任務(wù)一 電力電子器件

電力電子器件（Power Electronic Device）又稱為功率半導(dǎo)體器件，用于電能變換和電能控制電路中的大功率（通常指電流為數(shù)十至數(shù)千安，電壓為數(shù)百伏以上）的電子器件。

同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的一般特征如下：

（1）能處理電功率的能力，一般遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。

（2）電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。

（3）電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。

（4）電力電子器件自身的功率損耗遠(yuǎn)大于信息電子器件，一般都要安裝散熱器。電力電子系統(tǒng)由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成如圖1-1-1所示。

控制電路按系統(tǒng)的工作要求形成控制信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路去控制主電路中電力電子器件的通或斷，來完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。

有的電力電子系統(tǒng)中，還需要有檢測電路，對(duì)主電路某些參數(shù)進(jìn)行檢測并加以控制。

主電路中的電壓和電流一般都較大，而控制電路的元器件只能承受較小的電壓和電流，因此，在主電路和控制電路連接的路徑上，如驅(qū)動(dòng)電路與主電路的連接處或者驅(qū)動(dòng)電路與控制信號(hào)的連接處，以及主電路與檢測電路的連接處，一般需要進(jìn)行電氣隔離，而通過其他手段，如光、磁等來傳遞信號(hào)。

由于主電路中往往有電壓和電流的過沖，而電力電子器件一般比主電路中普通的元器件要昂貴，但承受過電壓和過電流的能力卻要差一些，因此，在主電路和控制電路中附加一些保護(hù)電路，以保證電力電子器件和整個(gè)電力電子系統(tǒng)正常可靠運(yùn)行，這往往是非常必要的。

器件一般有三個(gè)端子（或稱極），其中兩個(gè)連接在主電路中，而第三端稱為控制端（或控制極）。器件通斷是通過在其控制端和一個(gè)主電路端子之間加一定的信號(hào)來控制的，這個(gè)主電路端子是驅(qū)動(dòng)電路和主電路的公共端，一般是主電路電流流出器件的端子。

按照器件能夠被控制的程度，電力電子器件分為以下三類。

（1）半控型器件——通過控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。例如，晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件就是半控型器件，器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定。

（2）全控型器件——通過控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱為自關(guān)斷器件。例如，絕緣柵雙極晶體管（Insulated-Gate Bipolar Transistor，IGBT）、電力場效應(yīng)晶體管（Power MOSFET，電力MOSFET）、門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-Off Thyristor，GTO）等。

（3）不可控型器件——不能用控制信號(hào)來控制其通斷，因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路。例如，電力二極管（Power Diode），只有兩個(gè)端子，器件的通和斷由其在主電路中承受的電壓和電流來決定。

按照驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)的性質(zhì)，分為以下兩類。

（1）電流驅(qū)動(dòng)型——通過從控制端注入或者抽出電流來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。

（2）電壓驅(qū)動(dòng)型——僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。

一個(gè)理想的功率半導(dǎo)體器件，應(yīng)該具有好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)能承受高電壓且漏電流要小；在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，能流過大電流和很低的管壓降；在開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)，具有短的開、關(guān)時(shí)間；通態(tài)損耗、斷態(tài)損耗和開關(guān)損耗均要小，同時(shí)能承受高的dI/dt和dU/dt，以及具有全控功能。