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第二章 功率半导体器件
功率晶体管
现代电力电子技术原理与应用
• 电流控制器件 • 用于中小功率场合（数十千瓦～数百千瓦） • 开关频率较低（数千赫兹以下） • 二次击穿问题
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
MOSFET
现代电力电子技术原理与应用
• 电压控制器件 • 用于小功率场合（数十千瓦以下） • 开关频率较高（可至数兆赫兹） • 无二次击穿问题
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
电子开关的实现：问题
现代电力电子技术原理与应用
• 两个SPST开关并不完全等价于一个SPDT开关 二极管的单向导电特性使得DC/DC
• 电力电子换器流件器并出不现能间完断全电等流价工于作S模PS式T开关
• 电力电子器件的某些特性可能会显著地影响电 路的工作
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第二章 功率半导体器件
现代电力电子技术原理与应用
功率半导体器件（实际电力电子开关）
F: Forward R: Reverse B: Bidirection C: Conducting B: Blocking
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
功率半导体器件分类
现代电力电子技术原理与应用
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
电子开关的实现：问题
现代电力电子技术原理与应用
• 两个SPST开关并不完全等价于一个SPDT开关
• 电力电子器件并不能完全等价于SPST开关
• 电力电子器件的• 单某向些导特通性可能会显著地影响电
路的工作
• 单向阻断
• 电力电子器件的• 不通可、控断器可件能依赖于主电路状态 • 半可控器件
现代电力电子技术原理与应用
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
常用全控型电力电子器件
现代电力电子技术原理与应用
• 功率晶体管（巨型晶体管，BJT，GTR） • 金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET） • 绝缘栅型双极型晶体管（IGBT） • 门极可关断晶闸管（GTO） • ……
2020年7月9日
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
电子开关的实现：问题
现代电力电子技术原理与应用
• 两个SPST开关并不完全等价于一个SPDT开关 • 电力电子两器开件关并可不能能会完同全时等通价或于同S时P断ST开关 • 电力电子器件的某些特性可能会显著地影响电 路的工作 • 电力电子器件的通、断可能依赖于主电路状态
理想伏安特性
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导通过程
0
vAK
反向阻断
正向阻断
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第二章 功率半导体器件
晶闸管
现代电力电子技术原理与应用
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
螺栓型晶闸管外观
现代电力电子技术原理与应用
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
螺栓型晶闸管外观
现代电力电子技术原理与应用
2020年7月9日
电力系统谐波问题 计算机仿真的困难
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
功率二极管
现代电力电子技术原理与应用
iD
iD
A
iD
K
I VB
+ vD -
0 VF (I)
vD
0
反向 阻断区
符号
实际伏安特性
理想伏安特性
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vD
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第二章 功率半导体器件
晶闸管
现代电力电子技术原理与应用
• 四层三端半体器件
• 电力电子器件的通、断可能依赖于主电路状态
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
电子开关的实现：问题
现代电力电子技术原理与应用
• 两个SPST开关并不完全等价于一个SPDT开关 • 电力电子器件并不能完全等价于SPST开关 • 电力电子器件的某些特性可能会显著地影响电 路的工作二极管、晶闸管的单向导通特性 • 电力电子器件的通、断可能依赖于主电路状态
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现代电力电子技术原理与应用
第二章
功率半导体器件
第二章 功率半导体器件
电子开关的实现：可能性
现代电力电子技术原理与应用
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
电子开关的实现：问题
现代电力电子技术原理与应用
• 两个SPST开关并不完全等价于一个SPDT开关 • 电力电子器件并不能完全等价于SPST开关 • 电力电子器件的某些特性可能会显著地影响电 路的工作 • 电力电子器件的通、断可能依赖于主电路状态
• 不控型－整流二极管 • 半控型－晶闸管 • 全控型－GTO、BJT、IGBT、MOSFET ……
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
现代电力电子技术原理与应用
功率半导体器件及换流技术年谱
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
功率二极管
现代电力电子技术原理与应用
• P-N结型半导体器件 • 单向导电器件 • 非线性器件
• 半可控电器件（控通不控断）
• 非线性器件
电力系统谐波问题 计算机仿真的困难
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
晶闸管
A
iA +
vA
iG
K-
反向击穿
K
现代电力电子技术原理与应用
iA
导通态
反向 阻断区
0 反向击 穿电压
脉冲电流作用 下导通过程
关断态
vAK 正向转折
电压
符号
实际伏安特性
iA 导通态
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第二章 功率半导体器件
功率半导体器件的状态
现代电力电子技术原理与应用
• 导通态（on） • 关断态（off） • 切换态（换流与换相）
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第二章 功率半导体器件
现代电力电子技术原理与应用
功率半导体器件（实际电力电子开关）
• 可承受单向或双向断态电压 • 可流过单向或双向通态电流 • 导通态和关断态的损耗可接受 • 切换过程的损耗可接受 • 切换速度可接受 • 正确应用时寿命很长
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第二章 功率半导体器件
平板型晶闸管外观
现代电力电子技术原理与应用
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
平板型晶闸管外观
现代电力电子技术原理与应用
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
换流器中的晶闸管组件
现代电力电子技术原理与应用
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
高压直流输电 换流器
2020年7月9日
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第二章 功率半导体器件
理想的开关器件
现代电力电子技术原理与应用
• 关断时可承受正、反向电压（越高越好） • 开通时可流过正、反向电流（越大越好） • 开通态、关断态均无损耗 • 状态转换过程无损耗 • 状态转换过程快速完成（越快越好） • 开关寿命长（允许的开关次数越多越好）
2020年7月9日