电工学第2章 电力电子器件

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1、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。22.1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

2、电力电子器件的分类2.1.4本章内容和学习要点32.1.1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（PowerElectronicDevice）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。42.1.1电力电子器件的概念和特征■电力电子器件同信息电子器件相比，具有如下特征的特征：◆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

3、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。◆电力电子器件往往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。52.1.1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在器件关断的转换过程中产生的损耗导通时器件上有一定的通态压降阻断时器件上有微小的断态漏电流流过在器件开通的转换过程

4、中产生的损耗62.1.2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。电气隔离图2-1电力电子器件在实际应用中的系统组成在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行驱动电路主电路控制电路7控制电路按系统的工作要求形成控制信号通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的通或断来完成整个系统的功能。控制电路由信息电子电路组成。图1-1电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路控制电路2.1.2应用电力电

5、子器件的系统组成8有的电力电子系统中，还需要有检测电路。广义上往往其和驱动电路这些主电路之外的电路都归为控制电路，从而粗略地说电力电子系统是由主电路和控制电路组成的。控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路控制电路2.1.2应用电力电子器件的系统组成9主电路中的电压和电流一般都较大，而控制电路的元器件只能承受较小的电压和电流，因此在主电路和控制电路连接的路径上，如驱动电路与主电路的连接处，或者驱动电路与控制信号的连接处，以及主电路与检测电路的连接处，一般需要进行电气隔离，通过其它手段如光、磁等来传递信号。控制电路检测电路驱动电路RL

6、主电路V1V2保护电路电气隔离控制电路2.1.2应用电力电子器件的系统组成10由于主电路中往往有电压和电流的过冲，而电力电子器件一般比主电路中普通的元器件要昂贵，但承受过电压和过电流的能力却要差一些，因此，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行，也往往是非常必要的。控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行控制电路2.1.2应用电力电子器件的系统组成11电力电子器件一般有三个端子，其中两个联结在主电路中，而第三端被

7、称为控制端（或控制极）。器件的导通或关断是通过在其控制端和一个主电路端子之间加一定的信号来控制的，这个主电路端子是驱动电路和主电路的公共端，一般是主电路电流流出器件的端子。控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路2.1.2应用电力电子器件的系统组成122.1.3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。☞其特征是：控制极只能控制器件导通，不能控制关断。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

8、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（PowerDiode）☞不能用控制信号来控制其通断。132.1.3电力电子