电力电子设备的分类根据电力电子设备受控制电路信号控制的程度进行分类:
1.半导体闸流管等半控设备;
2.全控型器件,如GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(巨晶体管)、功率MOSFET(功率场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管);
3.不可控设备,如功率二极管。
根据驱动电路在电力电子器件的控制端和公共端之间施加的信号的性质:
1.电压驱动器件,如IGBT、功率MOSFET和SITH(静电感应晶闸管);
2.电流驱动器件,如晶闸管、GTO和GTR。
根据驱动电路在电力电子器件的控制端和公共端之间添加的有效信号波形:
1.脉冲触发型,如晶闸管、GTO;
2.电子控制型,如GTR、功率MOSFET和IGBT。
根据电力电子器件中电子和空穴两种载流子参与导电的情况,分为以下几类:
1.双极器件,如功率二极管、晶闸管、GTO、GTO;
2.单极器件,如功率MOSFET、SIT、肖特基势垒二极管;
3.复合器件,如MCT(MOS控制晶闸管)、IGBT、西斯和IGCT。
电力器件的特性在电气设备或电力系统中,直接承担电能变换或控制任务的电路称为主电源电路,电子器件就是电力电子器件。从广义上讲,电力电子器件可以分为两大类:电真空器件和半导体器件。从20世纪50年代开始,真空管只用于高频(如微波)的大功率高频电源,而功率半导体器件已经取代了水银整流器、闸流管等电真空器件,成为绝对主力。所以电力电子器件往往指的是功率半导体器件,使用的主要材料仍然是硅。
与处理信息的电子设备相比,电力电子设备具有以下一般特征:
(1)处理电功率的能力,即承受电压和电流的能力,从毫瓦到兆瓦,大多远大于处理信息的电子设备。
(2)一般工作在通断状态,即导通时(导通状态),阻抗很小,接近短路,管压降接近于零,电流由外电路决定;阻断时(关断状态),阻抗很大,接近开路,电流几乎为零,而管两端电压由外电路决定。这些关断特性和参数也是电力电子器件的重要特性。
(3)在实际应用中,电力电子器件往往需要受到信息电子电路的控制。在主电路和控制电路之间,需要一定的中间电路来放大控制电路的信号,控制电路是电力电子器件的驱动电路。
(4)为了保证损耗产生的热量不会使器件因温度过高而损坏,不仅要考虑器件封装上的散热设计,而且在其工作过程中一般还要安装散热器。这是因为当器件开启时,有一定的通态压降,导致通态损耗;关断时有很小的关态漏电流流过器件,造成关态损耗;并且器件在开关时会有通态损耗和关态损耗,一般称为开关损耗。对于某些器件,驱动电路注入的功率也是器件发热的原因之一。通常情况下,电力电子器件的关态漏电流极小,因此通态损耗是功率损耗的主要原因。当器件的开关频率较高时,开关损耗会增加,并可能成为器件功率损耗的主要因素。
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