电力电子技术——电力电子器件概述

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我是靠谱客的博主孝顺巨人，最近开发中收集的这篇文章主要介绍电力电子技术——电力电子器件概述，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

参考书目：电力电子技术/王兆安，刘进军主编. —5版. —北京：机械工业出版社

标准书号：ISBN 978-7-111-26806-2

1.电力电子器件的概念和特征

概念：可直接用于处理电能的主电路（在电器设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路）中，实现电能的变换或控制的电子器件。往往专指电力半导体器件。

特征：

1）主要材料是硅。

2）电力电子器件处理电功率的能力小至毫瓦级，大至兆瓦级，一般都远大于处理信息的电子器件。

3）因处理的电功率大，为减小本身的损耗，提高效率，电力电子器件一般都工作在开关状态。

4）实际应用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路（电力电子器件处理的功率较大，需要一定的中间电路来放大信号）来控制。

5）尽管工作在开关状态，电力电子器件自身的功率损耗（通态损耗、断态损耗、开关损耗）通常仍远大于信息电子器件，为保证器件安全，不仅在器件封装上比较讲究散热设计，还需在工作时安装散热器。

2.应用电力电子器件的系统组成

电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。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或关断，来完成整个系统的功能。在有的系统中，需要检测主电路或者应用现场的信号，再根据这些信号并按照系统的工作要求来形成控制信号，这就还需要有检测电路。

图一电力电子器件在实际应用中的系统组成

主电路中的电压和电流一般都比较大，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之间一般需要进行电气隔离。

3.电力电子器件的分类

根据电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度：

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的电力电子器件。主要是晶闸管及其大部分派生器件，器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。

2) 全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。目前最常用的是绝缘栅双极晶体管（IGBT）和电力场效应管（MOSFET）。

3) 不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件，也就不需要驱动电路。这种器件是电力二极管，基本特性与信息电子电路中的二极管一样，器件的通断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。

根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质：

1） 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。

2） 电压驱动型：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。实际上是通过加在控制端上的电压在器件的两个主电路端子之间产生可控的电场来改变流过器件的电流大小和通断状态的，所以电压驱动型器件又被称为场控器件，或者场效应器件。

根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间有效信号的波形：

1） 脉冲触发型：通过在控制端施加一个电压或者电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控制，一旦已进入导通或者阻断状态且主电路条件不变的情况下，器件就能够维持其导通或阻断状态，而不必通过继续施加控制端信号来维持其状态。

2）电平触发型：必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件开通并维持在导通状态，或者关断并维持在阻断状态。

根据器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况：