1.1 電力電子器件的特點與分類

1.1.1 電力電子器件的特點

電力電子器件是指能實現電能變換或控制的電子器件。和信息系統中的電子器件相比，具有以下特點。

（1）電力電子器件往往工作在開關狀態。關斷時承受一定的電壓，但基本無電流流過；導通時流過一定的電流，但器件只有很小的導通壓降。電力電子器件工作時在導通和關斷之間不斷切換，其動態特性是器件的重要特性。

（2）電力電子器件處理的功率較大，具有較高的導通電流和阻斷電壓。由于自身的導通電阻和阻斷時的漏電流，電力電子器件會產生較大的耗散功率，往往是電路中主要的發熱源。為便于散熱，電力電子器件往往具有較大的體積，并且使用時一般都要安裝散熱器，以限制因耗散功率造成的升溫。

（3）電力電子器件的工作狀態通常由信息電子電路來控制。由于電力電子器件處理的電功率較大，信息電子電路不能直接控制，需要中間電路將控制信號放大，該放大電路就是電力電子器件的驅動電路。

（4）需要緩沖和保護電路。電力電子器件的主要用途是高速開關，與普通電氣開關、熔斷器和接觸器等電氣元件相比，其過載能力不強，電力電子器件導通時的電流要嚴格控制在一定范圍內。過電流不僅會使器件特性惡化，還會破壞器件結構，導致器件永久失效。與過電流相比，電力電子器件的過電壓能力更弱，僅有少量的裕量，即使是微秒級的過電壓脈沖都可能造成器件永久性的損壞。在電力電子器件開關過程中，電壓和電流會發生急劇變化，為了增強器件工作的可靠性，通常要采用緩沖電路來抑制電壓和電流的變化率，降低器件的電應力；采用保護電路來防止電壓和電流超過器件的極限值。

1.1.2 電力電子器件的分類

按照電力電子器件能夠被控制電路信號所控制的程度，可對電力電子器件進行如下分類1。（1）不可控器件。不能通過控制信號來控制電路的通斷，器件的導通與關斷完全由自身在電路中承受的電壓和電流來決定。典型器件是功率二極管。

（2）半控型器件。通過控制信號能控制其導通而不能控制其關斷的電力電子器件。典型半控型器件是晶閘管及其派生器件。

（3）全控型器件。通過控制信號既可以控制其導通，又可以控制其關斷的電力電子器件。這類器件的品種很多，典型器件有門極可關斷晶閘管（GTO）、電力晶體管（GTR）、

功率場效應管（PowerMOSFET）和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等。

而按照控制電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號的性質，又可將可控電力電子器件分為電流驅動型器件和電壓驅動型器件。

（1）電流驅動型器件通過從控制極注入和抽出電流來實現器件的通斷，其典型代表是GTR。大容量GTR的開通電流增益較低，即基極平均控制功率較大。

（2）電壓驅動型器件通過在控制極上施加正向控制電壓實現器件導通，通過撤除控制電壓或施加反向控制電壓使器件關斷。當器件處于穩定工作狀態時，其控制極無電流，因此平均控制功率較小。由于電壓驅動型器件是通過控制極電壓在主電極間建立電場來控制器件導通，故也稱場控或場效應器件，其典型代表是PowerMOSFET和IGBT。

根據器件內部帶電粒子參與導電的種類不同，電力電子器件又可分為單極型、雙極型和復合型三類。器件內部只有一種帶電粒子參與導電的稱為單極型器件，如PowerMOSFET；器件內有電子和空穴兩種帶電粒子參與導電的稱為雙權型器件，如GTR和GTO；由雙極型器件與單極型器件復合而成的新器件稱為復合型器件，如IGBT等。