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电力电子器件介绍及应用 陈钊民 电自2班 什么是电力电子器件？ 电力电子器件（Power Electronic Device）又称为功率半导体器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）。 电力电子器件的发展 20世纪50年代，电力电子器件主要是汞弧闸流管和大功率电子管。60年代发展起来的晶闸管，因其工作可靠、寿命长、体积小、开关速度快，而在电力电子电路中得到广泛应用。70年代初期，已逐步取代了汞弧闸流管。80年代，普通晶闸管的开关电流已达数千安，能承受的正、反向工作电压达数千伏。在此基础上，为适应电力电子技术发展的需要，又开发出门极可关断晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管等一系列派生器件，以及单极型MOS功率场效应晶体管、双极型功率晶体管、静电感应晶闸管、功能组合模块和功率集成电路等新型电力电子器件。 电力电子器件的简介 各种电力电子器件均具有导通和阻断两种工作特性。功率二极管是二端(阴极和阳极)器件，其器件电流由伏安特性决定，除了改变加在二端间的电压外，无法控制其阳极电流，故称不可控器件。普通晶闸管是三端器件，其门极信号能控制元件的导通，但不能控制其关断，称半控型器件。可关断晶闸管、功率晶体管等器件，其门极信号既能控制器件的导通，又能控制其关断，称全控型器件。后两类器件控制灵活，电路简单，开关速度快，广泛应用于整流、逆变、斩波电路中，是电动机调速、发电机励磁、感应加热、电镀、电解电源、直接输电等电力电子装置中的核心部件。这些器件构成装置不仅体积小、工作可靠，而且节能效果十分明显(一般可节电10%～40%)。 单个电力电子器件能承受的正、反向电压是一定的，能通过的电流大小也是一定的。因此，由单个电力电子器件组成的电力电子装置容量受到限制。所以，在实用中多用几个电力电子器件串联或并联形成组件，其耐压和通流的能力可以成倍地提高，从而可极大地增加电力电子装置的容量。器件串联时，希望各元件能承受同样的正、反向电压；并联时则希望各元件能分担同样的电流。但由于器件的个异性，串、并联时，各器件并不能完全均匀地分担电压和电流。所以，在电力电子器件串联时，要采取均压措施；在并联时，要采取均流措施。 电力电子器件工作时，会因功率损耗引起器件发热、升温。器件温度过高将缩短寿命，甚至烧毁，这是限制电力电子器件电流、电压容量的主要原因。为此，必须考虑器件的冷却问题。常用冷却方式有自冷式、风冷式、液冷式(包括油冷式、水冷式)和蒸发冷却式等。 电力电子器件开关电源的应用 开关电源又称交换式电源、开关变换器，是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。 1、开关电源的概念 2、开关电源的电路组成 3、开关电源的常用电路类型 4、开关电源的分类 5、通信设备对开关电源的要求 一、开关电源的概念 开关电源和线性电源、相控电源的比较 ①线性电源：线性电源的主要特点就是功率器件工作在放大状态，具有 稳定度高、可靠性好、成本低等优点，但是效率低、笨重和体积大的缺 点。只能做中、小功率的电源。 ②相控电源：是通过控制可控硅的导通角来达到稳压作用，功率因数比 较低、效率低、笨重、体积大。 一、开关电源的概念 开关电源（swiching－mode power supply） 开关电源因为体积小、效率高已经充斥了我们的日常生活，从移动电 话的充电器，到我们的彩电、音像供电电源；从路边的霓虹灯，到车站 的电子显示牌，这些都用到了开关电源；从我们的台式计算机，到便携 笔记本电脑等等，这些都离不开开关电源。 当然开关电源的输入并不限于是交流（AC/DC电源），还可以是直流 （DC/DC电源和DC/AC电源）。开关电源交流输入电压范围比较宽，可 以从几十伏到上千伏。就目前而言，开关电源的控制方式有两种：脉宽 调制和频率调制（Pulse Frequency Modulation －PFM）。脉宽调制 （Pulse Width Modulation－PWM）方式比较常见，我们中兴通讯电源 均采用的是这种方式。 一、开关电源的概念 开关电源的主要指标 ①无故障运行间隔时间 这是开关电源最重要的指标，衡量了开关电源的工作可靠性。一般说 的是开关电源平均无故障运行间隔时间越长约好。 ②工作效率 输出功率与输入功率的比值就是开关电源的工作效率，衡量开关电 源在变换过程中所产生的损耗，对于目前我们的开关电源工作效率