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电力电子开关器件：电力电子开关器件：一般专指以开关方式工作的电力一般专指以开关方式工作的电力半导体半导体器件，它被直接应用在电力系统或电气设备的器件，它被直接应用在电力系统或电气设备的主电路主电路中，实现电能的变换和控制任务。中，实现电能的变换和控制任务。主要内容：主要内容：l概述电力电子器件的特点和分类等问题。概述电力电子器件的特点和分类等问题。l介绍常用电力电子器件的基本结构、工作原理、介绍常用电力电子器件的基本结构、工作原理、基本特性和主要参数。基本特性和主要参数。第第1篇篇 电力电子开关器件和辅助电路电力电子开关器件和辅助电路 教学要求：教学要求：1.1.了解各种电力电子开关器件的结构和工作原理；了解各种电力电子开关器件的结构和工作原理；2.2.掌握开关器件的基本特性和主要参数。掌握开关器件的基本特性和主要参数。第第1章章 电力电子开关器件电力电子开关器件直接承担电能的变换或控制任务直接承担电能的变换或控制任务硅材料硅材料1.1 电力电子开关器件概述电力电子开关器件概述1.1.1 电力电子开关器件的特点电力电子开关器件的特点l传统电力电子开关器件传统电力电子开关器件半控型晶闸管及其派生器件。半控型晶闸管及其派生器件。l现代电力电子开关器件现代电力电子开关器件 高速、全控型器件。高速、全控型器件。采用分立式结构。采用分立式结构。半控型。半控型。采用移相控制技术。采用移相控制技术。电压、电流定额高。电压、电流定额高。全控化，集成化，高频化，多功能化。全控化，集成化，高频化，多功能化。主要特点：主要特点：主要特点：主要特点：特别是功率集成电路特别是功率集成电路PIC除开关功能外，除开关功能外，还有驱动、保护、检测等功能。还有驱动、保护、检测等功能。1.1.2 电力电子开关器件的种类电力电子开关器件的种类l不控型不控型没有控制端子的两端器件，但具有单向导电性。没有控制端子的两端器件，但具有单向导电性。如电力二极管如电力二极管l可控型可控型有控制端子的三端器件。有控制端子的三端器件。半控型：具有半控型：具有可控制可控制开通，开通，不可控制不可控制关断的单向导电性。关断的单向导电性。如晶闸管及其派生器件。如晶闸管及其派生器件。全控型：具有全控型：具有可控制可控制开通，又开通，又可控制可控制关断的单向导电性。关断的单向导电性。l电流控制型电流控制型控制信号为电流信号。控制信号为电流信号。特点：特点：工作频率低，控制极输入阻抗低，通态压降低，电流工作频率低，控制极输入阻抗低，通态压降低，电流 容量大等。容量大等。如如GTRl电压控制型电压控制型控制信号为电压信号。控制信号为电压信号。特点：特点：工作频率高，控制极输入阻抗高，控制功率小，响应工作频率高，控制极输入阻抗高，控制功率小，响应 速度快等。速度快等。如功率如功率MOSFET、IGBT1.1.3 电力电子开关器件的比较电力电子开关器件的比较1.装置容量与工作频率装置容量与工作频率变换器每个桥臂仅用一个器变换器每个桥臂仅用一个器件时，装置容量与变换频率件时，装置容量与变换频率的关系曲线如图。的关系曲线如图。2.功率损耗与工作频率功率损耗与工作频率电压电流定额在同一数量级下。电压电流定额在同一数量级下。3.应用范围应用范围电力电子器件应用领域与设备容量、工作频率关系曲线如图。电力电子器件应用领域与设备容量、工作频率关系曲线如图。1.1.3 电力电子开关器件的发展电力电子开关器件的发展l发展复合型器件和功率集成电路。发展复合型器件和功率集成电路。l进一步提高全控型器件的功率等级、驱动性能和工作频率。进一步提高全控型器件的功率等级、驱动性能和工作频率。材料：材料：硅硅 碳化硅。碳化硅。1.2 功率二极管功率二极管 功率二极管也称电力二极管，其电压、电流定额较大。功率二极管也称电力二极管，其电压、电流定额较大。1.2.1 功率二极管的结构和工作原理功率二极管的结构和工作原理l以以PNPN结为基础，主要有螺栓式和平板式。结为基础，主要有螺栓式和平板式。图形符号图形符号阳极阳极阴极阴极具有单向导电性。具有单向导电性。加正向电压加正向电压导通导通，流过正向电流；加反向电压，流过正向电流；加反向电压截止截止，呈现，呈现高阻态。高阻态。1.2.2 功率二极管的基本特性功率二极管的基本特性正向正向导通导通反向截止反向截止反向击穿反向击穿静态特性静态特性指其指其伏安特性伏安特性门槛电压门槛电压UTO 正向电流正向电流 IF (由外电路参数决定由外电路参数决定)正向压降正向压降UF 反向击穿电压反向击穿电压UBR1.2.3 功率二极管的主要参数功率二极管的主要参数1.额定正向平均电流额定正向平均电流IF（AV）在规定的温度和散热条件下，在规定的温度和散热条件下，长期运行时允许流过的最大长期运行时允许流过的最大工频正弦半波电流工频正弦半波电流的的平均值平均值。即：即：电流有效值：电流有效值：有效值与平均值之比为：有效值与平均值之比为：额定电流为额定电流为100A的二极管，在工频半波下允许流过的的二极管，在工频半波下允许流过的电流有效值为电流有效值为157A。可见可见可见可见:2.反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 功率二极管所能承受重复施功率二极管所能承受重复施3.加的反向最高峰值电压。加的反向最高峰值电压。使用时，应当留有使用时，应当留有2倍的裕量。倍的裕量。3.正向管压降正向管压降 UF 在规定的壳温和正向电流下工作对应在规定的壳温和正向电流下工作对应4.的正向导通压降。的正向导通压降。UF低损耗小。低损耗小。4.最高允许结温最高允许结温 TjMPN结所能承受的最高平均温度。结所能承受的最高平均温度。TjM一般在一般在125175 C范围之内。范围之内。1.2.4 功率二极管的主要类型功率二极管的主要类型1.普通二极管普通二极管（General Purpose Diode，GPD）l电流、电压定额很高电流、电压定额很高l多用于开关频率不高（多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路以下）的整流电路l其反向恢复时间较长（其反向恢复时间较长（5s）2.快恢复二极管快恢复二极管（Fast Recovery Diode，FRD）l 快恢复快恢复 反向恢复时间数百反向恢复时间数百nsl 超快恢复超快恢复 反向恢复时间数几十反向恢复时间数几十ns功率二极管的应用：续流、钳位、保护和隔离等。功率二极管的应用：续流、钳位、保护和隔离等。3.肖特基二极管肖特基二极管（Schottky Barrier Diode，SBD）由金属和半导体接触形成的势垒二极管。由金属和半导体接触形成的势垒二极管。反向恢复时间很短（反向恢复时间很短（10 40ns），导通压降低，开关时），导通压降低，开关时间短，损耗小。间短，损耗小。漏电流较大，电压定额较低，温度特性较差。漏电流较大，电压定额较低，温度特性较差。高频、低电压场合，如开关电源、仪表设备中。高频、低电压场合，如开关电源、仪表设备中。主要优点：主要优点：缺点：缺点：主要用途：主要用途：1.3 晶闸管晶闸管1.3.1 晶闸管的结构和工作原理晶闸管的结构和工作原理 晶闸管晶闸管（SCR）也称可控硅。它是一种半控型开关器件，也称可控硅。它是一种半控型开关器件，电压、电流定额大，工作可靠。电压、电流定额大，工作可靠。1.1.结构结构 外形上有外形上有螺栓式螺栓式和和平板式平板式，有三个电极有三个电极。平板式结构散热效果较好，一般用于平板式结构散热效果较好，一般用于200A以上的以上的SCR。图形图形符号符号阳极阳极阴极阴极门极门极内部结构：内部结构：PNPNPNPN四层半导体，三个四层半导体，三个PNPN结。结。2.2.工作原理工作原理1.当晶闸管承受当晶闸管承受反向电压反向电压时，无论门极是否有触发电流，晶时，无论门极是否有触发电流，晶2.闸管都闸管都不会导通不会导通。2.当晶闸管承受当晶闸管承受正向电压正向电压时，若无触发电流，晶闸管也不会时，若无触发电流，晶闸管也不会 导通。即导通。即晶体管具有晶体管具有正向阻断能力正向阻断能力。4.4.晶体管一旦导通，门极晶体管一旦导通，门极失去失去控制作用。控制作用。3.当晶闸管承受当晶闸管承受正向电压正向电压时，同时在门极时，同时在门极注入触发电流注入触发电流，晶，晶 闸管闸管导通导通。结论：结论：5.要使已导通的晶闸管要使已导通的晶闸管关断关断，只能利用和外电路的作用使流，只能利用和外电路的作用使流过晶闸管的过晶闸管的电流降低到电流降低到某一数值以下。某一数值以下。误导通：误导通：正向转折、正向转折、过高、高温、光触发等。过高、高温、光触发等。晶闸管是一种只能控制导通而不能控制关断的半控型器件。晶闸管是一种只能控制导通而不能控制关断的半控型器件。IH1.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性1.阳极伏安特性阳极伏安特性 指晶闸管阳极与阴指晶闸管阳极与阴极之间电压与阳极电流极之间电压与阳极电流之间的关系。之间的关系。lIG=0时，施加正向电压，时，施加正向电压，只有很小的正向漏电流，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。为正向阻断状态。l当超过正向转折电压当超过正向转折电压UBO，则漏电流急剧增大，管子则漏电流急剧增大，管子 导通，不可控。导通，不可控。l随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。正向特性正向特性反向特性反向特性l反向阻断状态时，反向阻断状态时，只有极小的反相漏只有极小的反相漏电流流过。电流流过。l当反向电压达到反向击当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。管发热损坏。正向正向阻断阻断反向反向阻断阻断l导通期间，若门极电流为零，阳极电流降至导通期间，若门极电流为零，阳极电流降至 维持电流维持电流 IH 晶闸管又回到晶闸管又回到 正向阻断状态。正向阻断状态。1.3.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数UDRM断态重复峰值电压断态重复峰值电压重复重复施加在管子上的施加在管子上的正向断态正向断态 最大脉冲电压最大脉冲电压。URRM反向重复峰值电压反向重复峰值电压重复重复施加在管子上的施加在管子上的反向最大反向最大 脉冲电压脉冲电压。1.额定电压额定电压在额定结温，门极开路时，在额定结温，门极开路时，UDRM和和URRM中中较小的一个数值取标称值作为晶闸管的额定电压。实际应较小的一个数值取标称值作为晶闸管的额定电压。实际应用时，额定电压应为正常工作峰值电压的用时，额定电压应为正常工作峰值电压的(2-3)倍倍。3.通态峰值电压通态峰值电压UTM晶闸管流过额定电流时，晶闸管流过额定电流时，管压降管压降的平的平 均值。均值。2.通态平均电流通态平均电流IT(AV)在环境温度为在环境温度为+40 C和规定的冷却和规定的冷却条件下，在条件下，在电阻性负载电阻性负载时所允许流过的时所允许流过的最大工频正弦半波最大工频正弦半波电流的平均值电流的平均值。在实际中按可能流过的最大平均电流的。在实际中按可能流过的最大平均电流的 (1.5-2)倍选取。倍选取。5.维持电流维持电流IH晶闸管晶闸管维持通态维持通态所需的所需的最小阳极流最小阳极流。6.擎住电流擎住电流IL保持晶闸管保持晶闸管持续导通持续导通所需的最小阳极电流。所需的最小阳极电流。同一晶闸管同一晶闸管IL是是IH的的2 4倍。倍。4.门极触发电流门极触发电流IGT 和触发电压和触发电压UGT在规定的环境温度，在规定的环境温度，阳极与阴极加一定阳极与阴极加一定正向电压正向电压（一般（一般6V）的条件下，使晶闸）的条件下，使晶闸管从管从阻断阻断状态变为状态变为导通导通状态所需的状态所需的最小门极电流最小门极电流。对应的。对应的最小门极电压最小门极电压UGT。7.断态电压临界上升率断态电压临界上升率 du/dt在门极开路情况下，晶闸管在门极开路情况下，晶闸管保持阻断状态所能承受的最大阳极电压上升率。保持阻断状态所能承受的最大阳极电压上升率。8.通态电流临界上升率通态电流临界上升率di/dt在规定条件下，晶闸管所能承在规定条件下，晶闸管所能承 受而不会引起损坏的最大阳极电流上升率受而不会引起损坏的最大阳极电流上升率。等等。等等。1.5 电力晶体管电力晶体管1.5.1 电力晶体管的结构和工作原理电力晶体管的结构和工作原理 电力晶体管（电力晶体管（Giant Transistor，GTR）属于双极型晶体属于双极型晶体管（管（BJT）。）。l有有NPN和和PNP两两 种类型。种类型。l按达林顿接法的按达林顿接法的 单元并联使用。单元并联使用。l原理与普通晶体原理与普通晶体 管一样。管一样。l主要特性是耐压主要特性是耐压 高、电流大、开高、电流大、开 关特性好。关特性好。图形图形符号符号 GTR必须有连续的基极驱必须有连续的基极驱动电流才能维持导通，基极电动电流才能维持导通，基极电流消失，管子自动关断，属于流消失，管子自动关断，属于电流控制型电流控制型全控型全控型开关器件。开关器件。1.5.2 电力晶体管的基本特性电力晶体管的基本特性GTR工作在截止区或饱和区。工作在截止区或饱和区。1.5.3 电力晶体管的主要参数电力晶体管的主要参数1.最高集电极电压额定值最高集电极电压额定值BUCEO集电极的击穿电压值。集电极的击穿电压值。击穿电压与器件本身和基极电路接法有关。击穿电压与器件本身和基极电路接法有关。关系为：关系为：实际使用时，最高工作电压要比实际使用时，最高工作电压要比BUCEO低得多，一般为低得多，一般为（1/3 1/2）BUCEO 2.集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM 在规定的功耗和散热条件下，在规定的功耗和散热条件下，值不低于规定值时的最大允许集电极电流。值不低于规定值时的最大允许集电极电流。实际使用时，工作电流约为实际使用时，工作电流约为ICM/2。3.集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM 在最高允许结温下的耗散在最高允许结温下的耗散功率，其大小等于集电极工作电压和电流的乘积。功率，其大小等于集电极工作电压和电流的乘积。除此之外，还有电流放大系数、饱和压降、开通时间等。除此之外，还有电流放大系数、饱和压降、开通时间等。一次击穿一次击穿：集电极电压升高至击穿电压时，：集电极电压升高至击穿电压时，IC迅速增大。迅速增大。l只要只要IC不超过限度，不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变一般不会损坏，工作特性也不变。1.二次击穿现象二次击穿现象1.5.4 二次击穿现象和安全工作区二次击穿现象和安全工作区二次击穿：二次击穿：一次击穿发生时，一次击穿发生时，IC不加限制会突然急剧上升，不加限制会突然急剧上升，电压陡然下降。电压陡然下降。l立即导致器件永久立即导致器件永久损坏损坏，或者工作特性明显衰变，或者工作特性明显衰变。2.安全工作区安全工作区l二次击穿功率二次击穿功率PSB构成临界构成临界线，满足所有最大值的区域。线，满足所有最大值的区域。u优点：开关时间短、饱和压优点：开关时间短、饱和压降低、安全工作区宽等。降低、安全工作区宽等。u缺点：存在二次击穿和驱动缺点：存在二次击穿和驱动功率大。功率大。1.6 电力场效应晶体管电力场效应晶体管 电力场效应晶体管（电力场效应晶体管（MetalOxideSemiconductor Field Effect Transistor，MOSFET）由金属、氧化物和半导体材料复合构成，是一种单极型电由金属、氧化物和半导体材料复合构成，是一种单极型电 压控制器件。压控制器件。主要优点：主要优点：l输入阻抗高（输入阻抗高（108 1013），驱动功率小，驱动电路简单；），驱动功率小，驱动电路简单；开关速度快，工作频率高，热稳定性好，没有二次击穿问题，开关速度快，工作频率高，热稳定性好，没有二次击穿问题，安全工作区较宽。安全工作区较宽。缺点：缺点：电流容量小，耐压低，通态电阻大。电流容量小，耐压低，通态电阻大。适用于功率不超过适用于功率不超过10KW的电力电子装置。的电力电子装置。1.6.1 功率功率MOSFET的结构和工作原理的结构和工作原理1.结构结构 电力电力MOSFETN沟道增强型绝缘栅场效应晶体管。沟道增强型绝缘栅场效应晶体管。l采用多元集成结构，将许多个采用多元集成结构，将许多个MOSFET单元并联连接，降低单元并联连接，降低了通态电阻，提高了工作频率。了通态电阻，提高了工作频率。l采用了垂直导电结构，提高了电流容量和耐压等级；采用了垂直导电结构，提高了电流容量和耐压等级；2.工作原理工作原理 有三个电极：栅极有三个电极：栅极G、漏极漏极D和源极和源极S。（1）当当D、S加正向电压，加正向电压，UGS=0时时，P基区与基区与N区形成的区形成的PN结反偏结反偏，D、S之间无电流流过，之间无电流流过，管子管子截止截止。（2）当）当D、S加正向电压，加正向电压，UGSUT（开启电压）时，栅极下开启电压）时，栅极下P型成型成N型，形成反型层，使型，形成反型层，使PN结消失结消失，D、S之间有电流流过，管子之间有电流流过，管子导通导通。UGS越大，导电能力越强，漏极电流越大。越大，导电能力越强，漏极电流越大。1.6.2 电力场效应晶体管的基本特性电力场效应晶体管的基本特性1.静态特性静态特性输出特性输出特性以栅源电压以栅源电压UGS为参考变量时，为参考变量时，反映漏极电压反映漏极电压UDS和漏极电流和漏极电流IDS间的关系间的关系曲线曲线 截止区：截止区：当栅极电压当栅极电压UGS小于小于开启电压开启电压UT时。时。可变电阻区：可变电阻区：当漏源极电压当漏源极电压UDS较小时，对导电沟道影响不大，较小时，对导电沟道影响不大，ID与与UDS几乎呈线性关系。几乎呈线性关系。图形符号图形符号饱和区：饱和区：当漏极附近出现夹断后当漏极附近出现夹断后（称预夹断），通过夹断区长度（称预夹断），通过夹断区长度的调整，的调整，ID电流趋于稳定不变电流趋于稳定不变。功率功率MOSFET工作在截止区或可变电阻区。工作在截止区或可变电阻区。转移特性转移特性在电压在电压UDS一定时，栅源一定时，栅源电压电压UGS与漏极电流与漏极电流ID之间的关系之间的关系。转移特性反映栅极电压转移特性反映栅极电压UGS对漏极电流对漏极电流 ID的控制能力，用跨导的控制能力，用跨导gm来表示：来表示：开启电压开启电压UT：又称阈值电压，转移特性与：又称阈值电压，转移特性与 横轴的交点。横轴的交点。2.动态特性（略）动态特性（略）1.6.3 电力场效应晶体管的主要参数电力场效应晶体管的主要参数1.漏极电压漏极电压UDS当当UGS=0时，时，D、S所能承受的最高电压。所能承受的最高电压。2.漏极电流漏极电流IDM和漏极脉冲电流幅值和漏极脉冲电流幅值IDM 一般一般IDM=（2-4）ID 除此之外，还有通态电阻除此之外，还有通态电阻Ron、开启电压、开启电压UT和跨导和跨导gm等。等。3.栅源电压栅源电压UGS防止绝缘层击穿的电压。防止绝缘层击穿的电压。一般要小于一般要小于20V。1.7 绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管 绝缘栅双极型晶体管（绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Tran-sistor，IGBT或或IGT）由由MOSFET（输入控制输入控制）和）和GTR（输出级输出级）复合复合而成的电力电子开关器件，也是而成的电力电子开关器件，也是场控场控型。型。1.7.1 IGBT的结构和工作原理的结构和工作原理l在在MOSFET结构的基结构的基础上增加了一层础上增加了一层P型半型半导体。导体。l有三个电极。有三个电极。图形图形符号符号发射极发射极集电极集电极栅极栅极l相当于相当于MOSFET驱动的厚基区驱动的厚基区PNP型型 GTR组成的达林顿结构。组成的达林顿结构。Rdr是是GTR基区扩展电阻基区扩展电阻(调制电阻调制电阻)。Rbr是体区短路电阻。是体区短路电阻。当考虑擎住效应时，内部存在当考虑擎住效应时，内部存在寄生三寄生三 极管极管NPN。l当当UGE大于开启电压时，管子大于开启电压时，管子饱和导通饱和导通；由于；由于电导调制效应电导调制效应 的作用，具有较小的导通压降。的作用，具有较小的导通压降。l当当UGE小于开启电压时，管子小于开启电压时，管子关断关断。1.7.2 IGBT的基本特性的基本特性1.静态特性静态特性转移特性转移特性反映集电极电流与反映集电极电流与 栅极电压的关系。栅极电压的关系。l与功率与功率MOSFET基本相似。基本相似。IGBT的开的开启电压启电压UT一般一般2 6V，最大不超过，最大不超过15V，并随温度升高而略有降低。并随温度升高而略有降低。输出特性输出特性集集射极电压射极电压UCE与集电极电流与集电极电流IC的关系，的关系，控制参数是栅控制参数是栅射极电压射极电压UGE。l输出特性分为饱和区、有源输出特性分为饱和区、有源区、正向阻断区。区、正向阻断区。IGBT工作工作时在饱和区和正向阻断区之时在饱和区和正向阻断区之间转换。间转换。饱饱和和区区正向阻断区正向阻断区有有源源区区lIGBT在额定电流时，通态在额定电流时，通态压降约为压降约为1.52V。lIGBT并联使用时，具有自并联使用时，具有自动调节均流的能力。动调节均流的能力。2.动态特性动态特性(略略)1.7.3 IGBT的主要参数的主要参数1.最大集电极电压最大集电极电压UCEM 2.IGBT内部内部PNP三极管所承受的最高电压。三极管所承受的最高电压。2.最大集电极电流最大集电极电流ICM 集电极允许流过的最大电流。此定额与结温有关。集电极允许流过的最大电流。此定额与结温有关。3.最大允许的耗散功率最大允许的耗散功率PCM 在额定结温下，管子长期运行时允许的最大功率。在额定结温下，管子长期运行时允许的最大功率。4.栅极最大电压栅极最大电压UGEM 栅极所能承受的最大电压，一般在栅极所能承受的最大电压，一般在20V左右。左右。5.开关频率开关频率 最高可达最高可达40kHz，典型工作频率，典型工作频率20kHz。1.7.4 IGBT的擎住效应和安全工作区的擎住效应和安全工作区1.擎住效应擎住效应 集电极电流大到一定程度，体区电阻上的电压使寄生三集电极电流大到一定程度，体区电阻上的电压使寄生三极管导通，即使极管导通，即使UGE为零，为零，IGBT仍然导通，管子失去控制。仍然导通，管子失去控制。正向偏置安全工作区（正向偏置安全工作区（FBSOA）l当导通时间很小时，当导通时间很小时，FBSOA为为 一矩形。一矩形。l由最大集电极电流由最大集电极电流ICM、最大集、最大集 电极电压电极电压UCEM和最大允许的耗和最大允许的耗 散功率散功率PCM确定。确定。反向偏置安全工作区（反向偏置安全工作区（RBSOA）l由最大集电极电流由最大集电极电流ICM、最大集、最大集 电极电压电极电压UCEM和最大允许的和最大允许的 du/dt决定决定。2.安全工作区安全工作区1.8 其他新型电力电子开关器件其他新型电力电子开关器件1.8.5 功率模块和功率集成电路功率模块和功率集成电路PIC1.功率模块功率模块(Power Module，PM)2.将多个相同的电力电子器件或多个相互配合使用的不同将多个相同的电力电子器件或多个相互配合使用的不同电力电子器件，按照典型电力电子电路所需要的拓扑结构连电力电子器件，按照典型电力电子电路所需要的拓扑结构连接并封装在一起的器件集成。接并封装在一起的器件集成。l可缩小装置体积，降低成本，提高可靠性可缩小装置体积，降低成本，提高可靠性。l对工作频率高的电路，可大大减小线路电感，从而简化对工作频率高的电路，可大大减小线路电感，从而简化 对保护和缓冲电路的要求。对保护和缓冲电路的要求。GTR两单元两单元GTR六单元六单元GTR两单元两单元GTR六单元六单元2.功率集成电路功率集成电路(Power Integrated Circuit，PIC)将电力电子开关器件和控制系统中的某些信息电子电路将电力电子开关器件和控制系统中的某些信息电子电路（如逻辑、保护、检测和传感功能等），整体集成在一起。（如逻辑、保护、检测和传感功能等），整体集成在一起。（1）高压集成电路（）高压集成电路（HVIC）是横向高耐压电力电子器件和控制电路的单片集成。是横向高耐压电力电子器件和控制电路的单片集成。（2）智能功率集成电路（）智能功率集成电路（SPIC）是电力电子器件与控制、保护和传感器等电路的集成。是电力电子器件与控制、保护和传感器等电路的集成。智能功率开关智能功率开关 属于固态开关，在同一个芯片中集成了控属于固态开关，在同一个芯片中集成了控制部件（逻辑、接口、驱动器）、诊断、保护功能以及功制部件（逻辑、接口、驱动器）、诊断、保护功能以及功率级。率级。智能功率模块（智能功率模块（Intelligent Power Module，IPM）由高由高速低功耗的速低功耗的IGBT管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成，也称智能电路构成，也称智能IGBT（Intelligent IGBT）。）。lIPM内部设置有过电压，过电流和过热等故障检测电路，即内部设置有过电压，过电流和过热等故障检测电路，即使负载发生事故或使用不当，也可以保证使负载发生事故或使用不当，也可以保证IPM自身不受损坏。自身不受损坏。lIPM是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种非常理想的电力电子器件。电的一种非常理想的电力电子器件。本章总结本章总结 本章介绍了各种电力电子器件的本章介绍了各种电力电子器件的基本结构基本结构、工作原理工作原理、基本特性基本特性和和主要参数主要参数。主要内容：主要内容：电力电子器件类型归纳：电力电子器件类型归纳：不控型：不控型：电力二极管电力二极管可控型：可控型：晶闸管、晶闸管、GTR、电力、电力MOSFET、IGBT和和PIC等。等。其中，电压型器件以其工作频率高、控制功率低、驱动电其中，电压型器件以其工作频率高、控制功率低、驱动电路简单的特点成为近年来发展的主流器件。功率集成电路路简单的特点成为近年来发展的主流器件。功率集成电路PIC的出现将带动电力电子技术进入智能化阶段。的出现将带动电力电子技术进入智能化阶段。作作 业业1.1.电力电子器件按其控制特性可分为哪两类电力电子器件按其控制特性可分为哪两类?工作在什么方式工作在什么方式?2.2.功率二极管的正向电流由什么来决定功率二极管的正向电流由什么来决定?3.3.晶闸管导通的条件是什么晶闸管导通的条件是什么?4.4.额定电流额定电流100A100A的晶闸管可通过多少安培的电流有效值的晶闸管可通过多少安培的电流有效值?实际实际 使用时按流过最大平均电流的多少倍来选取晶闸管的额定电使用时按流过最大平均电流的多少倍来选取晶闸管的额定电 流流?5.MOSFET5.MOSFET是何种控制型的开关器件是何种控制型的开关器件?有哪些突出的优点有哪些突出的优点?在什在什 么条件下么条件下,D,D、S S之间形成导电沟道？之间形成导电沟道？U UGSGS与与I ID D成什么关系？成什么关系？6.6.IGBT是一种什么样的器件是一种什么样的器件?它以什么为主导元件它以什么为主导元件?以什么为以什么为 驱动元件的达林顿结构驱动元件的达林顿结构?7.IGBT在电力电子电路中工作时在电力电子电路中工作时,在什么工作区之间转换在什么工作区之间转换?它它 易于怎样使用易于怎样使用?8.决定决定IGBT安全工作区的三个极限参数是什么安全工作区的三个极限参数是什么?与管子的导通与管子的导通 时间有什么关系时间有什么关系?9.9.智能功率模块智能功率模块IPMIPM专指什么样的集成器件专指什么样的集成器件?10.10.导致电力电子器件损坏的原因有哪些导致电力电子器件损坏的原因有哪些?11.11.下列器件中下列器件中()()最适合在小功率、高开关频率的变换电最适合在小功率、高开关频率的变换电 路中。路中。A.GTR B.IGBT C.MOSFET D.SCRA.GTR B.IGBT C.MOSFET D.SCR12.12.下列器件中（下列器件中（）属于不可控型，（）属于不可控型，（）属于全控型，）属于全控型，（）属于半控型。）属于半控型。A.肖特基二极管肖特基二极管 B.双向晶闸管双向晶闸管 C.IGBT
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