常用电力电子器件

UPS是现代电力电子技术的产物，是典型的电力电子设备之一，其本质依然是利用电力电子器件构成相应的拓扑电路，通过一定的控制策略，对输人交流成直流形式的电能进行交换和处理，从而为负载提供优质不间断交流电能的设备。一代电力电子器件决定一代电力电子技术。而一代电力电于技术决定看一代电力电子设备。因此，电力电于器件是 UPS 设备的基础，也可以说是UPS 和其他电力电子装置的“CPU”。实战证明，由电力电子器件产生的故障往往对UPS是致命的，其可靠性往往决定了UPS设备的可就性。了解和热悉UPS中电力电子器件的类划、特性、多数是我们拿握UPS工作原理的前提

UPS 中直接承担电能变换的电路称为主电路(power cireunt)。

1.电力电子于器件是构成UPS主电路的功率开关器件、电力电子器件往往专指电力半导体器件，与背通牛导体器件样，日前电力半导体器件所采用的主要材料仍然是硅。由于电力电于器件在接用于处理电能的主电路，因而同处理信息的电子器件相比。它一般具有如下的特征

办电力电子器件所能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力是最重要的多数，其处理电功半的能力小至毫瓦级，大至兆瓦级，一般都远大于处理信息的电子2件

2.因为处理的电功率较大，所以为了破小本身的概耗，提商效率，电力电子器件一般都工作在开关状态。导通时(通南)其阻抗较小。接近于短路，管压降接近于零，而电流出外电路决定，刚断时(断志)其阳机较大，按近下断路，电视几平为零，而管子两端电压由外电路决定，就像脊通晶休管的倒和与截止状态一样

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3.在实际应用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。由于电力电子器件所处理的电功率较大，因此普通的信息电子电路信号一般不能直接控制其导通或关断，需要一定的中间电路对这些信号进行适当放大，这就是所谓的电力电子器件驱动电路。

4.尽管电力电子器件通常工作在开关状态，但是其自身的功率损耗仍远大于信息电了器件，因而为了***不至于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上比较讲究散热设计，而且在其工作时，一般都还需要安装散热器。按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度不同，通常将电力电子器件分为以下三种类型

1.通过控制信号可控制其导通，而不能控制其关断的电力电子器件被称为半控型器件，这类器件主要是指晶闸管(thyristor)及其大部分派生器件，件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。

2.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被称为全控型器件，与半控型器件相比，由于可以由控制信号控制其关断，因此又称其为自关断器件。这类器件品种很多，日前较常用的全控型器件有电力场效应管(Power MOSFETPcmental oxide semiconductor effect transistor)和绝缘栅双体管(IGBTinsulatedgate bipolar transistor)。

3.也有不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件，这类器件也就不雷婴驱动电路这就是电力二极管(power diode)，电力二极管又被称为不可控功率器件。这种器件只有两个端子，其基本特性与信息电子电路中的普通二极管一样，器件的导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的正如前文所提，电力电子器件是电力电子电路的基础，掌握好常用电力电子器件的工作原理和正确使用方法是我们学好UPS的前提。本章将重点介绍UPS中要经常用到的电力子器件一电力二极管、晶闸管、电力场效应管和绝缘栅双极晶体管的工作原理、基本特性、主要参数以及选择与使用过程中应注意的问题。

这类器件品种很多，日前较常用的全控型器件有电力场效应管(Power MOSFETPcmental oxide semiconductor effect transistor)和绝缘栅双体管(IGBTinsulatedgate bipolar transistor)也有不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件，这类器件也就不雷婴驱动电路这就是电力二极管(power diode)，电力二极管又被称为不可控功率器件。这种器件只有两个端子，其基本特性与信息电子电路中的普通二极管一样，器件的导通和断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的正如前文所提，电力电子器件是电力电子电路的基础，掌握好常用电力电子器件的工Y

原理和正确使用方法是我们学好UPS的前提。本章将重点介绍UPS中要经常用到的电力子器件一电力二极管、晶闸管、电力场效应管和绝缘栅双极晶体管的工作原理、基本特性、主要参数以及选择与使用过程中应注意的问题。

2.1.4主要类型

电力二极管在电力电子电路中都有着广泛的应用。电力二极管可在交流-直流变换电中作为整流元件，也可在电感元件的电能需要适当释放的电路中作为续流元件，还可在各云变流电路中作为电压隔离、钳位或保护元件。在应用过程中，应根据不同场合的不同委求选择不同类型的电力二极管。下面按照正向压降、反向耐压和反向漏电流等性能，特别是厂向恢复特性的不同，介绍几种常用的电力二极管。当然，从根本上讲，性能上的不同都是在半导体物理结构和工艺上的差别造成的，只不过这些结构和工艺差别不是我们一般工程技大人员所关心的主要问题，有兴趣的读者可参考有关专门论述半导体物理和器件的文献。

(1)普通二极管

普通二极管(general purpose diode)又称整流二极管(rectifier diode)，多用于开关频率不高(IkHz以下)的整流电路中。北反向恢复时间较长，一般在5ps以上，这在开关频常不高时开不重要，在参数表中甚至不列出这一参数。但其正向电流定颍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5pus以下)的二极管被称为快恢复二极管(FRD fast recovery diode)，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PiN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(FRED

fast recovery epitaxial diodes)，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恢复和超快恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或***，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(SBDschottky barrier diode)，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，但是直到20世纪80年代，由于工艺的发展才得以在电力电子电路中广泛应用。与以PN结为基础的电力二极管相比，其点在于:反向恢复时间短(10~40ns)、效***。肖特基二极管在正向恢复过程中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。其弱点在于: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，因此其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。