开关器件的类型和特征

1.电力电子器件的特征

与处理信号的电子元件相比，开关电源的开关器件具有以下特征：

(1)最主要的参数是承受电功率的大小，即承受电压和电流的能力，处理电功率的能力从毫瓦级至兆瓦级，远大于普通信号电路中的电子器件。

(2)电源用电子器件一般都工作在开关状态。导通时(通态)阻抗很小，接近于短路，管压降接近于零，而电流由外电路决定；断开时阻抗很大，接近于开路，电流几乎为零，而管子两端电压由外电路决定。电力电子器件的动态特性和参数，是其特性的重要方面，有时甚至上升为第一位的重要问题。作电路分析时，可用理想开关来代替电子器件。

(3)电路中电源电子器件需要由信息电子电路来控制。在主电路和控制电路之间，需要驱动电路对控制电路的信号进行隔离放大。

(4)在器件开通或关断的转换过程中产生的开通损耗和关断损耗总称开关损耗，而通态损耗是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率较高时，开关损耗会随之增大，成为器件功率损耗的主要因素。为保证不发生因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏的问题，不仅在器件封装上要注意散热的设计，在其工作时还要安装散热器。

2. 电源电子器件的系统组成

电源系统由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。

(1)控制电路按系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的通或断，来完成整个系统的功能。附加的一些保护电路、检测电路也属于控制电路。

(2)驱动电路位于主电路和控制电路之间，将大电压和大电流的主电路与小电压和小电流的控制电路进行电气隔离，而通过其他手段如光、磁等来传递信号。

(3)开关器件一般有三个端子，其中两个连接在主电路中，而第三端被称为控制端或称控制极。器件通断是通过在其控制端和一个主电路端子之间加一定的信号来控制的，这个主电路端子是驱动电路和主电路的公共端，一般是主电路电流流出器件的端子。

3. 电源电子器件的分类

按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，可将其分为以下三类：

(1)半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。晶闸管及其大部分派生器件均属于此类器件，器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定。

(2)全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断。例如，绝缘栅双极型晶体管IGBT，电力场效应晶体管MOSFET，门极可关断晶闸管G TO等。

(3)不可控器件：不能用控制信号来控制其通断，因此也就不需要驱动电路。例如电力二极管等，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。

按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，可将其分为两类：

(1)电流驱动型：通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制，如大功率晶体管GTR等。

(2)电压驱动型：仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制， 如IGBT等。电压驱动型器件实际上是通过加在控制端上的电压在器件的两个主电路端子之间产生可控的电场来改变流过器件的电流大小和通断状态，所以又称为场控器件，或场效应器件。

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