第2章 电力电子器件
2.1 电力电子器件概述
2.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件：指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。
主电路：在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。
电力电子器件的特征
1. 所能处理电功率的大小，也就是其承担电压和电流的能力
2.电力电子器件的功率损耗
通态损耗是电力电子器件功率损耗的主要成因。
当器件的开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素。
2.1.2 应用电力电子器件的系统组成
电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统
2.1.3 电力电子器件的分类
按照能够被控制电路信号所控制的程度
1. 半控型器件
主要指晶闸管及其大部分派生器件。
器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流所决定的。
2. 全控型器件
IGBT 和 Power MOSFET
通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断。
3. 不可控器件
电力二极管
不能用控制信号来控制其关断。
除此之外，还有按照驱动信号的性质和波形以及按照载流子参与导电的情况进行分类。
2.2 不可控器件——电力二极管
2.2.1 工作原理
二极管的基本原理：PN结的单向导电性
1.当PN结外加正向电压时，在外电路上形成自P区流入而从N区流出的电流，称为正向电流
2.当PN结外加反向电压时，反向偏置的PN结表现为高阻态，称为反向截止状态
3. 反向击穿：雪崩击穿 齐纳击穿 热击穿
4. PN结的电容效应 结电容分为势垒电容和扩散电容
势垒电容只在外加电压变化时起作用；扩散电容仅在正向偏置起作用。
结电容影响PN结的工作频率。
2.2.2 电力二极管的基本特性
1.静态特性
2.动态特性
正向平均电流
允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值，它是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等的原则选择电流定额
反向重复峰值电压
所能重复施加的反向最高峰值电压
最高工作结温
结温：PN结的平均温度
最高工作结温：PN结不致损坏的最高平均温度
浪涌电流
二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流
2.2.4 电力二极管的主要类型
普通二极管
快恢复二极管
肖特基二极管（优点：正向恢复的过程中不会有明显的电压过冲；在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管；因此，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管小，效率更高。 ）弱点：对高压和温度敏感
2.3 半控型器件 晶闸管
2.3.1 晶闸管的结构和工作原理
晶闸管的结构
晶闸管的工作原理
由上可得
晶闸管的伏安特性
晶闸管的动态特性
快速晶闸管
双向晶闸管/逆导晶闸管/光控晶闸管
2.4 经典全控型器件
GTO的内部结构和电气图形符号
GTO的工作原理
的共基极电流增益分别为. 是器件临界导通的条件，大于1导通，小于1关断。
GTO的动态特性
2.4.2 电力晶体管
GTR的主要特性是耐压高，电流打，开关特性好。
GTR的静态特性
GTR的动态特性
2.4.3 电力场效应管晶体管
电力MOSFET的结构
MOSFET的静态特性
MOSFET的动态特性
2.4.4 绝缘栅双极晶体管
IGBT的结构
IGBT的工作原理
IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，是一种场控器件。
静态特性
动态特性
IGBT擎住效应/安全工作区
2.5 其他新型电力电子器件
2.6 功率集成电路与集成电力电子模块
本章小结
本章主要介绍了电力电子器件的分类
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