石河子大学：《电力电子技术》课程教学资源（课件讲稿）第2章 电力电子器件（2016）

第2章电力电子器件 2.1电力电子器件概述 2.2不可控器件一一 电力二极管 2.3半控型器件 晶闸管 2.4典型全控型器件 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 机械电气工程学院电气教研室 电力电子技术

第2章 电力电子器件 2.1 电力电子器件概述 2.2 不可控器件——电力二极管 2.3 半控型器件——晶闸管 2.4 典型全控型器件 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

引言 模拟和数字电子电路的基础 晶体管和集成电路等电子器件 电力电子电路的基础 电力电子器件 ■本章主要内容： ◆对电力电子器件的概念、特点和分类等问题作 了简要概述 。 ◆分别介绍各种常用电力电子器件的工作原理、 基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的 一些问题。 机械电气工程学院电气教研室 2/89 电力电子技术

2/89 引言 ■模拟和数字电子电路的基础 ——晶体管和集成电路等电子器件 电力电子电路的基础 ——电力电子器件 ■本章主要内容： ◆对电力电子器件的概念、特点和分类等问题作 了简要概述 。 ◆分别介绍各种常用电力电子器件的工作原理、 基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的 一些问题

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 2.1.2应用电力电子器件的系统组成 2.1.3电力电子器件的分类 2.1.4本章内容和学习要点 机械电气工程学院电气教研室 3/89 电力电子技术

3/89 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 2.1.2 应用电力电子器件的系统组成 2.1.3 电力电子器件的分类 2.1.4 本章内容和学习要点

2.1.1电力电子器件的概念和特征 ■电力电子器件的概念 ★ ◆电力电子器件(Power Electronic Device)是 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。 r广义上电力电子器件可分为电真空器件和 半导体器件两类，目前往往专指电力半导体器件。 机械电气工程学院电气教研室 4/89 电力电子技术

4/89 2.1.1 电力电子器件的概念和特征 ■电力电子器件的概念 ◆电力电子器件（Power Electronic Device）是 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。 ☞广义上电力电子器件可分为电真空器件和 半导体器件两类，目前往往专指电力半导体器件。 ★

2.1.1电力电子器件的概念和特征 ★ ■电力电子器件的特征 ◆所能处理电功率的大小，也就是其承受电压和 电流的能力，是其最重要的参数，一般都远大于 还理信意的电字器件。 ◆为了减小本身的损耗，提高效率，一般都工作 在开关状态。 ◆由信息电子电路来控制，而且需要驱动电路。 ◆自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件， 在其工作时一般都需要安装散热器。 机械电气工程学院电气教研室 5/89 电力电子技术

5/89 2.1.1 电力电子器件的概念和特征 ■电力电子器件的特征 ◆所能处理电功率的大小，也就是其承受电压和 电流的能力，是其最重要的参数，一般都远大于 处理信息的电子器件。 ◆为了减小本身的损耗，提高效率，一般都工作 在开关状态。 ◆由信息电子电路来控制 ,而且需要驱动电路。 ◆自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件， 在其工作时一般都需要安装散热器。 ★

2.1.1电力电子器件的概念和特征 电力电子器件的功率损耗 通态损耗 断态损耗 开通损耗 开关损耗 关断损耗 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。 机械电气工程学院电气教研室 6/89 电力电子技术

6/89 2.1.1 电力电子器件的概念和特征 ☞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。 通态损耗 断态损耗 开关损耗 开通损耗 关断损耗 ☞电力电子器件的功率损耗

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。 检测 电路 控制电路 保护 电路 驱动 主电路 电路 电气隔离 图21电力电子器件在实际应用中的系统组成 机械电气工程学院电气教研室 7/89 电力电子技术

7/89 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。 电气隔离 控 制 电 路 检测 电路 保护 电路 驱动 电路 L R V1 V2 主电路 图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成 ★

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 ◆半控型器件 r主要是指晶闸管(Thyristor)及其大部分派生器件。 r器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电 流决定的。 ◆全控型器件 r目前最常用的是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。 ◆不可控器件 r电力二极管(Power Diode) 不能用控制信号来控制其通断。 机械电气工程学院电气教研室 8/89 电力电子技术

8/89 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 ◆半控型器件 ☞主要是指晶闸管（Thyristor）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 流决定的。 ◆全控型器件 ☞目前最常用的是 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。 ◆不可控器件 ☞电力二极管（Power Diode） ☞不能用控制信号来控制其通断。 ★

2.1.3电力电子器件的分类 ★ ■按照驱动信号的性质 ◆电流驱动型 通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。 ◆电压驱动型 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。 ■按照驱动信号的波形（电力二极管除外） ◆脉冲触发型 通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通 或者关断的控制。 ◆电平控制型 必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流 信号来使器件开通并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态。 机械电气工程学院电气教研室 9/89 电力电子技术

9/89 2.1.3 电力电子器件的分类 ■按照驱动信号的性质 ◆电流驱动型 ☞通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。 ◆电压驱动型 ☞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。 ■按照驱动信号的波形（电力二极管除外 ） ◆脉冲触发型 ☞通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通 或者关断的控制。 ◆电平控制型 ☞必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流 信号来使器件开通并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态。 ★

2.1.3电力电子器件的分类 ■按照载流子参与导电的情况 ◆单极型器件 由一种载流子参与导电。 ◆双极型器件 由电子和空穴两种载流子参与导电。 ◆复合型器件 ©由单极型器件和双极型器件集成混合而成， 也称混合型器件。 机械电气工程学院电气教研室 10/89 电力电子技术

10/89 2.1.3 电力电子器件的分类 ■按照载流子参与导电的情况 ◆单极型器件 ☞由一种载流子参与导电。 ◆双极型器件 ☞由电子和空穴两种载流子参与导电。 ◆复合型器件 ☞由单极型器件和双极型器件集成混合而成， 也称混合型器件