1.1 电力电子器件的特点与分类

1.1.1 电力电子器件的特点

电力电子器件是指能实现电能变换或控制的电子器件。和信息系统中的电子器件相比，具有以下特点。

（1）电力电子器件往往工作在开关状态。关断时承受一定的电压，但基本无电流流过；导通时流过一定的电流，但器件只有很小的导通压降。电力电子器件工作时在导通和关断之间不断切换，其动态特性是器件的重要特性。

（2）电力电子器件处理的功率较大，具有较高的导通电流和阻断电压。由于自身的导通电阻和阻断时的漏电流，电力电子器件会产生较大的耗散功率，往往是电路中主要的发热源。为便于散热，电力电子器件往往具有较大的体积，并且使用时一般都要安装散热器，以限制因耗散功率造成的升温。

（3）电力电子器件的工作状态通常由信息电子电路来控制。由于电力电子器件处理的电功率较大，信息电子电路不能直接控制，需要中间电路将控制信号放大，该放大电路就是电力电子器件的驱动电路。

（4）需要缓冲和保护电路。电力电子器件的主要用途是高速开关，与普通电气开关、熔断器和接触器等电气元件相比，其过载能力不强，电力电子器件导通时的电流要严格控制在一定范围内。过电流不仅会使器件特性恶化，还会破坏器件结构，导致器件永久失效。与过电流相比，电力电子器件的过电压能力更弱，仅有少量的裕量，即使是微秒级的过电压脉冲都可能造成器件永久性的损坏。在电力电子器件开关过程中，电压和电流会发生急剧变化，为了增强器件工作的可靠性，通常要采用缓冲电路来抑制电压和电流的变化率，降低器件的电应力；采用保护电路来防止电压和电流超过器件的极限值。

1.1.2 电力电子器件的分类

按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可对电力电子器件进行如下分类1。（1）不可控器件。不能通过控制信号来控制电路的通断，器件的导通与关断完全由自身在电路中承受的电压和电流来决定。典型器件是功率二极管。

（2）半控型器件。通过控制信号能控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。典型半控型器件是晶闸管及其派生器件。

（3）全控型器件。通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。这类器件的品种很多，典型器件有门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、

功率场效应管（PowerMOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。

而按照控制电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，又可将可控电力电子器件分为电流驱动型器件和电压驱动型器件。

（1）电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断，其典型代表是GTR。大容量GTR的开通电流增益较低，即基极平均控制功率较大。

（2）电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通，通过撤除控制电压或施加反向控制电压使器件关断。当器件处于稳定工作状态时，其控制极无电流，因此平均控制功率较小。由于电压驱动型器件是通过控制极电压在主电极间建立电场来控制器件导通，故也称场控或场效应器件，其典型代表是PowerMOSFET和IGBT。

根据器件内部带电粒子参与导电的种类不同，电力电子器件又可分为单极型、双极型和复合型三类。器件内部只有一种带电粒子参与导电的称为单极型器件，如PowerMOSFET；器件内有电子和空穴两种带电粒子参与导电的称为双权型器件，如GTR和GTO；由双极型器件与单极型器件复合而成的新器件称为复合型器件，如IGBT等。