电力电子器件华北电力大学.ppt

第1章电力电子器件;1.1电力电子器件概述;1.1.1电力电子器件的概念和特征;电力电子器件是功率半导体器件。

1）电力电子器件所能处理电功率的大小，是其最重要的

参数。其处理电功率的能力一般远大于处理信息的电

子器件。

2）电力电子器件因处理电功率较大，为了减小本身的损

耗、提高效率，一般都工作在开关状态。

3）电力电子器件在实际应用中往往由信息电子电路来控

制。信息电子电路是电力电子器件的驱动电路。

4）电力电子器件尽管工作在开关状态，但是自身的功率

损耗通常仍远大于信息电子器件，为了保证不至于因

损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器

件封装上考虑散热设计，而且在其工作时一般都还需

要设计安装散热器。;1.1.2电力电子器件的基本类型;不能用控制信号控制

其通断，不需要驱动电路;3.按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况;1.1.3电力电子器件的模块化与集成化;功率模块;表1-1电力电子器件;1.1.4电力电子器件的应用领域;1.2电力二极管;1.2电力二极管;1.2.1PN结的工作原理;PN结的单向导电性：承受正向电压导通，承受反向电压截止;PN结反向击穿;17;1.2.2电力二极管的结构与基本特性;1.2.2电力二极管的结构与基本特性;零偏置;电力二极管的关断

在tF时刻外加电压突然反向。经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。;注意：电流、电压反向问题过冲

正偏压时，正向偏压降约为1V左右；导通时，二极管看成是理想开关元件，因为它的开通时间很短；

但在关断时，它需要一个反向恢复时间（reverser-recoverytime）。

影响二极管开关速度的主要因素是反向恢复时间。;1.2.3电力二极管的主要参数;1.2.3电力二极管的主要参数;1.2.4电力二极管的主要类型;;;1.3晶闸管及其派生器件;1.3.1晶闸管的结构与工作原理;晶闸管属于电流驱动、双极型、半控型器件，可等效为可控的单向导电开关。;图1-7晶闸管的双晶体管模型及其工作原理

a)双晶体管模型b工作原理);晶闸管工作原理如以下方程所示;晶体管的特性是：在低发射极电流下?是很小的，而当??射极电流建立起来之后，?迅速增大。

阻断状态：IG=0，?1+?2很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。

开通（门极触发）：注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致?1+?2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA（阳极电流）将趋近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。;晶闸管的开通、关断规律：;1.3.2晶闸管的基本特性及主要参数;IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压UDB，则漏电流急剧增大，器件开通。

随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。

导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿。

晶闸管本身的压降很小，在1V左右。

导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。IH称为维持电流。;晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性。

晶闸管处于反向阻断状态时，只有极小的反向漏电流流过。

当反向电压超过一定限度，到反向击穿电压后，外电路如无限制措施，则反向漏电流急剧增加，导致晶闸管反向击穿、损坏。;38;晶闸管的静态参数;晶闸管的静态参数;额定电流、通态平均电流IT(AV)

晶闸管在环境温度为40?C和规定的冷却条件下，稳定结温不超

过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。;维持电流IH

晶闸管维持导通所必需的最小电流。

若晶闸管阳极电流小于维持电流，则晶闸管进入阻断状态。

掣住电流IL

晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持其导通所

必需的最小阳极电流。对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的

2~4倍。

IL是晶闸管的临界开通电流，若阳极电流IA未达到IL时就去掉门

极信号，晶闸管将自动返回阻断状态。在感性负载电路中，由

于阳极电流上升到IL需要一定的时间，若门极信号持续时间低

于此值，晶闸管则不能维持住导通状态。;2.动态特性及其参数;开通过程;关断过程;断态电压临界上升率du/dt

在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。过大，误导通

通态电流临界上升率di/dt

在规定条件下，晶闸