第1章电力电子器件1.1电力电子器件概述1.1.1电力电子器件的概念和特征电力电子器件是功率半导体器件。1）电力电子器件所能处理电功率的大小，是其最重要的参数。其处理电功率的能力一般远大于处理信息的电子器件。2）电力电子器件因处理电功率较大，为了减小本身的损耗、提高效率，一般都工作在开关状态。3）电力电子器件在实际应用中往往由信息电子电路来控制。信息电子电路是电力电子器件的驱动电路。4）电力电子器件尽管工作在开关状态，但是自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，为了保证不至于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上考虑散热设计，而且在其工作时一般都还需要设计安装散热器。1.1.2电力电子器件的基本类型不能用控制信号控制其通断，不需要驱动电路3.按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况1.1.3电力电子器件的模块化与集成化功率模块表1-1电力电子器件1.1.4电力电子器件的应用领域1.2电力二极管1.2电力二极管1.2.1PN结的工作原理PN结的单向导电性：承受正向电压导通，承受反向电压截止PN结反向击穿171.2.2电力二极管的结构与基本特性1.2.2电力二极管的结构与基本特性零偏置电力二极管的关断在tF时刻外加电压突然反向。经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。注意：电流、电压反向问题过冲正偏压时，正向偏压降约为1V左右；导通时，二极管看成是理想开关元件，因为它的开通时间很短；但在关断时，它需要一个反向恢复时间（reverser-recoverytime）。影响二极管开关速度的主要因素是反向恢复时间。1.2.3电力二极管的主要参数1.2.3电力二极管的主要参数1.2.4电力二极管的主要类型1.3晶闸管及其派生器件1.3.1晶闸管的结构与工作原理晶闸管属于电流驱动、双极型、半控型器件，可等效为可控的单向导电开关。图1-7晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a)双晶体管模型b工作原理)晶闸管工作原理如以下方程所示晶体管的特性是：在低发射极电流下是很小的，而当发射极电流建立起来之后，迅速增大。阻断状态：IG=0，1+2很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。开通（门极触发）：注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致1+2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA（阳极电流）将趋近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。晶闸管的开通、关断规律：1.3.2晶闸管的基本特性及主要参数IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压UDB，则漏电流急剧增大，器件开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿。晶闸管本身的压降很小，在1V左右。导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。IH称为维持电流。晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性。晶闸管处于反向阻断状态时，只有极小的反向漏电流流过。当反向电压超过一定限度，到反向击穿电压后，外电路如无限制措施，则反向漏电流急剧增加，导致晶闸管反向击穿、损坏。38晶闸管的静态参数晶闸管的静态参数额定电流、通态平均电流IT(AV)晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却条件下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。维持电流IH晶闸管维持导通所必需的最小电流。若晶闸管阳极电流小于维持电流，则晶闸管进入阻断状态。掣住电流IL晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持其导通所必需的最小阳极电流。对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。IL是晶闸管的临界开通电流，若阳极电流IA未达到IL时就去掉门极信号，晶闸管将自动返回阻断状态。在感性负载电路中，由于阳极电流上升到IL需要一定的时间，若门极信号持续时间低于此值，晶闸管则不能维持住导通状态。2.动态特性及其参数开通过程关断过程断态电压临界上升率du/dt在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。过大，误导通通态电流临界上升率di/dt在规定条件下，晶闸管能承受的最大通态电流上升率。过大，门极局部过热1.3.3晶闸管的派生器件1.4门极可关断晶闸管1.4门极可关断晶闸管1.4门极可关断晶闸管与晶闸管的相同点GTO导通过程与普通晶闸管相同，如何？只是导通时饱和程度较浅、临界饱和状态。GTO关断过程：强烈正反馈——门极加负脉冲即从门极抽出电流，则IB2减小，使IK和IC2减小，IC2的减小又使IA和IC1减小，又进一步减小V2的基极电流。当IA和IK的减