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《电力电子技术》 电子教案
第1章 电力电子器件
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第1章 电力电子器件引言1.11.2 1.3 1.4 1.5
电力电子器件概述不可控器件——电力二极管 半控型器件——晶闸管 典型全控型器件 其他新型电力电子器件
1.61.7 1.8
电力电子器件的驱动电力电子器件的保护 电力电子器件的串联和并联使用
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小结第1章第2页
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引
言集成电路
电子技术的基础 —— 电子器件：晶体管和电力电子电路的基础 —— 电力电子器件 本章主要内容： 简要概述电力电子器件的概念、特点和分类等 问题 介绍各种常用电力电子器件的工作原理、基本特 性,主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题
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1.1 电力电子器件概述1.1 电力电子器件概述1.1.1 电力电子器件的概念和特征 1.1.2 应用电力电子器件的系统组成 1.1.3 电力电子器件的分类 1.1.4 本章内容和学习要点PENEC第1章第4页
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1.1 电力电子器件概述
1.1.1 电力电子器件的概念和特征 主电路(main power circuit)——电气设 备或电力系统中，直接承担电能的变换或 控制任务的电路 电 力 电 子 器 件 ( power electronic device)——可直接用于处理电能的主电 路中，实现电能的变换或控制的电子器件
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征
广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体 器件两类。 两类中，自20世纪50年代以来，真空管仅在 频率很高(如微波)的大功率高频电源中还在 使用，而电力半导体器件已取代了汞弧整流器 ( Mercury Arc Rectifier ) 、 闸 流 管 (Thyratron)等电真空器件，成为绝对主力。 因此，电力电子器件目前也往往专指电力半导 体器件。 电力半导体器件所采用的主要材料仍然是硅。PENEC第1章第6页
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征
同处理信息的电子器件相比，电力 电子器件的一般特征： (1) 能处理电功率的大小，即承受电 压和电流 的能力，是最重要的参数 其处理电功率的能力小至毫瓦级，大 至兆瓦级, 大多都远大于处理信息的电 子器件。
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1.1.1 电力电子
器件的概念和特征(2) 电力电子器件一般都工作在开关状态 导通时(通态)阻抗很小，接近于短路，管压降接 近于零，而电流由外电路决定
阻断时(断态)阻抗很大，接近于断路，电流几乎 为零，而管子两端电压由外电路决定 电力电子器件的动态特性(也就是开关特性)和参 数，也是电力电子器件特性很重要的方面，有些时 候甚至上升为第一位的重要问题。 作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征(3) 实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电 路来控制。 在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路 对控制电路的信号进行放大，这就是电力电子器 件的驱动电路。 (4)为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温 度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热设计， 在其工作时一般都要安装散热器。 导通时器件上有一定的通态压降，形成通态损耗
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征
阻断时器件上有微小的断态漏电流流过，形成断 态损耗 在器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和 关断损耗，总称开关损耗 对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是 造成器件发热的原因之一 通常电力电子器件的断态漏电流极小，因而通态 损耗是器件功率损耗的主要成因 器件开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可 能成为器件功率损耗的主要因素第1章第10页
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1.1.2 应用电力电子器件的系统组成1.1.2 应用电力电子器件的系统组成 电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以电力 电子器件为核心的主电路组成
图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
控制电路按系统的工作要求形成控制信号，通过 驱动电路去控制主电路中电力电子器件的通或断， 来完成整个系统的功能
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1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
有的电力电子系统中，还需要有检测电路。广义上 往往其和驱动电路等主电路之外的电路都归为控制 电路，从而粗略地说电力电子系统是由主电路和控 制电路组成的。 主电路中的电压和电流一般都较大，而控制电路的 元器件只能承受较小的电压和电流，因此在主电路 和控制电路连接的路径上，如驱动电路与主电路的 连接处，或者驱动电路与控制信号的连接
处，以及 主电路与检测电路的连接处，一般需要进行电气隔 离，而通过其它手段如光、磁等来传递信号。第1章第12页
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1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
由于主电路中往往有电压和电流的过冲，而电力电子 器件一般比主电路中普通的元器件要昂贵，但承受过 电压和过电流的能力却要差一些，因此，在主电路和 控制电路中附加一些保护电路，以保证电力电子器件 和整个电力电子系统正常可靠运行，也往往是非常必 要的。 器件一般有三个端子(或称极或管角),其中两个联 结在主电路中，而第三端被称为控制端(或控制极)。 器件通断是通过在其控制端和一个主电路端子之间加 一定的信号来控制的，这个主电路端子是驱动电路和 主电路的公共端，一般是主电路电流流出器件的端子。
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1.1.3 电力电子器件的分类1.1.3 电力电子器件的分类
按照器件能够被控制电路信号所控制的程 度，分为以下三类： (1) 半控型器件——通过控制信号可以控制 其导通而不能控制其关断 晶闸管(Thyristor)及其大部分派生器件 器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流 决定
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1.1.3 电力电子器件的分类(2) 全控型器件——通过控制信号既可控制其 导通又可控制其关断，又称自关断器件 绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 ( Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT) 电力场效应晶体管(Power MOSFET,简称为 电力MOSFET) 门极可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor — GTO)
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1.1.3 电力电子器件的分类(3)不可控器件——不能用控制信号来控制其通断， 因此也就不需要驱动电路 电力二极管(Power Diode) 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中 承受的电压和电流决定的 按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号 的 性质，分为两类：
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 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 PENEC
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