耗 关断损耗
1 电力电子器件 1.1 电力电子器件的基本模型
■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。
■在采用全控型器件的电路中电力二极管往往是不可缺少的，特别是开通和关 断速度很快的快恢复二极管和肖特基二极管，具有不可替代的地位。
1 电力电子器件 1.2 电力二极管
■向二导■极电管电性的力基二本极原管理是—以—半P导N体结P的N单 ◆当结PN为结基外础加的正,实向际电上压是（由正一向个偏
置入）而时 从面N，积区在较流外大出电的的路P电上N流则结，形和称成两为自端正P引区向流 电态流。◆当IF，线上PN这以看结就，及外是可封加P以装反N有组结向螺成的电栓的正压型。向时从、导（平外通反形板状向 偏高置阻） 态型，时等，几多反乎种向没封偏有装置电。的流P流N过结，表被现称为 为反向截止状态。
电力系统应用
高压直流输电（HVDC） 静止无功补偿（SVC）
灵活交流输电系统
1
电力电子器件
2
相控整流电路
3
直流变换电路
4
无源逆变电路
5
交流变换电路
6
电力电子装置
1 电力电子器件 1.1 电力电子器件的基本模型
1、基本模型与特征
通断态
A
B
通态损耗
K
1、一般工作在开关状态 2、通常由外电路控制 3、实际与理想有差距
■动态特性
◆因为结电容的存在，电压—电流特性是随时间 变化的，这就是电力二极管的动态特性，并且往往 专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性。
◆由正向偏置转换为反向偏置
☞电力二极管并不能立即关断，而是须经过一 段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截 止状态。
☞在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。
力 电
(桥AC整-D流C-变AC成-D直C)流变，换I的GB方异T组法步成。电的5机0PH通Wz交用M流高变电频频经变调全换速（VVVF）
子
部分将直流电逆变成20k异Hz步的电高机频矢矩量形控波制，变频调速
技 术
经高变频频变调压速器耦合， 整异流步滤电波机后直成接为转稳矩定控制变频调速 的直流，供电弧使用。 同步电机矢量控制变频调速
输出
输入
直流（DC）
交流（AC）
交流（AC）
整流
交流电力控制 变频、变相
直流（DC）
直流斩波 逆变
不逆双 光快 高可集
对导向 控速 频关成
称晶 晶闸 闸管 管（ （
）
晶 闸 管 （
晶 闸 管 （
晶 闸 管
晶 闸 管
断 晶 闸 管 （
门 极 换 流 晶 闸 管
栅 控 晶 闸 管 （
LASCR TRIAC RCT
1 电力电子器件 1.2
■静态特性 ◆主要是指其伏安特性 ◆正向电压大到一定值（门槛 电压UTO ），正向电流才开始 明显增加，处于稳定导通状态。 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，只有少子 引起的微小而数值恒定的反向 漏电流。
电力二极管 I IF
OUTO UF U
1 电力电子器件 1.2 电力二极管
■电力二极管（Power Diode）也称半导体整流器（SR），自20世纪50年代初 期就获得应用，本身没有导通、关断控制能力，属于不可控电力电子器件。 但其结构和原理简单，工作可靠，直到现在电力二极管仍然在中、高频整流 和逆变以及低压高频整流的场合发挥着积极的作用，具有不可替代的地位。
◆ PN结具有一定的反向耐压能力， 但当施加的反向电压过大，反向电 流将会急剧增大，破坏PN结反向偏 置为截止的工作状态，这就叫反向 击穿。
☞反向击穿发生时，采取了措施 将反向电流限制在一定范围内，PN 结仍可恢复原来的状态。
☞否则PN结因过热而烧毁，这就 是热击穿。
A
K
K
A
K
A
b
a)
A
K
C
图2-2 电力二极管的外形、结构和电气图形符号 a) 外形 b) 基本结构 c) 电气图形符号
1 电力电子器件
◆由零偏置转换为正向偏置 ☞先出现一个过冲UFP，经过
一段时间才趋于接近稳态压降 的某个值（如2V）。
☞出现电压过冲的原因:电 导调制效应起作用所需的大量 少子需要一定的时间来储存， 在达到稳态导通之前管压降较 大；正向电流的上升会因器件 自身的电感而产生较大压降。 电流上升率越大，UFP越高。
电力电子技术
电气工程系
将电子技术和控制 技术引入电力技术领域， 利用半导体电力开关器件组成 各种电力变换电路实现电能的变 换和控制，构成一门完整的学科， 被国际电工委员（IEEE）命名为电力 电子学或称为电力电子技术。
◆具体地说，电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控 制的技术。
☞电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。 ☞变流技术则是电力电子技术的核心。
图2-5 电力二极管的伏安特性
1 电力电子器件 1.2 电力二极管
IF
d iF
dt
trr
UF
td
tf
t1:反向电 流达最大 值的时刻
tF t0
t0:正向 电流降 为零的 时刻
t1 t 2 d iR dt
IR UPRP a)
UR
t
t2:电流变 化率接近 于零的时 刻
图2-6 电力二极管的动态过程波形 a) 正向偏置转换为反向偏置
◆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。
1 电力电子器件 1.1 电力电子器件的基本模型
■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。(晶闸管、 GTO、GTR、IGCT等) ◆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。（MOSFET、IGBT）
ASCR
）
））
）（
）
）
MCT IGCT
GTO
MOS
IGBT MOSFET GTR
功功绝
率率缘
晶场栅
体效双
管应极
（管晶
（体
管
）
（
））
功率集成电路（PIC） 智能功率模块（IPM）
通信电源
高效大功率整流电源
电源
电力操作电源 DC/DC模块电源
不间断电源（UPS）
电
逆变焊机电源大都采高用频交逆流变-焊直机流、-交高流频-直感流应加热电源