恢復(fù)二極管（Fast Recovery Diode FRD ）：恢復(fù)過程很短，特別是反向恢復(fù)過程很短（一般在 5s 以下）。快恢復(fù)外延二極管（ Fast Recovery Epitaxial Diodes FRED） ，采用外延型 P-i-N結(jié)構(gòu)，其反向恢復(fù)時(shí)間更短（可低于50ns ），正向壓降也很

9、低（0.9V 左右）。從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長，后者則在100ns以下，甚至達(dá)到 2030ns 。肖特基二極管（Schottky Barrier Diode SBD ）：屬于多子器件。優(yōu)點(diǎn)在于：反向恢復(fù)時(shí)間很短（ 1040ns ），正向恢復(fù)過程中也不會(huì)有明顯的電壓過沖；在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管；因此，其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高。弱點(diǎn)在于：當(dāng)所能承受的反向耐壓提高時(shí)其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求，因此多用于200V 以下的低壓場合；反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略

10、，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度。半控型器件晶閘管靜態(tài)特性正常工作時(shí)的特性：當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導(dǎo)通。若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。主要參數(shù)電壓定額斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM ：是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓，國標(biāo)規(guī)定斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM為斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓（即斷態(tài)最大瞬時(shí)電壓）UDSM的 90% 。-可

11、編輯 -精品斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓應(yīng)低于正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo 。反向重復(fù)峰值電壓URRM ：是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。規(guī)定反向重復(fù)峰值電壓URRM 為反向不重復(fù)峰值電壓（即反向最大瞬態(tài)電壓）URSM 的 90% 。反向不重復(fù)峰值電壓應(yīng)低于反向擊穿電壓。通態(tài)（峰值）電壓UT ：晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。通常取晶閘管的 UDRM和 URRM 中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。選用時(shí)，一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓23倍。電流定額通態(tài)平均電流IT(AV ：國標(biāo)規(guī)定通態(tài)平均電流為晶閘管在環(huán)境溫度為40C 和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下

12、，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時(shí)所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。按照正向電流造成的器件本身的通態(tài)損耗的發(fā)熱效應(yīng)來定義的。一般取其通態(tài)平均電流為按發(fā)熱效應(yīng)相等（即有效值相等）的原則所得計(jì)算結(jié)果的1.52倍。維持電流IH ：維持電流是指使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安。結(jié)溫越高，則 IH 越小。擎住電流IL：擎住電流是晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后，能維持導(dǎo)通所需的最小電流。約為 IH 的24倍浪涌電流ITSM ：指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流。動(dòng)態(tài)參數(shù)開通時(shí)間tgt 和關(guān)斷時(shí)間tq-可編輯 -精品斷態(tài)電壓臨界上升率du/d

13、t：在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率。電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通。通態(tài)電流臨界上升率di/dt：在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率。如果電流上升太快，可能造成局部過熱而使晶閘管損壞。晶閘管的派生器件快速晶閘管（ Fast Switching Thyristor FST）：有快速晶閘管和高頻晶閘管?？焖倬чl管的開關(guān)時(shí)間以及du/dt和 di/dt的耐量都有了明顯改善。從關(guān)斷時(shí)間來看，普通晶閘管一般為數(shù)百微秒，快速晶閘管為數(shù)十微秒，而高頻晶閘管則為10s 左右。高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額都不易

14、做高。由于工作頻率較高，選擇快速晶閘管和高頻晶閘管的通態(tài)平均電流時(shí),不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。雙向晶閘管（Triode AC Switch TRIAC 或 Bidirectional triode thyristor）：可以認(rèn)為是一對(duì)反并聯(lián)的普通晶閘管的集成。門極使器件在主電極的正反兩方向均可觸發(fā)導(dǎo)通，在第和第III 象限有對(duì)稱的伏安特性。雙向晶閘管通常用在交流電路中，因此不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。逆導(dǎo)晶閘管（ Reverse Conducting Thyristor RCT）：是將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件，不具有承受反向電壓的能力，一旦承受反向電

15、壓即開通。具有正向壓降小、關(guān)斷時(shí)間短、高溫特性好、額定結(jié)溫高等優(yōu)點(diǎn)，可用于不需要阻斷反向電壓的電路中。光控晶閘管（ Light Triggered Thyristor LTT）：是利用一定波長的光照信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。由于采用光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，而且可以避免電磁干擾的影響，因此光控晶閘管目前在高壓大功率的場合。典型全控型器件門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管。-可編輯 -精品優(yōu)缺點(diǎn)電力二極管：結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠；晶閘管：承受電壓和電流容量在所有器件中最高；IGBT ：開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小；缺點(diǎn)：開關(guān)速度低于電力MOSFET, 電壓，電流容量不及GTO ；GTR：耐壓高，電流大，開關(guān)特性好