电力电子技术第二章总结
电力电子器件
电力电子器件概述
主电路定义：直接承担电能的变化或控制任务的电路
电力电子器件往往专指电力半导体器件
电力电子器件的特征
- 用于处理电功率的大小。也就是承受电压和电流的能力。毫瓦级-兆瓦级
- 工作在开关状态
- 需要驱动电路。需要一定的中间电路对这些信号进行适当的放大。
- 功率损耗大，需要散热器。其自身功率损耗大于信息电子器件。开关损耗：开通损耗与关断损耗，开关频率较高时，开关损耗会成为器件的功率损耗的主要因素。通态损耗：导通时存在的压降；断态损耗：阻断时器件有微小的断态漏电流通过。
电力电子器件的组成
粗略：主电路和控制电路
详细：控制电路、保护电路、驱动电路、电力电子器件、（宏观上还要检测电路）
控制电路：由信息电子电路组成的控制电路，按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路控制主电路中电力电子器件的导通和关断，完成整个系统的功能。
电力电子器件的分类
三类，控制电路信号的程度
| 类型 | 器件代表 |
|---|---|
| 半控型 | 晶闸管SCR |
| 全控型 | 绝缘栅双极晶体管IGBT、电力场效应晶体管MOSFET |
| 不可控 | 电力二极管，无需驱动电路 |
其他分类：电压驱动型（场控器件）、电流驱动型
脉冲触发型、电平控制型
单极型、双极型、复合型（按照内部载流子种类）
半控型：晶闸管
结构
阳极A、阴极K、门极G三个连接端，G为控制端
电气符号
工作原理
外电路注入门极电流IG且阳极到阴极正向导通
基本特性
静态特性
导通条件：承受正向电压、门极有触发电流
不导通：承受反向电压，不论门极是否有电流都不导通
保持导通：晶闸管一旦导通，门极失去控制作用
关断条件：通过外加电压和外电路作用，使流过晶闸管的电流降到接近于0的某一数字以下
动态特性
开通过程为延迟时间（随门极电流的增大而减少）、上升时间（随阳极电压的增大而减少）的加和。
关断时间为反向阻断恢复时间+正向阻断恢复时间，为几百微秒，在正向阻断恢复时间内，重新对晶闸管施加正向电压会重新正向导通。
主要参数
电压定额
选择正向断态重复峰值电压==UDRM和反向重复峰值电压URRM==的较小的标值作为额定电压。
电流定额
定义：国标规定为通态平均电流为晶闸管在环境温度为40摄氏度，规定冷却状态下，稳定结温不超过额定结温所允许流过的最大工频正向半波电流的平均值。并应该留有一定的裕度（1.5~2倍）。
正弦半波电流有效值与平均值之比为Kf=1.57,平均值（额定值）的符号Id，有效值的符号I，也就是Kf=I/Id，裕度是对于晶闸管的平均电流扩大范围。
eg:现有一个电路，流过的电流的有效值为400A,问应该选额定值为什么的晶闸管。
1.将该波形电流中晶闸管需要承受住的电流平均值，也就是400A /1.57=255A，下一步，将这个电流扩大到裕度的范围：1.5~2倍，得到晶闸管应有的选型。
不可控：电力二极管
结构
阳极A和阴极K
电气符号
工作原理
PN结的单向导电性
基本特性
静态特性
即为其伏安特性，承受大到门槛电压UTO之后，电力二极管导通
动态特性
恢复特性，定义为软性（软度），电流下降时间tf/td为恢复特性的软度，或者恢复系数，称为Sr。
主要参数
额定电流（正向平均电流IF）
电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度和散热条件下，允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值，正弦半波电流有效值与平均值之比为Kf=1.57,平均值（额定值）的符号Id，有效值的符号I，也就是Kf=I/Id
反向重复峰值电压URRM=2/3 UB
按照电力二极管可能承受的反向最高峰值电压的两倍选定此阐述。
最高工作结温T1M
PN结不致损坏的前提下的所承受的最高平均温度。
浪涌电流IFSM
能承受的足底啊的连续一个或者几个工频周期的过电流
三种主要类型
普通二极管
别名整流二极管，反向恢复时间长，在5μs以上
快恢复二极管
恢复时间很短，在5μs以下，分为快速恢复与超快速恢复两个等级。
肖特基二极管
优点：反向恢复时间很短，正向恢复过程不会有明显的电压过冲；在反向耐压较低时，正向压降很小，明显低于快恢复二极管。效率高。
弱点：必须严格限制工作温度。
全控型：4种（GTO、GTR、MOSFET、IGBT）
GTO（门极可关断晶闸管）
电气符号
特点
饱和程度浅
α1+α2<1，门极易控制关断
开通过程更快
应用大功率场合，其他场合的应用被MOSFET和IGBT取代。当需要其使用在承受反向电压的场合需要和电力二极管串联使用。
GTR（巨型晶体管）
电气符号
特点
耐高压、大电流、开关特性好的双极结型晶体管，通常采用至少两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构。
GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管短很多，也短于GTO
MOSFET（电力场效应晶体管）
电气符号
特点
- 栅极电压控制漏极电流
- 驱动电路简单，需要的驱动功率小
- 开关速度快，工作频率高
- 热稳定性优于GTR
- 电流容量小，耐压低，多用于功率不超过10KW的电力电子装置
- MOSFET的工作频率达到100kHZ，是主要电力电子器件中最高的
工作原理
导通：栅源极正电压UGS，形成反型层，J1消失，漏源极导电，达到开启电压UT，当栅源极正电压比开启电压大的越多，漏极电流越大。
截止：漏源极正电压，栅源极无电压，PN结J1反偏
IGBT（绝缘栅双极晶体管）
电气符号
IGBT是三端器件，具有栅极G、集电极C、发射极E，是一种由MOSFET和GTR组成的达林顿结构，驱动原理与MOSFET基本相同，是一种场控器件。
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