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　　电力电子器件（Power Electronic Device） ——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 主电路（Main Power Circuit） ——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。 2）分类:

　　额定电流——电力二极管长期运行时，在指定的管 壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦 半波电流的平均值。

　　1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。 1957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品。 1958年商业化。 开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代。

　　反向恢复过程很短的二极管简称快速二极管（5μ s以下） 快恢复外延二极管 （Fast Recovery EpitaxiKaiyun体育官方网站 开云登录网站al Diodes——FRED），其反向 恢复时间trr 更短（可低于50ns），正向压降UF也很低 （0.9V左右），但其反向耐压多在1200V以下。 从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者 trr为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到 20~30ns。

　　对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。 使用时，应当留有两倍的裕量（按照电路中电力二极管可能 承受的反向最高峰值电压的两倍来选定）。

　　1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——二极管 1.3 半控型器件——晶闸管

　　1.5 其他新型电力电子器件 1.6 电力电子器件的驱动 1.7 电力电子器件的保护

　　电子技术的基础 ——— 电子器件：晶体管和集成电路 电力电子电路的基础 ——— 电力电子器件 1）概念:

　　以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管 （Schottky Barrier Diode ——SBD）是一种低功耗超高速半导体器件，多用于 低压高频大电流的整流、续流和保护二极管。

　　基本结构和工作原 理与信息电子电路 中的二极管一样。 由一个面积较大的 PN 结和两端引线以 及封装组成的。 从外形上看，主要 有螺栓型和平板型 两种封装。

　　图1-2 电力二极管的外形、结构和电气 图形符号 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号

　　晶闸管导通的工作原理可以用双晶体管模型来解释： 图中晶闸管可以看作由P1N1P2和NIP2N2构成的两个 晶体管V1、V2组合而成。如果外电路向门极注入电流 IG，也就是注入驱动电流，则IG流入晶体管的V2的基 极，产生集电极电流IC2，它构成晶体管V1的基极电流，

　　状态 参数 电流 正向导通 正向大 反向截止 几乎为零 反向击穿 反向大

　　图1-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 a) 双晶体管模型 b) 工作原理

　　——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。

　　Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期 就获得应用（半导体整流器，逐步取代汞弧整流器）。

　　大量应用于许多电气设备中，快恢复二极管和肖特基二极管，分别 在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代 的地位。

　　PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ， 又称为微分电容。 结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB（只在外加电压 变化时才起作用，大小与PN结截面积成正比，与阻挡层厚度成反比） 和扩散电容CD（仅在正向偏置时起作用）。 电容影响PN结的工作频率，尤其是在高速的开关状态下，可使其单 向导电性变差。

　　图1-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 a) 双晶体管模型 b) 工作原理

　　门槛电压 UTO ，正向电流 IF 随 着所对应的电压增加而开始明 显增加。 与 IF 对应的电力二极管两端的 电压即为其正向电压降UF 。 承受反向电压时，只有微小而 数值恒定的反向漏电流。

　　外形有螺栓型和平板型两种封装。 有三个联接端。 螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接 且安装方便。 平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。

　　正向压降先出现一个过冲 UFP ，经过一 UFP 段时间才趋于接近稳态压降的某个值 （如 2V）。 2V 正向恢复时间tfr。 0 电流上升率越大，UFP越高 。

　　承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶 闸管才能开通。 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。

　　晶体管特性： 在低发射极电流下 是很小的，而当发射极电流建立起来之后，

　　在晶体管阻断状态下：IG=0，12很小。流过晶闸管的漏电 流稍大于两个晶体管漏电流之和。 开通状态： 注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致

　　 12 趋近于 1 的话，流过晶闸管的电流 IA ，将趋近于无穷大，

　　反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，必须严格地限制其工作温度。

　　反向恢复时间很短（10~40ns）。 正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲。 反向耐压较低时其正向压降明显低于快恢复二极管。 效Kaiyun体育官方网站 开云登录网站率高，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。

　　阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应 阳极电压上升率du/dt过高 结温较高

　　光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用 于高压电力设备中，光触发的晶闸管称为光控晶闸管 （Light Triggered Thyristor——LTT）。

　　能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件（毫瓦-兆瓦）。 电力电子器件一般都工作在开关状态（处理的电功率较大）；模电：放 大状态；数电：开关状态，利用开关状态表示不同信息。 电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制（需要把信号放大，即加 驱动电路）。 电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热 器。

　　如此形成强烈的正反馈，最后V2和V1进入完全饱和状 态，即晶闸管导通。此时如果撤掉外电路注入门极的

　　然维持导通状态。而若要使晶闸管关断，必须去掉阳 极所加的正向电压，或者给阳开云网址 kaiyun官方入口极施加反压，晶闸管才 能关断。由于通过晶闸管的门极智能控制其开通，不 能控制其关断，晶闸管才被称为半控型器件。

　　半控型器件（Thyristor）(半导体闸流管) ——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。

　　恢复特性的软度：下降时间与 延迟时间 的比值tf /td，或称恢 复系数，用Sr表示。

　　须经过一段短暂的时间才能重新获 得反向阻断能力，进入截止状态。 关断之前有较大的反向电流出现， 并伴随有明显的反向电压过冲。