第二讲+电力电子器件1

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1、电力电子技术PowerElectronicTechnology第一章电力电子器件2.1.1电力电子器件的概念和特征主电路（MainPowerCircuit）—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（PowerElectronicDevice）—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。与信息电子器件相比，电力电子器件具有以下几个特征：1.电力电子器件处理的电功率远大于信息电子器件；故电力电子器件工作于开关状态，相当于电力开关；2.电力电子器件需要信息电子器件和中

2、间电路构成的驱动电路来控制；3.需要缓冲电路和保护电路；4.由于电力电子器件功率损耗较大，为避免因损耗造成的热量使器件损坏，通常要安装散热器。2.1.1电力电子器件的概念和特征2.1.1电力电子器件的概念和特征电力电子器件的重要参数：电压和电流由于电力电子器件处理的电功率较大，为减少本身损耗，电力电子器件一般工作在开关状态。导通时阻抗很小，接近于短路，管压降接近于零；阻断时阻抗很大，接近于断路，电流接近于零。参数中电压指器件在阻断时所能承受的电压；参数中电流指器件在导通时所能通过的电流。例如：某电力电子器件型号为

3、SGH60N80UFD阻断时所能承受的电压为600V，导通时额定电流为80A2.1.1电力电子器件的概念和特征通态损耗是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。主要损耗通态损耗断态损耗开关损耗关断损耗开通损耗电力电子器件的损耗2.1.2应用电力电子器件的系统组成图1-1电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行电气隔离控制电路电力电子系统：由控制电路、驱动

4、电路、保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。2.1.3电力电子器件的分类半控型器件——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。全控型器件——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。不可控器件——不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类：2.1.3电力电子器件的分类按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类：电流驱动型(CurrentDrivingType)——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的

5、控制电压驱动型(VoltageDrivingType)——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电压驱动型器件实际上是通过加在控制端上的电压在器件的两个主电路端子之间产生可控的电场来改变流过器件的电流大小和通断状态，所以又称为场控器件(FieldControlledDevice)，或场效应器件2.1.3电力电子器件的分类按照器件内部电子和空穴两种带电粒子参与导电的情况分为三类：单极型器件(UnipolarDevice)——由一种带电粒子参与导电的器件双极型器件(BipolarDev

6、ice)——由电子和空穴两种带电粒子参与导电的器件复合型器件(ComplexDevice)——由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件电力电子器件的发展史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。晶闸管问世，(“公元元年”)IGBT及功率集成器件出现和发展时代晶闸管时代水银（汞弧）整流器时代电子管问世全控型器件迅速发展时期史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶体管诞生电力电子器件基础_PN结原理完全纯净的、结构完整的半导体晶体称为本征半导体。在常温下

7、，本征半导体可以激发出少量的自由电子，并出现相应数量的空穴，这两种不同极性的带电粒子统称为载流子。用适当的方法在本征半导体内掺入微量的杂质，会使半导体的导电能力发生显著的变化，这种半导体称为杂质半导体。因掺入杂质化合价的不同，杂质半导体分为电子型（N型）半导体和空穴型（P型）半导体两类。多子和少子扩散运动和漂移运动。空间电荷区电力电子器件基础_PN结原理在PN结上外加电压称为对PN结的偏置，P区加正、N区加负为正偏置，反之为反偏置。当PN结正向偏置时，外加电场与PN结的内电场方向相反，内电场被削弱，载流子的漂移运

8、动受到抑制，而扩散运动增强，在外电路上则形成自P区流入而从N区流出的电流，称为正向电流。当PN结反向偏置时，外加电场与PN结内电场方向相同，少子的漂移运动大于多子的扩散运动,形成反向电流，但由于受少数载流子浓度低的限制，反向电流很小。电力电子器件基础_PN结原理PN结具有一定的反向耐压能力，但如果反向电压过大，达到反向击穿电压时，反向电流会急剧增加，破坏PN结反向偏置为截