大工20春《电力电子技术》辅导资料一
电力电子技术辅导资料一主 题：第零章绪论第一章电力电子器件（第1-2节）
学习时间：2020年3月31日--4月5日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
信仰、信念、信心，任何时候都至关重要。小到一个人、一个集体，大到一个政党、一个民族、一个国家，只要有信仰、信念、信心，就会愈挫愈奋、愈战愈勇，否则就会不战自败、不打自垮。无论过去、现在还是将来，对马克思主义的信仰，对中国特色社会主义的信念，对实现中华民族伟大复兴中国梦的信心，都是指引和支撑中国人民站起来、富起来、强起来的强大精神力量。
摘选自《在庆祝改革开放40周年大会上的讲话》习近平《论全面深化改革》
内 容：一、本周知识点及重难点分布
表1-1 本周知识点要求掌握程度一览表
序号
学习知识点
要求掌握程度
本周难点
了解
熟悉理解
掌握
1
绪论
★
2
电力电子器件概述
★
3
电力二极管
★
☆
二、知识点详解
【知识点1】绪论
电力电子技术：使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，及应用与电力领域的电子技术。
通常所用的电力有交流和直流两种。从公共电网直接得到的电力是交流，从蓄电池和干电池得到的电力是直流。
电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术两个分支。电力电子器件制造技术是电力电子技术的基础，变流技术是电力电子技术的核心。
电力变换分类：
① 交流变直流（AC-DC），也称为整流；
② 直流变交流（DC-AC），也称为逆变；
③ 直流变直流（DC-DC），可用直流斩波电路实现；
④ 交流变交流（AC-AC），可以是电压或电力的变换，称做交流电力控制，也可以是频率或相数的变换。
相控方式：晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式，简称相控方式。晶闸管的关断通常依靠电网电压等外部条件来实现。
斩控方式：与晶闸管电路的相位控制方式相对应，采用全控型器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制（PWM）方式。相对于相位控制方式，可称之为斩波控制方式，简称斩控方式。
为了减小开关损耗，软开关技术便应运而生，零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）就是软开关的最基本形式。理论上讲采用软开关技术可使开关损耗降为【知识点2】电力电子器件概述
1、电力电子器件的概念和特征
电力电子器件：功率半导体器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面的大功率电子器件。
特点：①处理功率能力大；②工作在开关状态；③需要控制电路、驱动电路和散热措施。
其他新型电力电子器件：①MOS控制晶闸管MCT；②静电感应晶体管SIT---结型场效应晶体管；③静电感应晶闸管SITH---场控晶闸管；④集成门极换流晶闸管IGCT
2、电力电子器件的分类
按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可以将电力电子器件分为三类：
（1）不可控器件：不能用控制信号来控制其通断，不需要驱动电路。典型器件-电力二极管。
（2）半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。典型器件-晶闸管。
（3）全控型器件：通过控制信号既可控制其导通可控制其关断，又称自关断器件。典型器件-GTO、IGBT绝缘栅双极晶体管，MOSFET电力场效应晶体管。
按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，可以将电力电子器件分为两类：
（1）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的控制。典型器件-IGBT、电力MOSFET、静电感应晶闸管SITH。
（2）电压驱动型场效应器件：仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。典型器件-晶闸管、GTO、GTR。
按照驱动电路信号加在电力电子器件控制端和公共端之间的波形，可以将电力电子器件分为两类：
（1）脉冲触发型：典型器件-晶闸管、GTO；
（2）电平控制型：典型器件-GTR、电力MOSFET、IGBT。
按照电力电子器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，可以将电力电子器件分为三类：
（1）单极型器件：典型器件-电力MOSFET、SIT；
（2）双极型器件：典型器件-电力二极管、晶闸管、GTO 、GTR；
（3）复合型器件：典型器件-MOS控制晶闸管MCT、IGBT。☆【知识点3】不可控器件---电力二极管
1、PN结
物质按导电能力划分：导体、半导体、绝缘体
PN结具有单向导电性的特性。
2、电力二极管的结构和工作原理
（1）结构：从外形上看，电力二极管主要有螺栓型和平板型两种封装。
（2）工作原理
因为PN结具有单向导电性，所以二极管的基本原理为：单向导电性。
图1-1 电力二极管电气符号
电导调制效应：当PN结正向导通，通过正向大电流时，半导体的电阻率下降，电导率增加。
正向电流较大时电力二极管管压降很低，在1V左右。
3、电力二极管的基本特性
（1）静态特性---主要指其伏安特性。
图1-2 电力二极管的伏安特性
① 当电力二极管承受的正向电压打到一定值--门槛电压，正向电流开始明显增加，处于稳定导通状态。
② 与正向电流对应的电力二极管两端的电压为其正向电压降。
③ 当电力二极管承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。
（2）动态特性：指电力二极管工作状态在通态和断态之间转换过程的开关特性。
① 关断过程
a) 须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。
b) 关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。
② 开通过程
4、电力二极管的主要参数
（1）正向平均电流：电力二极管长期运行时，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。
图1-3 波形图
正弦半波电流的最大值为，则平均值：，有效值：，波形系数：。说明：如果，则允许流过最大电流的有效值：。
使用时应如何选取电流定额？按有效值相等的原则选取电流定额，留有裕量。
例如：已知某电力二极管需要流过某种波形电流有效值，则选取电力二极管：正向平均电流为（），且要留倍的裕量。
（2）正向压降：在正向电流导通时二极管上的正向压降。
（3）反向重复峰值电压：对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。使用时，应当留有两倍的裕量。
（4）最高工作结温：是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。通常在125-175℃范围之内。
（5）反向恢复时间：
（6）浪涌电流：指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。
5、电力二极管的主要类型
（1）普通二极管（又称整流二极管）
a) 多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路。
b) 其反向恢复时间较长。
c) 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高。
（2）快恢复二极管，简称快速二极管。
a) 反向恢复过程很短，一般在5(s以下。
b) 从性能上分：快速恢复-- 为数百纳秒或更长
超快速恢复-- 100ns以下，甚至达到20~30ns
c) 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高。
（3）肖特基二极管(SBD)：以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管,简称为肖特基二极管。
优点：①反向恢复时间短（10~40ns）；②在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小；③开关损耗和正向导通损耗小，效率高；④正向恢复过程没有明显的电压过冲。
缺点：①反向耐压提高时，正向压降提高；②多用于200V以下的低压场合；③反向漏电流较大；④温度特性不好，必须严格地限制其工作温度。三、重要理论
1、电力电子技术：使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，及应用与电力领域的电子技术。（知识点1）
2、电力电子器件：功率半导体器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面的大功率电子器件。（知识点2）
3、电力电子器件的分类（知识点2）
按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可以将电力电子器件分为三类：不可控器件（典型器件-电力二极管）、半控型器件（典型器件-晶闸管）、全控型器件（典型器件-GTO、IGBT绝缘栅双极晶体管，MOSFET电力场效应晶体管）。
按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，可以将电力电子器件分为两类：电流驱动型（典型器件-IGBT、电力MOSFET、静电感应晶闸管SITH）、电压驱动型场效应器件（典型器件-晶闸管、GTO、GTR）。
按照驱动电路信号加在电力电子器件控制端和公共端之间的波形，可以将电力电子器件分为两类：脉冲触发型（典型器件-晶闸管、GTO）、电平控制型（典型器件-GTR、电力MOSFET、IGBT）。
按照电力电子器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，可以将电力电子器件分为三类：单极型器件（典型器件-电力MOSFET、SIT）、双极型器件（典型器件-电力二极管、晶闸管、GTO 、GTR）、复合型器件（典型器件-MOS控制晶闸管MCT、IGBT）。
4、二极管的基本原理为：单向导电性（知识点3）四、资源拓展
a)普通二极管 b)快恢复二极管 c)肖特基二极管
图1-4 电力电子器件—二极管图片
五、课后习题
习题1.1 简答题：什么是电力电子技术？
答：电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，及应用与电力领域的电子技术。
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