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交流变直流称为整流，直流变交流称为逆变。
直流变直流是指一种电压（或电流）的直流变为另一种电压（或电流）的直流，可用直流斩波电路实现。
交流变交流可以是电压或电力的变换，称做交流电力控制，也可以是频率或相数的变换。
进行上述电力变换的技术称为变流技术。
二.电力电子器件的发展简介
1.传统电力电子器件
2.现代电力电子器件
（1）双极型器件
（2）单极型器件
（3）混合型器件
三、变换电路与控制技术
四、对本课程的教学要求
第一节电力二极管
一、结构与伏安特性
1、结构
电力二极管的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管是一样的，都是以半导体PN结为基础的。
电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的，图1-2示出了电力二极管的外形、结构和电气图形符号。
从外形上看，电力二极管
主要有螺性型和平板型两种封装。
2、伏安特性
电力二极管的静态特性主要是指其伏安特性，如图
所示。
当电力二极管承受的正向电压大到一定值（门槛电压），正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。
与正向电流IF对应的电力二极管两端的电压UF即为其正向电压降。
当电力二极管承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。
二、主要参数
1、正向平均电流IF
指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简称壳温，用Tc表示）和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
2.正向压降UF
指电力二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。
有时候，其参数表中也给出在指定温度下流过某一瞬态正向大电流时电力二极管的最大瞬时正向压降。
3.反向重复峰值电压Urrm
指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压，通常是其雪崩击穿电压Ub的2/3。
使用时，往往按照电路中电力二极管可能承受的反向最高峰值电压的两倍来选定此项参数。
4、最高工作结温TJM
结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。
最高工作结温是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度，用TJM表示。
TJM通常在125一175℃范围之内。
5、反向恢复时间t
6.浪涌电流IFSM
指电力二极管所能承受的最大的连续一个或几个工频周期的过电流。
三、电力二极管的参数选择及使用注意事项
1、参数选择
1）额定正向平均电流IF的选择原则
2）额定电压Urrm的选择原则
2、电力二极管使用注意事项
四、电力二极管的主要类型
1.普通二极管
普通二极管（GeneralPurposeDiode）又称整流二极管（RectifierDiade}，多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。
其反向恢复时间较长，一般在5微秒以上，这在开关频率不高时并不重要，在参数表中甚至不列出这一参数。
但其正向电流定额和反向电压定额却可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上。
2.快恢复二极管
恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短〔一般在5微秒以下）的二极管被称为快恢复二极管（FastRecoveryDiade-FRD），简称快速二极管。
工艺上多采用了掺金措施，结构上有的采用PN结型结构，也有的采用对此加以改进的PiIV结构。
特别是采用外延型PiN结构的所谓的快恢复外延二极管}（FastRecaeryEpitaxialDiode--FRED），其反向恢复时间更短（可低于50ns），正向压降也很低（0.9V左右），但其反向耐压多在1200V以下。
不管是什么结构，快恢复二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。
前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到20---30ns。
3，肖特基二极管
以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管（SchottkyBar-rierL3iad---SBD},简称为肖特基二极管。
肖特基二极管在信息电子电路中早就得到了应用，但直到20世纪80年代以来，由于工艺的发展才得以在电力电子电路中广泛应用。
与以PIU结为基础的电力二极管相比，肖特基二极管的优点在于:
反向恢复时间很短（10---40ns，正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲;
在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管。
因此，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高。
肖特基二极管的弱点在于:
当所能承受的反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下的低压场合;
反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。
小结：
1、本课程所学习的主要内容。
2、掌握电力二极管的结构和伏安特性。
3、学习电力二极管的主要参数和选择。
4、认识电力二极管的主要类型。
作业布置：
审批：
后记：
1.2晶闸管
1、了解晶闸管的结构和导通、关断条件。
2、掌握晶闸管的工作原理。
3、掌握主要参数。
晶闸管的工作原理
回顾10分钟新授70分钟小结15分钟作业布置5分钟
第二节晶闸管
任务导入
相关知识
一、结构
外形有螺栓型和平板型两种封装
引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端
对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便
平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间
晶体管的特性是：
在低发射极电流下是很小的，而当发射极电流建立起来之后，迅速增大。
阻断状态：
IG=0，1+2很小。
流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。
开通（门极触发）：
注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致1+2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA（阳极电流）将趋近于无穷大，实现饱和导通。
IA实际由外电路决定。
其他几种可能导通的情况：
阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应。
阳极电压上升率du/dt过高。
结温较高。
光直接照射硅片，即光触发。
光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中，其它都因不易控制而难以应用于实践，称为光控晶闸管（LightTriggeredThyristor——LTT）。
只有门极触发（包括光触发）是最精确、迅速而可靠的控制手段。
二．晶闸管的特性
1.静态特性
总结前面介绍的工作原理，可以简单归纳晶闸管正常工作时的特性如下：
承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。
承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。
晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。
要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。
晶闸管的伏安特性
第I象限的是正向特性
第III象限的是反向特性
IG2>
IG1>
IG
1）正向特性
IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。
随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。
导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿。
晶闸管本身的压降很小，在1V左右。
导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。
IH称为维持电流。
2）反向特性
晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性。
晶闸管处于反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。
当反向电压超过一定限度，到反向击穿电压后，外电路如无限制措施，则反向漏电流急剧增加，导致晶闸管发热损坏。
2.动态特性
晶闸管的开通和关断过程波形
1）开通过程
延迟时间td：
门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的10%的时间。
上升时间tr：
阳极电流从10%上升到稳态值的90%所需的时间。
开通时间tgt以上两者之和，
tgt=td+tr（1-6）
普通晶闸管延迟时为0.5~1.5s，上升时间为0.5~3s。
2）关断过程
反向阻断恢复时间trr：
正向电流降为零到反向恢复电流衰减至接近于零的时间
正向阻断恢复时间tgr：
晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间
在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正向导通。
实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作。
关断时间tq：
trr与tgr之和，即tq=trr+tgr,普通晶闸管的关断时间约几百微秒。
三、晶闸管的主要参数
1.电压定额1）
通态平均电流IT（AV）——晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
标称其额定电流的参数。
2）
维持电流IH:
——使晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安，与结温有关。
结温越高，则IH越小。
3）
擎住电流IL——晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。
4）浪涌电流ITSM——指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。
2.电流定额1）
通态平均电流IT（AV）
维持电流IH
擎住电流IL
4）浪涌电流ITSM
3.动态参数除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：
（1）断态电压临界上升率du/dt
在阻断的晶闸管两端施加的电压具有正向的上升率时，相当于一个电容的J2结会有充电电流流过，被称为位移电流。
此电流流经J3结时，起到类似门极触发电流的作用。
如果电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。
（2）通态电流临界上升率di/dt
如果电流上升太快，则晶闸管刚一开通，便会有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而使晶闸管损坏
本节主要了解电力电子技术的基本元件之一晶闸管的结构、工作原理、伏安特性能和晶闸管的主要参数，要求学生完全掌握以便为后续的知识做准备。
第三节双向晶闸管及其他派生晶闸管
第二章第一节门极关断晶闸管
1、了解双向晶闸管及其他派生晶闸管的简单原理
2、了解GTO的基本结构和工作原理
3、掌握GTO的特性和主要参数
GTO的工作原理和特性
教材
回顾10分钟新授70分钟小结15分钟作业布置5分钟
第三节双向晶闸管及其派生晶闸管
晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
a）双晶体管模型b）工作原理
1.快速晶闸管（FastSwitchingThyristor——FST）包括所有专为快速应用而设计的晶闸管，有快速晶闸管和高频晶闸管。
管芯结构和制造工艺进行了改进，开关时间以及du/dt和di/dt耐量都有明显改善。
普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10s左右。
高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。
由于工作频率较高，选择通态平均电流时不能忽略其开关损耗的发热效应。
2.双向晶闸管（TriodeACSwitch——TRIAC或Bidirectionaltriodethyristor）
3.逆导晶闸管（ReverseConductingThyristor——RCT）
4.光控晶闸管（LightTriggeredThyristor——LTT）
第二章第一节GTO
1.GTO的结构和工作原理
结构：
与普通晶闸管的相同点：
PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。
和普通晶闸管的不同点：
GTO是一种多元的功率集成器件，内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极则在器件内部并联在一起。
工作原理：
与普通晶闸管一样，可以用图1-7所示的双晶体管模型来分析。
GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别：
由上述分析我们可以得到以下结论：
GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅。
GTO关断过程：
强烈正反馈——门极加负脉冲即从门极抽出电流，则Ib2减小，使IK和Ic2减小，Ic2的减小又使IA和Ic1减小，又进一步减小V2的基极电流。
当IA和IK的减小使1+2<
1时，器件退出饱和而关断。
多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程快，承受di/dt能力强。
2.GTO的动态特性开通过程：
与普通晶闸管类似，需经过延迟时间td和上升时间tr。
关断过程：
与普通晶闸管有所不同抽取饱和导通时储存的大量载流子——储存时间ts，使等效晶体管退出饱和。
等效晶体管从饱和区退至放大区，阳极电流逐渐减小——下降时间tf。
残存载流子复合——尾部时间tt。
通常tf比ts小得多，而tt比ts要长。
门极负脉冲电流幅值越大，前沿越陡，抽走储存载流子的速度越快，ts越短。
门极负脉冲的后沿缓慢衰减，在tt阶段仍保持适当负电压，则可缩短尾部时间。
3.GTO的主要参数
最大可关断阳极电流IATO
术语用法：
电力晶体管（GiantTransistor——GTR，直译为巨型晶体管）耐高电压、大电流的双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor——BJT），英文有时候也称为PowerBJT。
在电力电子技术的范围内，GTR与BJT这两个名称等效。
应用
20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代。
本节主要讲述了GTO的结构和工作原理，工作原理和普通晶闸管做比较让学生更好的掌握GTO的工作原理，在此基础上学习GTO的特性和主要参数。
第二节电力晶闸管
第三节电力场效应晶闸管
1、简单了解电力晶闸管的结构和工作原理
2、掌握电力场效应晶闸管的结构和工作原理
3、掌握电力场效应晶闸管的特性和参数
电力场效应晶闸管的工作原理
1.GTR的结构和工作原理
在应用中，GTR一般采用共发射极接法。
当考虑到集电极和发射极间的漏电流Iceo时，ic和ib的关系为ic=ib+Iceo，产品说明书中通常给直流电流增益hFE——在直流工作情况下集电极电流与基极电流之比。
一般可认为hFE。
单管GTR的值比小功率的晶体管小得多，通常为10左右，采用达林顿接法可有效增大电流增益。
2.GTR的基本特性
（1）
静态特性
共发射极接法时的典型输出特性：
截止区、放大区和饱和区。
在电力电子电路中GTR工作在开关状态，即工作在截止区或饱和区在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，要经过放大区
（2）
动态特性
开通过程
延迟时间td和上升时间tr，二者之和为开通时间ton。
td主要是由发射结势垒电容和集电结势垒电容充电产生的。
增大ib的幅值并增大dib/dt，可缩短延迟时间，同时可缩短上升时间，从而加快开通过程。
关断过程
储存时间ts和下降时间tf，二者之和为关断时间toff。
ts是用来除去饱和导通时储存在基区的载流子的，是关断时间的主要部分。
减小导通时的饱和深度以减小储存的载流子，或者增大基极抽取负电流Ib2的幅值和负偏压，可缩短储存时间，从而加快关断速度。
负面作用是会使集电极和发射极间的饱和导通压降Uces增加，从而增大通态损耗。
GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多。
3.GTR的主要参数
前已述及：
电流放大倍数、直流电流增益hFE、集射极间漏电流Iceo、集射极间饱和压降Uces、开通时间ton和关断时间toff（此外还有）：
1）最高工作电压
GTR上电压超过规定值时会发生击穿，击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关。
BUcbo>
BUcex>
BUces>
BUcer>
Buceo实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比BUceo低得多。
2）
集电极最大允许电流IcM
通常规定为hFE下降到规定值的1/2~1/3时所对应的Ic，实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一点。
3）集电极最大耗散功率PcM
最高工作温度下允许的耗散功率产品说明书中给PcM时同时给出壳温TC，间接表示了最高工作温度。
4.GTR的二次击穿现象与安全工作区
一次击穿集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大，出现雪崩击穿。
只要Ic不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变。
二次击穿一次击穿发生时Ic增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降。
常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变。
安全工作区（SafeOperatingArea——SOA）最高电压UceM、集电极最大电流IcM、最大耗散功率PcM、二次击穿临界线限定。
也分为结型和绝缘栅型（类似小功率FieldEffectTransistor——FET）
1.电力MOSFET的结构和工作原理
电力MOSFET的种类
按导电沟道可分为P沟道和N沟道
耗尽型——当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道
增强型——对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道
2.电力MOSFET主要是N沟道增强型
电力MOSFET的结构
小功率MOS管是横向导电器件电力MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET（VerticalMOSFET）——大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。
按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（VerticalDouble-diffusedMOSFET）。
这里主要以VDMOS器件为例进行讨论
电力MOSFET的工作原理截止：
漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。
P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。
导电：
在栅源极间加正电压UGS
栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。
但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少子——电子吸引到栅极下面的P区表面。
当UGS大于UT（开启电压或阈值电压）时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。
1）静态特性
漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性。
ID较大时，ID与UGS的关系近似线性，曲线的斜率定义为跨导Gfs。
MOSFET的漏极伏安特性：
截止区（对应于GTR的截止区）
饱和区（对应于GTR的放大区）
非饱和区（对应于GTR的饱和区）
电力MOSFET工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。
电力MOSFET漏源极之间有寄生二极管，漏源极间加反向电压时器件导通。
电力MOSFET的通态电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利。
开通延迟时间td（on）——up前沿时刻到uGS=UT并开始出现iD的时刻间的时间段。
上升时间tr——uGS从uT上升到MOSFET进入非饱和区的栅压UGSP的时间段。
iD稳态值由漏极电源电压UE和漏极负载电阻决定。
UGSP的大小和iD的稳态值有关UGS达到UGSP后，在up作用下继续升高直至达到稳态，但iD已不变。
开通时间ton——开通延迟时间与上升时间之和。
关断延迟时间td（off）——up下降到零起，Cin通过Rs和RG放电，uGS按指数曲线下降到UGSP时，iD开始减小止的时间段。
下降时间tf——uGS从UGSP继续下降起，iD减小，到uGS<
UT时沟道消失，iD下降到零为止的时间段。
关断时间toff——关断延迟时间和下降时间之和。
MOSFET的开关速度
MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系。
使用者无法降低Cin，但可降低驱动电路内阻Rs减小时间常数，加快开关速度。
MOSFET只靠多子导电，不存在少子储存效应，因而关断过程非常迅速。
开关时间在10~100ns之间，工作频率可达100kHz以上，是主要电力电子器件中最高的。
场控器件，静态时几乎不需输入电流。
但在开关过程中需对输入电容充放电，仍需一定的驱动功率。
开关频率越高，所需要的驱动功率越大。
本节主要简单了解电力晶闸管的工作原理和掌握电力场效应晶闸管的工作原理及特性并与其他晶闸管做比较。
第四节绝缘栅双极晶闸管
1掌握绝缘栅双极晶闸管的结构和工作原理
2掌握绝缘栅双极晶闸管的特性
3掌握绝缘栅双极晶闸管的主要参数
1.绝缘栅双及晶闸管的工作原理
2．绝缘栅双极晶闸管的擎住效应和安全工作区
GTR和GTO的特点——双极型，电流驱动，有电导调制效应，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。
MOSFET的优点——单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。
两类器件取长补短结合而成的复合器件—Bi-MOS器件
绝缘栅双极晶体管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）
GTR和MOSFET复合，结合二者的优点，具有好的特性。
1986年投入市场后，取代了GTR和一部分MOSFET的市场,中小功率电力电子设备的主导器件。
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