教材：电力电子技术（第五版） 王兆安

主要关注各种期间的静态与动态特性，而对内部半导体结构的分析比较少，老师也说过后面对电力电子电路的分析也基本都关注开关特性，不是研究功率器件以及材料方向的不用过多关注内部结构，也不影响后面学习，所以部分器件的笔记写的很简略。

一、电力电子器件的分类

与电力电子技术相对应的应该叫信息电子技术，后者关注的是信号而电力电子关注的是功率变换与能量，所以电力电子器件与模数电中用到的二极管、BJT，FET等最大的区别就是功率增大了很多，耐压电流等都大得多，而对放大倍数等的要求不是那么严格。

按控制程度分类：

全控型：能用信号控制通断（MOS，IGBT，GTO，GTR）

半控型：只能控制开不能关（晶闸管，即可控硅/SCR）

不可控制型：不能控制通断（二极管）

按载流子导电的类型分类：

单极型：一种载流子导电（电子或空穴，也叫多子器件）

双极型：两种载流子导电（电子和空穴，也叫少子器件）

复合型：以上两种混合制成

以上两种分类是必须知道且常见的名词，比如三极管全称bipolar junction transistor（BJT），即双极晶体管，而IGBT（Insula-ted-gate bipolar transistor）即绝缘栅双极晶体管。

此外还有流控/压控（场控）以及电平触发和脉冲触发的分类法，了解即可。

二、常见电力电子器件

2.1.电力二极管

与普通二极管相同，基本结构都是PN结，但在P区与N区间多了一层低掺杂N区（N-或漂移区），增大反向耐压；同时采用垂直导电结构，提高通流能力。

电导调制效应：解决正向电流较小时漂移区阻值较大的问题，这属于半导体物理相关内容，教材有基本介绍不再赘述。

基本特性：教材P16

最需要关注的就是4个重要指标：延迟时间td，电流下降时间tf，反向恢复时间trr，正向恢复时间tfr。不仅对于二极管，开关时间对所有电力电子器件而言都是极其重要的参数，控制变换电路时均需要在单片机/fpga程序中考虑到针对导通延迟的暂停时间，不然搞不好桥臂一瞬间把电源地导通直接把元件点亮了。

反向恢复时间trr=td+tf，这个对变换器性能的影响很大，反映的是二极管从正篇转为反偏的延迟时间，一般在us与ns级。正向恢复时间也是同理。

关于正向平均电流IF(AV)的补充说明：

书上写了Iav/Irms=1:1.57，这东西是这样定义的：Iav即平均，Irms即方均根。其他波形也可以参考习题10-4。

常见电力二极管类型：

普通二极管：动态特性较差（反向恢复时间5us以上），但正向电流与反向耐压可以很大，一般用于1kHz以下的整流。

快恢复二极管FRD：加强动态特性，反向恢复时间一般是ns级。

肖特基二极管SBD：反向恢复时间也短（数十ns）,正向压降低，开关损耗小；但反向耐压不高，反向漏电流大。

有用的概念：雪崩击穿与齐纳击穿

2.2.晶闸管（可控硅）

 三极：门极G，阳极A，阴极K，正向为A-K。

半控型器件，流控器件，需要门级触发电流IG使其导通，想要关断

基本特性：

1.加反压，怎么都不会导通。

2.加正压，G有触发电流导通。并且导通后只要是正向电压就不再受G控制。

伏安特性：教材P21。正向伏安特性不是很难理解，反向就更简单，与二极管反向特性类似。

维持电流IH：维持正向导通需要的最小电流。

同样存在延迟：

开通时间tgt =  延迟时间td+上升时间tr （几us级）

电路换向关断时间tq = 反向阻断恢复时间trr+正向阻断恢复时间tgr （几百us级）

原因详见教材P22

晶闸管的额定电压通常取断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URR中的较小值

2.3 门级可关断晶闸管（GTO）

 简而言之，这东西与晶闸管的区别就是改变了内部结构让它能开关可控了，并且开关速度更快了。

开通时间ton：1-2us；下降时间toff：2us

其他没啥特别重要的了。

2.4 电力晶体管（GTR/BJT）

耐高压大电流的三极管，图甚至都不用放。同样有开通时间ton与关断时间toff。

二次击穿现象：

集电极电压过高导致Ic增大，出现第一次的雪崩击穿，这时如果Ic不超过最大耗散功率对应的限度就基本不会影响GTR工作，但如果不有效限制电流，Ic继续增大至临界点后会突然急剧上升，电压陡然下降，即二次击穿现象。

2.5 电力场效应管

 同GTR，即大功率版的MOS（JFET在电力电子中不怎么常用），有漂移区，增强型NMOS用的最多。

耗尽型：UG=0时SD间就存在导电沟道。

增强型：UG绝对值要大于0，SD间才存在导电沟道。

基本特性：教材P31

 老实说mos这东西挺复杂的，开关器件有时候

不仅是大功率电路，还是高频电路，电路设计中的两个难点全被它占了。

按上图，这图可能有点问题（抄板书时可能抄错了），比如那个漏极电感我不知道是什么东西，寄生电感？

总之，分析mos首先要考虑三个极间寄生电阻：Cgs , Cgd , Cds，这东西直接影响开关特性（输入电容充放电时间），而数据手册里一般这么写：

输入电容（Input Capacitance）Ciss=Cgd+Cgs

输出电容(Output Capacitance)CDSS=Cgd+Cds

逆导电容( Reverse Transfer Capacitance）Crss＝Cgd

参考资料：(6条消息) 无刷驱动设计——浅谈MOS驱动电路_小向是个Der的博客-CSDN博客

然后，还有源漏导通电阻Ron，这个直接造成导通损耗，一般是毫欧级，并且Ron一般是随着温度增加而增加的。

开通时间ton = 开通延迟时间td(on) + 电流上升时间tri + 电压下降时间tfv(此过程中给极间电容充电)

关断时间toff = 关断延迟时间td(off) + 电压上升时间trv + 电流下降时间tfi

其次，在SD之间还存在一个体二极管，NMOS中是S-D为二极管正向，这个一般教材中似乎都没有，但如果画过PCB就会发现很多MOS的原理图都会画出这个二极管，并且只在分立式器件中存在，集成电路中的MOS一般没有这玩意儿。至于作用：(6条消息) MOS管体二极管的作用_Just do it的博客-CSDN博客

MOS的开关时间直接受栅极驱动电路影响，主要是栅极电阻会与输入电容构成RC滤波器类结构，一般都只有数十us，最高工作频率是电力电子器件中最高的。

2.6 IGBT绝缘栅双极晶体管

三极：栅极G，集电极C，发射极E

GTR与MOS的结合体，场控器件，它的等效电路可以看出就是nmos+bjt的复合管 ，原理相当于Ugs驱动MOS，再产生Ib驱动三极管。分为正向阻断区（对应截止区），有源区（放大区），饱和区（饱和区），开关时是在正向阻断区与饱和区切换。

(题外话：需要注意MOS开关时是在截止区与非饱和区切换的，主要是MOS的饱和区对应GTR的放大区，详见MOS输出特性曲线

)

IGBT在导通与关断过程中跟MOS很类似。IGBT开启需要栅射电压UGE大于其开启电压。

三、小总结

主要是试图理解怎么选择电力电子器件，毕竟这么多种元件有些功能似乎都能胜任。

其实限制选型的主要是成本，就像可控整流的效果几乎是肯定好于只用二极管的不可控整流的。就全控型器件而言，首先看工频，开关频率要求几百kHz的你只能用MOS，但MOS的耐压一般也不过1000V；而高压大电流就适合IGBT，且IGBT成本是比MOS低的；而GTR实际上就是三极管，但GTR与MOS、IGBT之间如何选择确实也不怎么了解，网上搜的资料也乱七八糟的，希望以后学习中能知道，暂且可以理解为选型都是在频率、系统性能效率、成本之间折中选择的；至于晶闸管，似乎以及被GTO在很多地方取代了？