電力電子器件的概念及分類

1概念和特征

電力電子器件(Power Electronic Device)是指可直接用于處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。廣義上電力電子器件可分為電真空器件和半導(dǎo)體器件兩類，目前往往專指電力半導(dǎo)體器件。目前電力半導(dǎo)體器件所使用的材料仍然以硅為主，當(dāng)然，隨著技術(shù)的發(fā)展更高性能的半導(dǎo)體材料也逐漸被應(yīng)用，如碳化硅(SiC)，砷化鎵(GaN)等。

由于電力電子器件直接用于處理電能的主電路，所以相對(duì)于處理信息的電子器件有如下特征：

所能處理電功率的大小，也就是其承受電壓和電流的能力，是其最重要的參數(shù)，其處理電功率的能力小至毫瓦級(jí)，大至兆瓦級(jí)，一般都遠(yuǎn)大于 處理信息的電子器件。

為了減小本身的損耗，提高效率，一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。導(dǎo)通時(shí)阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，而電流由外電路決定;阻斷時(shí)阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，而管子兩端的電壓由外電路決定，因?yàn)殡娏﹄娮悠骷膭?dòng)態(tài)特性(也就是開關(guān)特性)和參數(shù)也是很重要的。而模擬電子電路中，電子器件一般都工作在線性放大狀態(tài)，數(shù)字電子電路中，電子器件雖然也是工作在開關(guān)狀態(tài)，但是其目的卻是利用開關(guān)狀態(tài)表示不同的數(shù)字信息。

由信息電子電路來控制,而且需要驅(qū)動(dòng)電路。

自身的功率損耗通常仍遠(yuǎn)大于信息電子器件，未來保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致器件溫度過高而損壞，不僅在器件封裝上比較講究散熱設(shè)計(jì)，同時(shí)在其工作時(shí)一般還需要安裝散熱器。

電力電子器件的功率損耗，一般分為通態(tài)損耗、斷態(tài)損耗、開關(guān)損耗(開通損耗和關(guān)斷損耗)。通態(tài)損耗是電力電子器件功率損耗的主要成因。當(dāng)器件的開關(guān)頻率較高時(shí)，開關(guān)損耗會(huì)隨之增大而可能成為器件功率損耗的主要因素。

2應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成

電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中，一般是由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個(gè)系統(tǒng)。

3電力電子器件分類

按照能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度：

半控型器件

器件的關(guān)斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。主要是指晶閘管(Thyristor)及其大部分派生器件。

全控型器件

通過控制信號(hào)既可以控制其導(dǎo)通，又可以控制其關(guān)斷。目前最常用的是IGBT和Power MOSFET。

不可控型器件

不能用控制信號(hào)來控制其通斷。電力二極管(Power Diode)

按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)：

電流驅(qū)動(dòng)型

通過從控制端注入或者抽出電流來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。

電壓驅(qū)動(dòng)型

僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。

按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形(電力二極管除外)：

脈沖觸發(fā)型

通過在控制端施加一個(gè)電壓或電流的脈沖信號(hào)來實(shí)現(xiàn)器件的開通或者關(guān)斷的控制。

電平控制型

必須通過持續(xù)在控制端和公共端之間施加一定電平的電壓或電流信號(hào)來使器件開通并維持在導(dǎo)通狀態(tài)或者關(guān)斷并維持在阻斷狀態(tài)。

按照載流子參與導(dǎo)電的情況：

單極型器件

由一種載流子參與導(dǎo)電。

雙極型器件

由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電。

復(fù)合型器件

由單極型器件和雙極型器件集成混合而成， 也稱混合型器件。

主要講述了一下電力電子器件的相關(guān)概念以及分類，涉及到的各種器件，后續(xù)我們會(huì)一個(gè)個(gè)來講，同時(shí)也會(huì)慢慢對(duì)它們所涉及到的應(yīng)用進(jìn)行敘述。