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第二章电力电子器件的原理与特性 要求及重点 要求： 了解电力电子器件（Power electronic device） 的发展、分类与应用 理解和掌握功率二极管、SCR、MOSFET和IGBT 等常用器件的工作原理、电气特性和主要参数 重点： 各种电力电子器件原理、性能上的不同点，各 自应用的场合 电力电子器件的发展 第一代电力电子器件 无关断能力的SCR 第二代电力电子器件 有关断能力的GTO、GTR等 第三代电力电子器件 性能优异的复合型器件如IGBT和智能器件 IPM (Intelligent Power Module) 等 电力电子器件的分类 按其开关控制性能分类： 不控型器件:无控制极，器件的导通与关断完全由其在主电路中承受的电压和电流决定，正偏置导通、反偏置关断。如电力二极管(Power Diode) 半控型器件：控制极（门极）只能控制器件导通而不能控制其关断，器件的关断完全由其在主电路中承受的电压和电流决定。如晶闸管（Thyristor） 全控型器件：通过控制极（门极或基极或柵极）是否施加驱动信号、既能控制管子导通又能控制管子关断。如 如GTO、GTR、 MOSFET 、 IGBT 、IGCT、IPM 单极型器件： 开关时间短、输入阻抗高（电压控制型） 电流具有负的温度特性，二次击穿的可能性很小 通态压降高、电压和电流定额较小 双极型器件： 通态压降较低、阻断电压高、电流容量大 复合型器件： 既有电流密度高、导通压降低的优点，又有输入 阻抗高、响应速度快的优点 电力电子器件的应用 决定应用场合的基本因素 输出容量 工作频率 应用举例 高压输电 电力牵引 开关电源 2. 2 功率二极管 工作原理（基本与普通二极管相同） PN结：正向导通 反向截止 电流到零关断 主要参数: 正向平均电流 ：在指定壳温和散热条件下，允许流过的最大工 频正弦半波电流的平均值 正向压降：在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对 应的正向压降 反向重复峰值电压 ：能重复施加的反向最高峰值电压 最高工作结温 ：在PN结不损坏前提下所能承受的最高平均温度 反向恢复时间 trr：关断过程中，电流降到零起到完全恢复反向 阻断能力止的时间 2. 3 晶闸管（ Silicon Controlled Rectifier---SCR） 名称 晶闸管（Thyristor） 可控硅（SCR） 外形与符号 有螺栓型(200A)和 平板型(200A)两种 封装 SCR的工作原理 SCR的特性 静态特性（伏安特性） 承受反压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管均不导通 承受正压时，仅在门极有触发电流时，晶闸管才能开通 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。 若要关断晶闸管，只能将其电流降到接近于零的某一数值以下 SCR的导通和关断条件 当SCR承受反向阳极电压时，不论门极承受何种电压，SCR均处于阻断状态 当SCR承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下，SCR才能导通 SCR在导通时，只要仍然承受一定正向阳极电压，不论门极电压如何，SCR仍能导通 SCR在导通情况下，当主电路电流减少到一定程度时，SCR恢复为阻断。阻断方法是： ① 阳极—阴极间加反向电压（常用方法） ② 减小阳极—阴极间电压、增大回路阻抗 SCR的主要参数 电压定额 断态重复峰值电压 VDRM：门极断路且结温为额定值时，允许 重复加在器件上的正向峰值电压 反向重复峰值电压 VRRM ：门极断路且结温为额定值时，允许 重复加在器件上的反向峰值电压 额定电压：晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值 通态（峰值）电压 VTM ：晶闸管通以某一规定倍数的额定通态 平均电流时的瞬态峰值电压 正向不重复峰值电压VDSM ： 反向不重复峰值电压VRSM：