关于电力电子器件分类与应用思考

电力电子技术是以电力电子器件为基础对电能进行控制、转换和传输的一门技术，是现代电子学的一个重要分支，包括电力电子器件、变流电路和控制电路三大部分，其中以电力电子器件的制造、应用技术为最基本的技术。因此，了解电力电子器件的基本工作原理、结构和电气参数，正确安全使用电力电子器件是完成一部电力电子装置最关键的一步。电力电子器件种类繁多，各种器件具有自身的特点并对驱动、保护和缓冲电路有一定的要求。一个完善的驱动、保护和缓冲电路是器件安全、成功使用的关键，也是本讲座重点讲述的部分。电力电子变换电路常用的半导体电力器件有快速功率二极管、大功率双极型晶体管（gtr）、晶闸管（thyristor或scr）、可关断晶闸管（gto）、功率场效应晶体管（mosfet）、绝缘栅双极晶体管（igbt）以及功率集成电路pic等。在这些器件中，二极管属于不控型器件，晶闸管属于半控型器件，其他均属于全控型器件。scr、gto及gtr属电流驱动型器件，功率mosfet、igbt及pic为电压驱动型器件。在直接用于处理电能的主电路中，实现电能变换和控制的电子器件称为电力电子器件。电力电子器件之所以和“电力”二字相连，是因为它主要应用于电气工程和电力系统，其作用是根据负载的特殊要求，对市电、强电进行各种形式的变换，使电气设备得到最佳的电能供给，从而使电气设备和电力系统实现高效、安全、经济的运行。目前的电力电子器件主要指的是电力半导体器件，与普通半导体器件一样，电力半导体器件所采用的主要材料仍然是硅。

1电力电子器件的一般特征

（1）处理电功率的能力大

（2）工作在开关状态

（3）需要由信息电子电路来控制

（4）需要安装散热器

2电力电子器件的分类

2.1按器件被控程度分类

按照器件控制信号的控制程度，电力电子器件可分为以下三类：

（1）不可控器件。这类器件一般为两端器件，一端是阳极，另一端是阴极。与电子电路中的二极管一样，具有单向导电性。其开关操作仅取决于其在主电路中施加在阳、阴极间的电压和流过它的电流，正向电压使其导通，负向电压使其关断，流过它的电流是单方向的。不可控器件不能用控制信号来控制电流的通断，因此不需要驱动电路。这类器件就是功率二极管（powerdiode）。

（2）半控型器件。这类器件是三端器件，除阳极和阴极外，还增加了一个控制门极。半控型器件也具有单向导电性，但开通不仅需在其阳、阴极间施加正向电压，而且还必须在门极和阴极间施加正向控制电压。门极和阴极间的控制电压仅控制其开通而不能控制其关断，器件的关断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。这类半控型器件是指晶闸管（thyris-tor）及其大部分派生器件。

（3）全控型器件。这类器件也是带有控制端的三端器件，其控制端不仅可以控制其开通，还能控制其关断。这类器件很多，包括门极关断晶闸管（gto）、功率晶体管（gtr）、功率场效应晶体管（功率mos-fet）、绝缘栅双极晶体管（igbt）。目前常用的是功率mosfet和igbt。

2.2按控制信号的性质分类

按照控制信号的性质，电力电子器件可分为以下两类：