第1章 電力電子器件

1.1 概述

電力電子器件（Power Electronic Device）是指在電能變換與控制的電路中，實現電能的變換或控制的電子器件。目前半導體電力電子器件是電能變換和控制領域的主力。電力電子器件在電路中一般以開關形式進行工作，電力電子器件應具備工作損耗小、承受電流和電壓能力大、開關速度快等特點。

電力電子器件發展非常迅速，品種也非常多，目前最常用的有不可控的電力二極管，半可控的普通晶閘管（SCR）、雙向晶閘管（TRIAC），全可控的可關斷晶閘管（GTO）、功率晶體管（GTR或稱BJT）、功率場效應管（Power MOSFET）、絕緣柵雙極型功率晶閘管（IGBT），以及新型的功率集成電路（PIC）、智能功率模塊（IPM）等。與電力電子器件相配套的各種專用集成驅動控制電路和保護電路發展也很快，品種不斷推陳出新。目前市場上常見的電力電子器件及分類見表1.1。

表1.1 電力電子器件及分類

電力電子器件分類方法主要有以下3種。

1.受控方式

按電力電子器件的受控方式，可分為不可控、半可控和全控器件三類。不可控器件器件本身沒有導通、關斷控制能力。這類器件包括普通整流二極管，肖特基（Schottky）整流二極管等。半可控器件通過控制信號只能控制其導通，不能控制其關斷，這類器件包括普通晶閘管，快速、光控、逆導、雙向晶閘管等。全控器件通過控制信號既可控制其導通又可控制其關斷，屬于全控型器件主要有GTO、GTR、功率MOSFET、IGBT等。

2.載流子類型

按電力電子器件內部電子和空穴兩種載流子參與導電的情況，可將電力電子器件分為單極型、雙極型和混合型三類。單極型器件由一種載流子參與導電的器件，稱為單極型器件，如功率MOSFET、靜電感應晶體管SIT等。雙極型器件由電子和空穴兩種載流子參與導電的器件，稱為雙極型器件，如PN結整流管、普通晶閘管、電力晶體管等。混合型器件由單極型和雙極型兩種器件組成的復合型器件，稱為混合型器件，如 IGBT、MCT等。

3.控制信號性質

按控制信號的不同，電力電子器件可分為電壓控制型和電流控制型兩種。電流控制型器件采用電流信號來實現導通或關斷控制，代表器件如晶閘管、電力晶體管等。電壓控制型器件采用場控原理控制器件的通/斷狀態，代表器件如功率MOSFET、IGBT 等。