电力电子器件基础

电力电子器件分类

按驱动信号的性质分类:

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

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以实现导通或关断控制。

按器件内部载流子参与导电情况分类:

• 双极性器件

• 单极性器件

• 复合型器件

双极型器件:GTR、SCR、GTO、二极管。由电子和空穴两种载流子参与导电。

单极型器件:MOSFET。由一种载流子参与导电。

复合型器件:IGBT。由单极型器件和双极型「器件集成混合而成。也称作混合型器件。

不可控器件--电力二极管

工作原理

电导调制效应:当PN结外加正向电压，流过正向电流较大时，

通过正向PN结两侧载流子存储量或电导率的自动调节作用，

使得压降随着正向电流的增大而增加很少，基本维持在1V左右，

所以正向偏置的PN结表现为低阻态

P-I-N结构

i区指的是N负离子区

反偏时

（在阴阳两极加上负向电压）

i区的厚度决定了击穿电压的强度

正偏时

（在阴阳两极加上正向电压）

正向电流会变大，从P区流向I区的空穴浓度会变大

为了保持电中性的条件，就会让N区进入I区的电子数量也会增大

此时随着电流的增大，整体来说它的电阻率会下降

电导调制效应：解决i高电阻率

主要参数

IF（AV）：正向平均电流

额定电流（讲电力二极管的时候，额定电流认为是正向平均电流）

在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。

IF（AV）是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。

IF（AV）

电力二极管的额定电流与其允许的电流有效值的关系为:

电力二极管的主要类型

• 普通二极管:又称整流二极管。

• 快恢复二极管:反向恢复时间一般在5微秒以下。

• 肖特基二极管:以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管。

肖特基二极管是一种单极型器件!!!受载流子存储现象影响较小，反向恢复时间很短（10~40ns）

晶闸管

• 晶闸管(SCR)

• 其承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的，在大容量的应用场合仍有重要地位。

有三个PN结

正向阻断状态:

不施加控制信号，将正向电压(阳极电位高于阴极电位)加到晶闸管两端，J2结反偏。

若电压过大，则正向击穿

反向阻断状态:

不施加控制信号，将反向电压加到晶闸管两端，J1和]3结反偏。

若电压过大，则反向击穿

IG使T2导通 ， T2导通使T1导通 ，T1导通使T2进一步导通 ， 形成正反馈 ，使晶闸管迅速导通

在晶闸管导通之后将IG撤去，此时晶闸管还能导通吗?

晶闸管:

只能控制导通，不能控制关断的半控型器件。

属于电流驱动型器件。

导通条件:

阳极与阴极之间加上正向电压

门极和阴极之间加上正向电压

门极存在触发电流

关断条件:

使阳极电流减小到接近于零的某一数值IH之下;

(减小UAk到零或加反压，使晶闸管中电流小于某一值IH。)

维持电流IH

在室温下，控制极开路(IG = 0被撤走了)、晶闸管被触发导通后，维持导通状态所需要的最小电流。

擎住电流IL:

晶闸管刚从断态转入通态，并且移除触发信号后，能够维持导通所需要的最小电流，一般是IH的2-4倍。

晶闸管的派生器件

快速晶闸管（开通和关断速度比较快）:分为快速晶闸管和高频晶闸管，普通晶闸管的关断时间在数百微秒，快速晶闸管在数十微秒，高频晶闸管在十微秒左右。

双向晶闸管:不用平均值而用有效值

来表示其额定电流值。

逆导晶闸管:将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件

光控晶闸管:利用一定波长的光照信号触发导通晶闸管。