電力電子技術(shù)是以電力電子器件為基礎(chǔ)對(duì)電能進(jìn)行控制、轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)囊婚T技術(shù)，是現(xiàn)代電子學(xué)的一個(gè)重要分支，包括電力電子器件、變流電路和控制電路三大部分，其中以電力電子器件的制造、應(yīng)用技術(shù)為最基本的技術(shù)。因此，了解電力電子器件的基本工作原理、結(jié)構(gòu)和電氣參數(shù)，正確安全使用電力電子器件是完成一部電力電子裝置最關(guān)鍵的一步。

電力電子器件種類繁多，各種器件具有自身的特點(diǎn)并對(duì)驅(qū)動(dòng)、保護(hù)和緩沖電路有一定的要求。一個(gè)完善的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)和緩沖電路是器件安全、成功使用的關(guān)鍵，也是本講座重點(diǎn)講述的部分。電力電子變換電路常用的半導(dǎo)體電力器件有快速功率二極管、大功率雙極型晶體管(GTR)、晶閘管(Thyristor或SCR)、可關(guān)斷晶閘管(GTO)、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)以及功率集成電路PIC等。

在這些器件中，二極管屬于不控型器件，晶閘管屬于半控型器件，其他均屬于全控型器件。SCR、GTO及GTR屬電流驅(qū)動(dòng)型器件，功率MOSFET、IGBT及PIC為電壓驅(qū)動(dòng)型器件。在直接用于處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能變換和控制的電子器件稱為電力電子器件。電力電子器件之所以和“電力”二字相連，是因?yàn)樗饕獞?yīng)用于電氣工程和電力系統(tǒng)，其作用是根據(jù)負(fù)載的特殊要求，對(duì)市電、強(qiáng)電進(jìn)行各種形式的變換，使電氣設(shè)備得到最佳的電能供給，從而使電氣設(shè)備和電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效、安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。目前的電力電子器件主要指的是電力半導(dǎo)體器件，與普通半導(dǎo)體器件一樣，電力半導(dǎo)體器件所采用的主要材料仍然是硅。

1電力電子器件的一般特征

(1)處理電功率的能力大

(2)工作在開關(guān)狀態(tài)

(3)需要由信息電子電路來(lái)控制

(4)需要安裝散熱器

2電力電子器件的分類

2.1按器件被控程度分類

按照器件控制信號(hào)的控制程度，電力電子器件可分為以下三類：

(1)不可控器件。這類器件一般為兩端器件，一端是陽(yáng)極，另一端是陰極。與電子電路中的二極管一樣，具有單向?qū)щ娦浴Ｆ溟_關(guān)操作僅取決于其在主電路中施加在陽(yáng)、陰極間的電壓和流過它的電流，正向電壓使其導(dǎo)通，負(fù)向電壓使其關(guān)斷，流過它的電流是單方向的。不可控器件不能用控制信號(hào)來(lái)控制電流的通斷，因此不需要驅(qū)動(dòng)電路。這類器件就是功率二極管(PowerDiode)。

(2)半控型器件。這類器件是三端器件，除陽(yáng)極和陰極外，還增加了一個(gè)控制門極。半控型器件也具有單向?qū)щ娦裕_通不僅需在其陽(yáng)、陰極間施加正向電壓，而且還必須在門極和陰極間施加正向控制電壓。門極和陰極間的控制電壓僅控制其開通而不能控制其關(guān)斷，器件的關(guān)斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。這類半控型器件是指晶閘管(Thyris-tor)及其大部分派生器件。

(3)全控型器件。這類器件也是帶有控制端的三端器件，其控制端不僅可以控制其開通，還能控制其關(guān)斷。這類器件很多，包括門極關(guān)斷晶閘管(GTO)、功率晶體管(GTR)、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(功率MOS-FET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。目前常用的是功率MOSFET和IGBT。

2.2按控制信號(hào)的性質(zhì)分類

按照控制信號(hào)的性質(zhì)，電力電子器件可分為以下兩類：

(1)電流驅(qū)動(dòng)型器件。驅(qū)動(dòng)信號(hào)加在器件控制端和公共端之間，通過從控制端注入或抽出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制，這類電力電子器件稱為電流驅(qū)動(dòng)型器件或稱為電流控制型器件。

(2)電壓驅(qū)動(dòng)型器件。通過施加在控制端和公共端之間的電壓信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制，這類電力電子器件稱為電壓驅(qū)動(dòng)型器件或稱為電壓控制型器件。

2.3按參與導(dǎo)電的情況分類按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況，電力電子器件可分為三類：

(1)由一種載流子參與導(dǎo)電的器件稱為單極型器件;

(2)由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件稱為雙極型器件;

(3)由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件稱為復(fù)合型器件。典型電力電子器件的分類和用途見表1。