1.3　电路应用的元件

1.3.1　晶闸管（SCR）

晶闸管又叫可控整流器，是晶体闸流管（Thyristor）的简称，它是一种大功率开关型半导体器件。晶闸管优点：高电压，大电流，体积小，重量轻，损耗小，控制特性好，应用广泛，如用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。缺点：属半控电力电子器件，多应用在交流电路中。

（1）晶闸管的分类　晶闸管的分类见表1-2，常见外形图如图1-15所示。

（2）单向晶闸管构造及特性　单向晶闸管简称SCR（Silicon Controlled Rectifier），它是一种由PNPN四层半导体材料构成的三端半导体器件，三个引出电极的名称分别为阳极A、阴极K和门极G（又称控制极）。单向晶闸管的阳极与阴极之间具有单向导电的性能，其内部电路可以等效为由一个PNP三极管和一个NPN三极管组成的复合管。单向晶闸管的内部结构及其在电路原理图中的符号如图1-16所示。

当单向晶闸管阳极A端接负电源，阴极K端接正电源时，无论门极G加上什么极性的电压，单向晶闸管阳极A与阴极K之间均处于断开状态。当单向晶闸管阳极A端接正电源，阴极K端接负电源时，只要其门极G端加上一个合适的正向触发电压信号，单向晶闸管阳极A与阴极K之间就会由断开状态转换为导通状态（阳极A与阴极K之间呈低阻导通状态，A、K极之间压降为0.8～1V）。若门极G所加触发电压为负，则单向晶闸管也不能导通。

单向晶闸管一旦受触发导通后，即使取消其门极G端的触发电压，只要阳极A端与阴极K端之间仍保持正向电压，晶闸管将维持低阻导通状态。只有将阳极A端的电压降低到某一临界值或改变阳极A端与阴极K端之间电压极性（如交流过零）时，单向晶闸管阳极A与阴极K之间才由低阻导通状态转换为高阻断开状态。单向晶闸管一旦为断开状态，即使在其阳极A端与阴极K端之间又重新加上正向电压，也不会再次导通，只有在门极G端与阴极K端之间重新加上正向触发电压后方可导通。

（3）单向晶闸管常用参数　晶闸管的主要电参数有正向转折电压U_BO、反向击穿电压U_BR、反向重复峰值电流I_RRM、断态重复峰值电流I_DR、断态重复峰值电压U_DFM、反向重复峰值电压U_RRM、正向平均压降U_F、通态平均电流I_T、门极触发电压U_GT、门极触发电流I_GT、门极反向电压和维持电流I_H等。

①门极触发电流I_GT　是指在规定环境温度和晶闸管阳极与阴极之间正向电压为一定值的条件下，使晶闸管从关断状态转变为导通状态所需要的最小门极直流电流。

②通态平均电流I_T　是指在规定环境温度和标准散热条件下，晶闸管正常工作时A、K（或T₁、T₂）极间所允许通过电流的平均值。

③正向转折电压U_BO　是指在额定环境温度为100℃且门极G开路的条件下，在其阳极A与阴极K之间加正弦半波正向电压，使其由关断状态转变为导通状态时所对应的峰值电压。

④反向击穿电压U_BR　指在额定结温下，晶闸管阳极与阴极之间施加正弦半波反向电压，当其反向漏电电流急剧增加时所对应的峰值电压。

⑤反向重复峰值电压U_RRM　是指晶闸管在门极G开路时，允许加在A、K极间的最大反向峰值电压。此电压约为反向击穿电压减去100V后的电压值。

⑥断态重复峰值电压U_DFM　是指晶闸管在正向关断时，允许加在A、K（或T₁、T₂）极间最大的峰值电压。此电压约为正向转折电压U_BO减去100V后的电压值。

⑦门极触发电压U_GT　是指在规定的环境温度和晶闸管阳极与阴极之间正向电压为一定值的条件下，使晶闸管从关断状态转变为导通状态所需要的最小门极直流电压，一般为1.5V左右。

⑧反向重复峰值电流I_RRM　是指晶闸管在关断状态下的反向最大漏电电流值，一股小于100μA。

⑨门极反向电压　是指晶闸管门极上所加的额定电压，一般不超过10V。

⑩正向平均电压降U_F　也称通态平均电压或通态压降电压，它是指在规定环境温度和标准散热条件下，当通过晶闸管的电流为额定电流时，其阳极A与阴极K之间电压降的平均值，通常为0.4～1.2V。

维持电流I_H　是指维持晶闸管导通的最小电流。当正向电流小于I_H时，导通的晶闸管会自动关断。

断态重复峰值电流I_DR　是指晶闸管在断开状态下的正向最大平均漏电电流值，一般小于100μA。

（4）晶闸管好坏的判断

①判定各电极

a.外观识别：常用单向晶闸管各电极排列如图1-17所示。

b.万用表检测：由单向晶闸管的结构图可知，它的门极G与阴极K之间是一个PN结，而阳极A与门板G之间有两个反极性串联的PN结。因此，用万用表R×100挡可很方便地判定出门极G、阴极K与阳极A。将黑表笔任意接某一电极，红表笔依次去触碰另外两个电极。如测量结果有一次阻值为几百欧，即可判定黑表笔所接是门极G。在阻值为几百欧的测量中，红表笔接的便是阴极K，另一个电极则是阳极A（A与K、G正、反均不通）。

②判断好坏　检测触发能力。根据单向晶闸管的导通、截止条件，可分以下三种情况对其进行检测：

a.用万用表检测：将万用表置于R×10挡，红表笔接阴极K，黑表笔接阳极A，此时，万用表指针不动。用黑笔接触门极G（黑笔移动时不能离开阳极A），使门极G与阳极A短路，即给门极G加上了正向触发电压。此时，万用表指针明显向右摆动，并停在几欧至十几欧处，表明晶闸管因正向触发而导通。接着，保持红、黑表笔接法不变，将黑笔离开门极G（黑笔在移动过程中不能离开阳极A），这时，若万用表的指针仍保持在几欧至几十欧的位置不动，则说明晶闸管的性能良好，如表针返回到零位则说明晶闸管是坏的。

b.用测试电路法检测：如图1-18所示，利用该电路可迅速找出单（双）向晶闸管的极性或判断其好坏。

图1-18中，A（T₂）、K（T₁）、G分别为三个小插孔，LED是一个红色发光二极管，E为6～9V层叠电池，AN是一个小型常开式按钮。使用方法是：

•判断单向晶闸管极性：将不明极性晶闸管的三脚任意插入三孔中，若LED立即发光，则表明A孔插的是G极（控制极），K孔插的是K极（阴极），G孔插的是A极（阳极）；若插入后LED不亮，按一下AN，LED发光，松开AN后，LED发光，则表明A孔是A极，K孔是K极，G孔是G极。其他情况下根据工作原理亦能方便地判断。

•判断单向晶闸管好坏：将A极、K极和G极分别插入A、K、G三孔，LED应不亮，按一下AN后松开，LED被点亮，直至断电，此时表明器件是好的。

c.用数字万用表检测：将数字万用表拨至二极管挡，红表笔任意固定接在某个引脚上，用黑表笔依次接触另外两个引脚，如果在两次测试中，一次显示值小于1V，另一次显示溢出符号“OL”或“1”（视不同的数字万用表而定），表明红表笔接的引脚是阴极K。若红表笔固定接一个引脚，黑表笔接第二个引脚时显示的数值为0.6～0.8V，黑表笔接第三个引脚显示溢出符号“OL”或“1”，且红表笔所接的引脚与黑表笔所接的第二个引脚对调时，显示的数值由0.6～0.8V变为溢出符号“OL”或“1”，此时就可判定该晶闸管为单向晶闸管，其中红表笔所接的引脚是阴极K，第二个引脚为门极G，第三个引脚为阳极A。上述过程中，无论怎样调换引脚，均显示溢出或阻值很小说明晶闸管是坏的。

（5）单向晶闸管应用电路

①单相半控桥式整流电路工作原理　图1-19（a）所示的是单相半控桥式整流电路（简称半控桥）。

在u₂的正半周，晶闸管VT₁和二极管VD₂承受正向电压。若触发电路送出触发脉冲U_G到晶闸管VT₁的控制极，则VT₁和VD₂导通，电流通路为：a→VT₁→R_L→VD₂→b，此时，VT₂和VD₁因承受反向电压而截止。忽略掉晶闸管和二极管的管压降，则输出电压u_o=u₂。

在u₂的负半周，晶闸管VT₂和二极管VD₁承受正向电压。若触发电路送出触发脉冲U_G到晶闸管VT₂的控制极，则VT₂和VD₁导通，电流通路为：b→VT₂→R_L→VD₁→a，此时，VT₁和VD₂因承受反向电压而截止。忽略晶闸管和二极管的管压降，则输出电压u_o=-u₂。

u₂的下一个周期情况同上述，循环往复，输出得到直流电压。当改变触发脉冲到来的时间，即改变晶闸管的控制角的大小，输出电压就随之改变，就可以达到控制输出直流电压大小的目的。

②直流电机调速电路图　晶闸管在直流电机调速中的应用电路如图1-19（b）所示。

220V市电经整流后，通过晶闸管VS加到直流电机的电枢上，同时它还向励磁线圈ML提供励磁电流，只要调节RP的值，就能改变晶闸管的导通角，从而改变输出电压的大小，实现直流电机的调速（VD₂是直流电机电枢的续流二极管）。

1.3.2　双向晶闸管

（1）双向晶闸管构造及特性

①双向晶闸管（TRIAC）是在单向晶闸管的基础上研制的一种新型半导体器件，它是由NPNPN五层半导体材料构成的三端半导体器件，其三个电极分别为主电极T₁、主电极T₂和门极G。

双向晶闸管的阳极与阴极之间具有双向导电的性能，其内部电路可以等效为两个普通晶闸管反向并联组成的组合管。双向晶闸管的内部结构、等效电路及其在电路原理图中的符号如图1-20所示。

②双向晶闸管的伏安特性如图1-21所示。性能良好的双向晶闸管，其正、反向特性曲线具有很好的对称性。

双向晶闸管可以双向导通，即不论门极G端加上正还是负的触发电压，均能触发双向晶闸管在正、反两个方向导通，故双向晶闸管有四种触发状态，如图1-22所示。

当门极G和主电极T₂相对于主电极T₁的电压为正（>、U_G>）或门极G和主电极T₁相对于主电极T₂的电压为负（<、U_G<）时，晶闸管的导通方向为T₂T₁，此时T₂为阳极，T₁为阴极。

当门极G和主电极T₁相对于主电极T₂为正（>、U_G>）或门极G和主电极T₂相对于主电极T₁的电压为负（<、U_G<）时，晶闸管的导通方向为T₁T₂，此时T₁为阳极，T₂为阴极。

无论双向晶闸管的主电极T₁与主电极T₂之间所加电压极性是正向还是反向，只要门极G和主电极T₁（或T₂）间加有正、负极性不同的触发电压，满足其必需的触发电流，晶闸管即可触发导通呈低阻状态，此时，主电极T₁、T₂间的压降约为1V。

双向晶闸管一旦导通，即使失去触发电压，也能继续维持导通状态。当主电极T₁、T₂电流减小至维持电流以下或T₁、T₂间电压改变极性，且无触发电压时，双向晶闸管即可自动关断，只有重新施加触发电压，才能再次导通。加在门极G上的触发脉冲的大小或时间改变时，其导通电流就会相应地改变。

（2）应用电路　图1-23所示为双向晶闸管构成的台灯调光电路。

闭合开关S后，电源经RL、RP、R₃给C₃充电，当C₃两端电压达到双向二极管VD₁的转折电压时，VD₁导通，于是触发VS导通，VS导通后两端压降很低（约1V），使负载RL两端的电压上升，同时将C₃短接（C₃放电），直至交流电压基本为零时，VS才截止。当电源为负半周时，重复上述过程。如此循环，调节RP，改变C₃充电的快慢，即可改变VS的导通角，也即改变了RL在一个周期内的通电时间，从而实现了调光。图中，H为指示灯、L、C₁为高频滤波电路，R₂、C₂为保护电路。将其他电器插头插入插座，还可完成多种电器的调压作用，如电热毯/电熨斗调温、电机调速等。

1.3.3　门极可关断晶闸管

（1）可关断晶闸管的性能特点及参数

①性能特点　可关断晶闸管简称GTO，也是一种PNPN四层半导体器件，其结构、等效电路与普通晶闸管相同。图1-24所示为GTO的电路符号、外形及引脚排列图。大功率可关断晶闸管大多采用模块形式封装。GTO和普通晶闸管相同，也有三个电极，分别为阳极A、阴极K和门极G。

GTO触发导通的原理与普通晶闸管基本相同，但两者的关断原理和关断方式却有根本的区别。普通晶闸管门极G加上正触发信号导通后，即使撤去触发信号也能维持导通。要想使其关断，需将A、K间电源切断，使正向电流低于维持电流，或加上反向电压强迫关断。可关断晶闸管具有比普通晶闸管电流大、耐压高等优点，而且还具有自行关断的功能，但应用电路较复杂，并易产生波形失真和噪声。普通晶闸管在导通后处于深饱和状态，而GTO导通后是处于临界饱和状态的，所以只要给GTO门极G加上负向触发信号即可使其关断。

②可关断晶闸管的主要性能参数

a. U_RGM：门极反向峰值电压。

b.断态重复峰值电压U_DRM：GTO两端施加的断态电压的最高值。

c. I_ATM：最大可关断电流。

d.关断增益β_off：非常重要的参数，相当于晶体管的电流放大系数h_FE。它等于阳极最大可关断电流I_ATM与门极最大负向电流I_GM的比值，即β_off值的大小可表征门极电流对阳极电流的控制能力的强弱。一般β_off为几倍速到十几倍速。β_off越大，说明门极电流对阳极电流的控制能力越强。

e. U_TM：通态峰值电压。

（2）可关断晶闸管（GTO）好坏的判断

①判定电极　将万用表置于R×1挡，轮换测量任意两引脚间的电阻值，只有当黑表笔接门级G，红表笔接阴极K时，电阻才为低阻值，而其他情况下的电阻值均为无穷大。这样将门极G和阴极K确定后，余者便是阳极A。

②检测触发能力　使用R×1挡，将黑表笔接阳极A，红表笔接阴极K，此时电阻值应为无穷大。用黑表笔在接触阳极A的同时也接触门极G，此时即给门极G加上了正向触发信号，指针应向右大幅度偏转，呈低阻值状态，表明GTO被触发导通，将黑表笔与G极脱开，万用表指针应保持低阻值不变，证明GTO能维持通态，触发能力正常。

③检测关断能力　用一个电解电容，先用万用表R×100挡给电解电容充满电，然后将万用表拨至R×1挡，按照检测触发能力的操作步骤使GTO的触发导通并维持通态；把电解电容的负极接GTO的门极G，用电解电容的正极去触碰GTO的阴极K，若指针迅速向左回摆至无穷大位置，则说明GTO关断能力正常。

（3）可关断晶闸管应用电路　可关断晶闸管GTO已被广泛用于交流电机调速、变频调速、斩波器、逆变电源及电子开关电路中。

①GTO的门极供电电路　如图1-25所示，当高电平的导通信号加到V的基极时，V导通，并经过电容C触发GTO进入导通状态使R_L工作，同时U_CC经过R₁、V向C充电。当关断信号（正脉冲）加到高频晶闸管VS的门极时，VS导通，电容C上的电量经R₂、VS、GTO的K-G极放电。由于C两端的电压不能突变，所以GTO的门极加上负向脉冲，使GTO迅速被关断R_L失去供电。

②交流电机变频调速　如图1-26所示，由GTO构成的交流电机变频调速系统的主电路。VD₁～VD₆是三相桥式整流电路，电容C起滤波作用，六个可关断晶闸管用以驱动三相交流电机M。各可关断晶闸管的门极上分别加脉宽调制触发信号（PWM），通过改变PWM脉宽信号宽度，改变可关断晶闸管的导通，从而改变电机转速。VS为保护电路，当电路中有过流或过热现象时，VS通，FU熔断保护。

1.3.4　电力晶体管（GTR）

（1）基本结构和工作原理　电力晶体管（简称GTR）属于电流控制型器件，是一种耐压高、电流容量大的双极型大功率晶体管，其基本结构和工作原理与小功率晶体管类似，也有PNP型和NPN型两种。NPN型电力晶体管的基本结构和图形符号分别如图1-27（a）、（b）所示。

为了简化GTR的驱动电路，减小控制电路的功率，常常将图1-27（c）所示的达林顿结构（复合管）电力晶体管、续流二极管、加速二极管等集成在同一芯片上，做成电力晶体管模块。这种达林顿模块具有大电流、高增益的晶体管特性，更便于在各种电力电子设备中应用。

电力晶体管和小功率晶体管一样，也有截止、放大和饱和三种工作状态。在电力电子技术中，电力晶体管作为大功率的开关器件，主要工作于截止和饱和两种状态。为了确保晶体管能安全可靠地长期工作，晶体管在开关过程中必须工作在如图1-28所示的安全工作区（SOA）内。

（2）GTR的主要参数　GTR的参数较多，这里仅简单介绍GTR的几个主要参数。

①开路阻断电压　开路阻断电压主要反映GTR的耐压能力。

a. U_CBO：发射极开路时，集电极-基极间的反向击穿电压。

b. U_CEO：基极开路时，集电极-发射极间的反向击穿电压。

c. U_CEO（sus）：基极开路时，集电极-发射极间能承受的持续电压。一般，U_CEO（sus）<U_CEO。

②集电极最大允许电流I_CM　发射结正向偏置时，集电极允许的最大电流。

③电流放大倍数h_FE　集电极电流与基极电流的比值，即h_FE=I_C/I_B。

④开关频率　GTR作为开关器件的最高工作频率，它取决于GTR的开关时间（开关时间为开通时间t_on与关断时间t_off之和）。此外，GTR的参数还有最高工作结温T_iM、热阻R_ic等。通常，用开路阻断电压和集电极最大允许电流可以大致反映GTR的容量，如1200V/300A的GTR，是指其U_CE为1200V、I_CM为300A。选用GTR时，必须根据实际应用条件，确定所用管子的参数，以保证器件的正确使用，例如，电力电子设备用380V交流电供电时，大多选用1200V电压等级的GTR。此外，由于GTR的结温直接影响到其工作寿命，因此还必须重视GTR的热参数，尤其是散热器的质量以及散热器与管壳之间的接触电阻。

（3）GTR的基极驱动　为了降低GTR在开关状态转换过程中的功率损耗，提高系统的安全可靠性，必须采用合理的基极驱动电路。图1-29所示为一种基极驱动原理电路和波形。

由图可见，GTR对基极驱动的一般要求是：开通时要过驱动（I_B=I_B1），以缩短晶体管的导通时间；正常导通时要浅饱和（I_B=I_B2），以利于晶体管的关断；关断时要反偏（I_B=I_B3），以缩短晶体管的关断时间。基极驱动对GTR的正常运行起着极其重要的作用，较好的基极驱动是采用具有智能控制功能的电路，如UA4002专用集成电路，可以对晶体管实现较理想的基极电流优化驱动，并可以提供多种保护功能。

GTR具有控制方便、开关时间短、高频特性好和通态压降较低等优点，其主要缺点是存在局部过热引起的二次击穿现象。目前，GTR的最大容量为1200V/400A，最佳工作频率为1～10kHz，适用于500V·A以下的应用场合。

1.3.5　电力场效应晶体管

（1）结构与工作原理　场效应晶体管（FET）是利用电场来控制固体材料导电能力的单极型有源器件。所谓单极型器件是指内部只有多数载流子参与导电的半导体器件。金属氧化物半导体场效应晶体管简称为MOSFET。电力MOS场效应晶体管（简称电力MOSFET）与小功率MOSFET一样，是绝缘栅场效应晶体管。它是通过改变栅极与源极间的电压，使其内部沟道反向恢复来控制漏极电流的，因此它属于电压控制型器件。目前，电力MOSFET一般采用如图1-30所示的垂直导电双扩散MOS结构。实际的电力MOSFET是由几千个到几十万个这样结构的单元并联组成的一种功率集成器件。

由图1-30（a）可见，栅极G与基片之间隔着氧化硅薄层，故它与其他两个极之间是绝缘的，因此电力MOSFET栅-源极之间的阻抗非常高；该器件在使用时，源极S接低电位，漏极D接高电位，即u_DS>0。当栅极与源极间为零偏压（即u_GS=0）时，由于u_GS使PN结承受反向电压，故漏极到源极之间无电流，整个器件处于阻断状态；当栅极-源极间的正偏压超过某一临界值（栅极阈值电压U_T）时，即u_GS>U_T时，靠近氧化硅附近的区域表面层形成与P型半导体导电性相反的一层，即N反型层，该反型层称为N沟道。N沟道将漏极与源极连接起来，成为导电的通道，使整个器件处于导通状态，电流i_D从漏极出发，经过N沟道，流入N^-区，最后从源极流出。由于这种电力MOSFET靠N型沟道来导电，故称为N沟道MOSFET，其图形符号如图1-30（b）所示。

（2）特性及参数　电力MOSFET的输出特性如图1-30（c）所示。电力MOSFET的主要参数有：最大漏极电流I_Dmax、漏极-源极间击穿电压u_DS、导通电阻、阀值电压U_T和开关频率等。

电力MOSFET的特点是驱动简单，驱动功率小，而且开关时间很短，一般为ns数量级，工作频率可达50～100kHz，其控制较为方便，热稳定性好且没有二次击穿现象，耐过流和抗干扰能力强，安全工作区（SOA）宽，但其容量较小，耐压较低。目前，电力MOSFET的耐压等级为1000V，电流等级为200A，因此电力MOSFET现主要用于各种小容量电力电子装置中。

1.3.6　绝缘栅双极型晶体管 （IGBT）

（1）基本结构和工作原理　绝缘栅双极型晶体管（简称IGBT）是由单极型MOS管和双极型GTR复合而成的新型功率器件，它既具有单极型MOS管的输入阻抗高、开关速度快的优点，又具有双极型电力晶体管的电流密度高、导通压降低的优点。IGBT的结构及图形符号如图1-31（a）、（b）所示。

由图1-31可见，IGBT是在N沟道电力MOSFET结构的基础上再增加一个P⁺层构成的。IGBT器件共有三个电极，分别为栅极G、发射极E、集电极C。IGBT应用时，C接电源的高电位，E接电源的低电位。IGBT的导通原理与电力MOSFET基本相同，因此IGBT也属于电压控制型功率器件。

（2）特性与参数　IGBT的输出特性如图1-31（c）所示。IGBT的主要参数有：

①集电极-发射极额定电压U_CE：栅极-发射极短路时，IGBT的耐压值。

②栅极-发射极额定电压U_GE：IGBT是由栅极-发射极间电压信号U_GE控制其导通和关断的，而U_GES为该控制信号电压的额定值。IGBT工作时，其控制信号电压不能超过U_GES，IGBT的U_GES大多为±20V左右。

③额定集电极电流i_C：IGBT导通时，允许流过管子的最大持续电流。

④集电极-发射极饱和电压U_CES：IGBT正常饱和导通时，集电极-发射极之间的电压降U_CES越小，管子的功率损耗越小。

⑤开关频率：IGBT的开关频率是由其导通时间t_on、下降时间t_f和关断时间t_off来决定的。IGBT的开关频率还与集电极电流I_C、运行温度和栅极电阻R_G有关。当R_G增大、运行温度升高时，开关时间增大，管子允许的开关频率有所降低。IGBT的实际工作频率比GTR高，一般可达30～40kHz。

（3）IGBT的驱动　随着IGBT的广泛应用，针对IGBT的优点而开发出的各种专用驱动模块也应运而生，如日本富士公司的EXB841专用驱动模块，模块内部装有光耦合器，有过电流保护电路和过电流保护信号端子，还可以用单电源供电。各种高性能的专用驱动模块，为IGBT的广泛应用提供了极大的方便。IGBT是发展最快且已走入实用化的一种复合型功率器件。目前ICBT的容量已经达到GTR的水平，系列化产品的电流为10～400A，电压等级为500～1400V，工作频率为10～50kHz。由于IGBT集MOSFET和GTR的优点于一身，因此它广泛应用于各种电力电子装置，有取代电力MOSFET和GTR的趋势。

1.3.7　电力电子器件的选用和保护

目前，电力电子器件的应用越来越广泛，尤其是各种新型自关断功率器件的应用范围不断扩大。为了确保电力电子装置安全可靠地运行，必须正确选用和保护电力电子器件。

（1）电力电子器件的选择

①电力电子器件种类的选择　在电力电子装置中，采用自关断器件省去了线路复杂、体积较大的强迫换相电路，既减小了装置体积，又降低了开关损耗，提高了效率。同时，由于这些器件开关频率的提高，电力电子装置可以采用PWM控制，既可以降低谐波损耗，又可以提高快速性，甚至还可以改善功率因数。因此，现代电力电子装置大量使用各种新型电力半导体器件。

现在，容量为600kV·A以下的装置一般采用GTR或IGBT；容量为600～4000kV·A的装置一般采用GTO；而容量为4000kV·A以上的装置才采用普通晶闸管。

②电力电子器件参数的选择　恰当地选择电力电子器件的参数，可以使电力电子装置功能良好、可靠、经济、维护方便。

a.器件电压的选择。选择器件的重复峰值电压（额定电压）的依据是：额定电压必须大于器件在电路中实际承受的最大电压，并有2～3倍的余量。

b.器件电流的选择。选择器件的额定电流时，必须考虑到不同器件额定电流的表示方法有所不同，如普通晶闸管、快速晶闸管的额定电流是工频正弦半波电流（波形系数K_f：1.57）的平均值，而双向晶闸管用电流的有效值表示，GTO、GTR、MOSFET和IGBT等则用电流的峰值表示，因此必须根据实际使用的器件来选择器件的额定电流。例如，选择普通晶闸管额定电流的依据是：晶闸管的额定电流I_T（AV），必须使管子的额定有效值［1.57I_T（AV）］不小于实际流过管子电流的最大有效值I_T［即1.57I_T（AV）≥I_T］，才能保证晶闸管的发热与结温不超过额定值，而且通常选用管子的额定电流时也应考虑1.5～2倍的余量，即I_T（AV）≥（1.5～2）I_T/1.57（I_T为工作时流过晶闸管的最大电流有效值）。

当单个器件额定电压不能满足电路电压要求时，可将多个器件串联使用，但器件串联时要保证各个串联器件所承受的电压基本相等（即均压）；当单个器件额定电流不够大时，可将多个器件并联使用，但器件并联使用时要保证每个并联器件中流过的电流基本相等（即均流）。

（2）电力电子器件的保护　由于电力电子器件承受过电压和过电流的能力较差，因此必须采用相应的保护措施。过电压和过电流保护是提高电力电子装置运行可靠性所不能缺少的重要环节。

①常用的保护措施是用若干电路元件组成的保护部件，如阻容吸收、非线性元件（硒堆、压敏电阻）等，分散设置在所需要的部位，来限制瞬时过电压；用快速熔断器、过电流继电器、直流快速断路器等，快速切断故障过电流，实现过电流保护。此外，还可以通过检测电路中某点的电压或电流值，利用调节系统进行快速反馈控制，将电压、电流抑制在允许值以下，而当有严重故障时自动快速切断装置的电源，实现电压、电流保护。

为了确保装置安全可靠地运行，一般还在晶闸管电路中串入进线电感配合阻容吸收电路以及在晶闸管桥臂串入小电感，来限制加到晶闸管上的电压上升率du/dt；在晶闸管桥臂串入小电感配合整流式阻容吸收电路，来限制晶闸管电流上升率di/dt。

②对于GTR、GTO、MOSFET和IGBT等自关断器件，除了采用上述的保护措施外，还应尽量选用有自保护功能的驱动电路。应当注意，由于这些自关断器件的工作频率比晶闸管高得多，因此其缓冲电路与晶闸管也不尽相同，图1-32所示为一种常见的GTR缓冲电路，该缓冲电路也可用于GTO、MOSFET及IGBT的保护。