電力電子器件（Power Electronic Device） ——可直接用于主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。 主電路（Main Power Circuit） ——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。 2）分類:

　　額定電流——電力二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，在指定的管 殼溫度和散熱條件下，其允許流過(guò)的最大工頻正弦 半波電流的平均值。

　　1956年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶閘管。 1957年美國(guó)通用電氣公司開(kāi)發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品。 1958年商業(yè)化。 開(kāi)辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代。

　　反向恢復(fù)過(guò)程很短的二極管簡(jiǎn)稱快速二極管（5μ s以下） 快恢復(fù)外延二極管 （Fast Recovery EpitaxiKaiyun體育官方網(wǎng)站 開(kāi)云登錄網(wǎng)站al Diodes——FRED），其反向 恢復(fù)時(shí)間trr 更短（可低于50ns），正向壓降UF也很低 （0.9V左右），但其反向耐壓多在1200V以下。 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 trr為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100ns以下，甚至達(dá)到 20~30ns。

　　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（按照電路中電力二極管可能 承受的反向最高峰值電壓的兩倍來(lái)選定）。

　　1.1 電力電子器件概述 1.2 不可控器件——二極管 1.3 半控型器件——晶閘管

　　1.5 其他新型電力電子器件 1.6 電力電子器件的驅(qū)動(dòng) 1.7 電力電子器件的保護(hù)

　　電子技術(shù)的基礎(chǔ) ——— 電子器件：晶體管和集成電路 電力電子電路的基礎(chǔ) ——— 電力電子器件 1）概念:

　　以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢(shì)壘二極管 （Schottky Barrier Diode ——SBD）是一種低功耗超高速半導(dǎo)體器件，多用于 低壓高頻大電流的整流、續(xù)流和保護(hù)二極管。

　　基本結(jié)構(gòu)和工作原 理與信息電子電路 中的二極管一樣。 由一個(gè)面積較大的 PN 結(jié)和兩端引線以 及封裝組成的。 從外形上看，主要 有螺栓型和平板型 兩種封裝。

　　圖1-2 電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣 圖形符號(hào) a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號(hào)

　　晶閘管導(dǎo)通的工作原理可以用雙晶體管模型來(lái)解釋： 圖中晶閘管可以看作由P1N1P2和NIP2N2構(gòu)成的兩個(gè) 晶體管V1、V2組合而成。如果外電路向門極注入電流 IG，也就是注入驅(qū)動(dòng)電流，則IG流入晶體管的V2的基 極，產(chǎn)生集電極電流IC2，它構(gòu)成晶體管V1的基極電流，

　　狀態(tài) 參數(shù) 電流 正向?qū)?正向大 反向截止 幾乎為零 反向擊穿 反向大

　　圖1-7 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 a) 雙晶體管模型 b) 工作原理

　　——僅通過(guò)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。

　　Power Diode結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，自20世紀(jì)50年代初期 就獲得應(yīng)用（半導(dǎo)體整流器，逐步取代汞弧整流器）。

　　大量應(yīng)用于許多電氣設(shè)備中，快恢復(fù)二極管和肖特基二極管，分別 在中、高頻整流和逆變，以及低壓高頻整流的場(chǎng)合，具有不可替代 的地位。

　　PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容CJ， 又稱為微分電容。 結(jié)電容按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢(shì)壘電容CB（只在外加電壓 變化時(shí)才起作用，大小與PN結(jié)截面積成正比，與阻擋層厚度成反比） 和擴(kuò)散電容CD（僅在正向偏置時(shí)起作用）。 電容影響PN結(jié)的工作頻率，尤其是在高速的開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，可使其單 向?qū)щ娦宰儾睢?/p>

　　圖1-7 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 a) 雙晶體管模型 b) 工作原理

　　門檻電壓 UTO ，正向電流 IF 隨 著所對(duì)應(yīng)的電壓增加而開(kāi)始明 顯增加。 與 IF 對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的 電壓即為其正向電壓降UF 。 承受反向電壓時(shí)，只有微小而 數(shù)值恒定的反向漏電流。

　　外形有螺栓型和平板型兩種封裝。 有三個(gè)聯(lián)接端。 螺栓型封裝，通常螺栓是其陽(yáng)極，能與散熱器緊密聯(lián)接 且安裝方便。 平板型晶閘管可由兩個(gè)散熱器將其夾在中間。

　　正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過(guò)沖 UFP ，經(jīng)過(guò)一 UFP 段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值 （如 2V）。 2V 正向恢復(fù)時(shí)間tfr。 0 電流上升率越大，UFP越高 。

　　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(kāi)通。 晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。

　　晶體管特性： 在低發(fā)射極電流下? 是很小的，而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來(lái)之后，

　　在晶體管阻斷狀態(tài)下：IG=0，?1?2很小。流過(guò)晶閘管的漏電 流稍大于兩個(gè)晶體管漏電流之和。 開(kāi)通狀態(tài)： 注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致

　　? 1?2 趨近于 1 的話，流過(guò)晶閘管的電流 IA ，將趨近于無(wú)窮大，

　　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，必須嚴(yán)格地限制其工作溫度。

　　反向恢復(fù)時(shí)間很短（10~40ns）。 正向恢復(fù)過(guò)程中也不會(huì)有明顯的電壓過(guò)沖。 反向耐壓較低時(shí)其正向壓降明顯低于快恢復(fù)二極管。 效Kaiyun體育官方網(wǎng)站 開(kāi)云登錄網(wǎng)站率高，其開(kāi)關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還小。

　　陽(yáng)極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng) 陽(yáng)極電壓上升率du/dt過(guò)高 結(jié)溫較高

　　光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路之間的良好絕緣而應(yīng)用 于高壓電力設(shè)備中，光觸發(fā)的晶閘管稱為光控晶閘管 （Light Triggered Thyristor——LTT）。

　　能處理電功率的能力，一般遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件（毫瓦-兆瓦）。 電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)（處理的電功率較大）；模電：放 大狀態(tài)；數(shù)電：開(kāi)關(guān)狀態(tài)，利用開(kāi)關(guān)狀態(tài)表示不同信息。 電力電子器件往往需要由信息電子電路來(lái)控制（需要把信號(hào)放大，即加 驅(qū)動(dòng)電路）。 電力電子器件自身的功率損耗遠(yuǎn)大于信息電子器件，一般都要安裝散熱 器。

　　如此形成強(qiáng)烈的正反饋，最后V2和V1進(jìn)入完全飽和狀 態(tài)，即晶閘管導(dǎo)通。此時(shí)如果撤掉外電路注入門極的

　　然維持導(dǎo)通狀態(tài)。而若要使晶閘管關(guān)斷，必須去掉陽(yáng) 極所加的正向電壓，或者給陽(yáng)開(kāi)云網(wǎng)址 kaiyun官方入口極施加反壓，晶閘管才 能關(guān)斷。由于通過(guò)晶閘管的門極智能控制其開(kāi)通，不 能控制其關(guān)斷，晶閘管才被稱為半控型器件。

　　半控型器件（Thyristor）(半導(dǎo)體閘流管) ——通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。

　　恢復(fù)特性的軟度：下降時(shí)間與 延遲時(shí)間 的比值tf /td，或稱恢 復(fù)系數(shù)，用Sr表示。

　　須經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間才能重新獲 得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。 關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)， 并伴隨有明顯的反向電壓過(guò)沖。