任務一 電力電子器件

電力電子器件（Power Electronic Device）又稱為功率半導體器件，用于電能變換和電能控制電路中的大功率（通常指電流為數十至數千安，電壓為數百伏以上）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狀態。

（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大于信息電子器件，一般都要安裝散熱器。電力電子系統由控制電路、驅動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。

控制電路按系統的工作要求形成控制信號，通過驅動電路去控制主電路中電力電子器件的通或斷，來完成整個系統的功能。

有的電力電子系統中，還需要有檢測電路，對主電路某些參數進行檢測并加以控制。

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，如驅動電路與主電路的連接處或者驅動電路與控制信號的連接處，以及主電路與檢測電路的連接處，一般需要進行電氣隔離，而通過其他手段，如光、磁等來傳遞信號。

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電路，以保證電力電子器件和整個電力電子系統正常可靠運行，這往往是非常必要的。

器件一般有三個端子（或稱極），其中兩個連接在主電路中，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主電路端子之間加一定的信號來控制的，這個主電路端子是驅動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——通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷。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——通過控制信號既可控制其導通又可控制其關斷，又稱為自關斷器件。例如，絕緣柵雙極晶體管（Insulated-Gate Bipolar Transistor，IGBT）、電力場效應晶體管（Power MOSFET，電力MOSFET）、門極可關斷晶閘管（Gate-Turn-Off Thyristor，GTO）等。

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

按照驅動電路信號的性質，分為以下兩類。

（1）電流驅動型——通過從控制端注入或者抽出電流來實現導通或者關斷的控制。

（2）電壓驅動型——僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可實現導通或者關斷的控制。

一個理想的功率半導體器件，應該具有好的靜態和動態特性，在截止狀態時能承受高電壓且漏電流要小；在導通狀態時，能流過大電流和很低的管壓降；在開關轉換時，具有短的開、關時間；通態損耗、斷態損耗和開關損耗均要小，同時能承受高的dI/dt和dU/dt，以及具有全控功能。