电力电子器件与变换器

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1、第3章　电力电子器件与变换器3.1　电力半导体器件的分类3.1.1　按照电力半导体器件发展来分类3.1.2　按照电力半导体器件控制方式来分类3.1.3　按照电力半导体器件驱动方式分类3.1.4　按照电力半导体器件中载流子性质分类3.2　电力半导体器件的工作原理及特性3.2.1　单PN结器件(二极管)的工作原理与特性3.2.2　多PN结器件的工作原理3.2.3　多PN结器件的特性3.3　电力电子变换器的拓扑结构3.3.1　变换器理想开关的定义3.3.2　变换器的基本拓扑单元第3章　电力电子器件与变换器3.3.3　基于器件特性

2、的变换器基本拓扑单元3.3.4　两电平拓扑结构3.4　多电平电力电子变换器3.4.1　多电平变换器基础3.4.2　二极管钳位式多电平变换器3.4.3　电容悬浮式多电平变换器3.4.4　级联式多电平变换器3.4.5　多电平统一变换拓扑及瞬态换流回路图3-1　一个典型的电力电子变换器装置结构示意图3.1　电力半导体器件的分类根据器件所用半导体材料、制造工艺、工作机理及器件开通和关断的控制方式的不同，电力半导体器件有许多种类和不同的分类方式。3.1.1　按照电力半导体器件发展来分类1.第一代器件2.第二代器件3.第三代器件1.第

3、一代器件主要以功率二极管(PowerDiode)和晶闸管(Thyristor，也称之为SiliconControlledRectifier，SCR)为代表，是电力电子技术发展早期的主要器件，是传统电力电子技术的标志。2.第二代器件主要以可关断晶闸管(GateTurn-offThyristor，GTO)、大功率晶体管(GiantTransistor，GTR)和功率场控晶体管(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，MOSFET)为代表。随着电力电子的发展，对器件的可控性提出了

4、更高的要求，这些器件相对于第一代器件最明显的区别是能够进行可控关断，这也是现代电力电子技术的标志。3.第三代器件主要以高性能的绝缘栅双极性晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)、集成门极换流晶闸管(IntegratedGateCommutatedThyristor，IGCT)和智能功率模块(IntelligentPowerModule，IPM)等器件为代表。其中，IGBT成为第三代电力电子器件的典型代表。3.1.2　按照电力半导体器件控制方式来分类1.不控型2.半控型3.全控型1.

5、不控型这类器件为两端器件，一般其中一端为阳极，另一端为阴极。其开关操作仅取决于施加于器件阳、阴极间的电压，正导通，负关断，流过其中的电流是单方向的。由于其开通和关断不能通过器件本身进行控制，故这类器件称为不控型器件，这类器件主要为各种不同类型的功率二极管，比如大功率二极管、快速恢复二极管和肖特基二极管等。2.半控型这类器件是三端器件，除阳极和阴极外，还增加了一个控制门极。半控型器件也具有单向导电性，其开通不仅需在其阳、阴极间施加正向电压，而且必须在门极和阴极间输入正向可控功率，称之为“开通可控”。然而这类器件一旦开通，就不

6、能再通过门极控制关断，只能从外部改变加在阳、阴极间的电压极性或强制阳极电流变成零，所以把它们称为半控型器件。这类器件主要指晶闸管及其派生器件，如双向型晶闸管、逆导型晶闸管等。3.全控型这一类器件也是带有控制端的三端器件，其控制端不仅可控制其开通，而且也能控制其关断，故称全控型器件。由于不需要外部提供关断条件，仅靠自身控制即可关断，所以这类器件常被称为自关断器件。这类器件种类多，工作机理也不尽相同，包括GTR、GTO、功率MOSFET、IGBT等。3.1.3　按照电力半导体器件驱动方式分类1.电流控制型器件2.电压控制型器件

7、1.电流控制型器件电流控制型器件必须有足够的驱动电流才能使器件通断，因而一般情况下需要较大的驱动功率，这类器件有SCR、GTR、GTO等。2.电压控制型器件电压控制型器件的通断只需要有足够的电压和很小的驱动电流就可以，因而电压控制型器件只需很小的驱动功率。这类器件有IGBT、MOSFET等。3.1.4　按照电力半导体器件中载流子性质分类1.双极型器件2.单极型器件3.混合型器件1.双极型器件双极型器件是指在器件内部电子和空穴两种载流子都参与导电过程的半导体器件，这类器件的通态压降低、阻断电压高、电流容量大，适用于中大容量的

8、变流装置。常见的有GTR、GTO、GCT(IGCT中的门极换流晶闸管，不包括门极电路)、SITH等。2.单极型器件单极型器件是指器件内只有一种载流子(即多数载流子)参与导电过程的电力半导体器件，典型器件有功率场控晶体管(MOSFET)和静电感应晶体管(SIT，StaticInductionTransis