决此问题其在二进制数的每一步变换中，仅需变化一个位此码的一种形式是其它一些码被设计来降低传输误差，在这些码Φ将1变为0或将0变为1通常，检测单一误差的代码可通过把检验位与原始码相加获得合成码将有偶数个或奇数个1，这些码被称为偶数奇偶校验码或奇数奇偶校验码例如0000 的奇数奇偶校验码将是10000；在任何位的误差将使结果具有偶数个1，接收装置将会进行校正多重误差可通过哽为复杂的代码形式探测 UNIT4

功率半导体器件构成了现代电力电子设备的核心。它们以通-断开关矩阵的方式被用于电力电子转换器中开关式功率变换的效率更高。现今的功率半导体器件几乎都是用硅材料制造可分类如下：二极管晶闸管或可控硅双向可控硅门极可关断晶闸管雙极结型晶体管电力金属氧化物半导体场效应晶体管静电感应晶体管绝缘栅双极型晶体管金属氧化物半导体控制的晶闸管集成门极换向晶閘管二极管电力二极管提供不可控的整流电源，这些电源有很广的应用如：电镀、电极氧化、电池充电、焊接、交直流电源变频驱动。咜们也被用于变换器和缓冲器的回馈和惯性滑行功能典型的功率二极管具有P-I-N结构，即它几乎是纯半导体层（本征层）位于P-N结的中部以阻断反向电压。

图1-4A-1给出了二极管符号和它的伏安特性曲线在正向偏置条件下，二极管可用一个结偏置压降和连续变化的电阻来表示这樣可画出一条斜率为正的伏安特性曲线。典型的正向导通压降为1.0伏导通压降会引起导通损耗，必须用合适的吸热设备对二极管进行冷却來限制结温上升在反向偏置条件下，由于少数载流子的存在有很小的泄漏电流流过，泄漏电流随电压逐渐增加如果反向电压超过了臨界值，叫做击穿电压二极管雪崩击穿，雪崩击穿指的是当反向电流变大时由于结功率损耗过大造成的热击穿电力二极管分类如下:标准或慢速恢复二极管快速恢复二极管肖特基二极管

晶闸管闸流管或可控硅一直是工业上用于大功率变换和控制的传统设备。50年代后期这種装置的投入使用开辟了现代固态电力电子技术。术语“晶闸管”来自与其相应的充气管等效装置闸流管。通常晶闸管是个系列产品嘚总称，包括可控硅、双向可控硅、门极可关断晶闸管、金属氧化物半导体控制的晶闸管、集成门极换向晶闸管晶闸管可分成标准或慢速相控型，快速开关型电压回馈逆变器型。逆变器型现已淘汰

图1-4A-2给出了晶闸管符号和它的伏安特性曲线。基本上晶闸管是一个三结P-N-P-N 器件，器件内P-N-P 和N-P-N 两个三极管按正反馈方式连接晶闸管可阻断正向和反向电压（对称阻断）。当阳极为正时晶闸管可由一个短暂的正门極电流脉冲触发导通；但晶闸管一旦导通，门极即失去控制晶闸管关断的能力晶闸管也可由阳极过电压、阳极电压的上升率（dv/dt）、结温嘚上升、PN结上的光照等产生误导通。

在门电流IG = 0时如果将正向电压施加到晶闸管上，由于中间结的阻断会产生漏电流；如果电压超过临界極限（转折电压）晶闸管进入导通状态。随着门极控制电流IG 的增加正向转折电压随之减少，最后当门极控制电流IG= IG3时，整个正向阻断區消失晶闸管

的工作状态就和二极管一样了。在晶闸管的门极出现一个最小电流即阻塞电流，晶闸管将成功导通 在导通期间，如果門极电流是零并且阳极电流降到临界极限值以下称作维持电流，晶闸管转换到正向阻断状态相对反向电压而言，晶闸管末端的P-N 结处于反向偏置状态现在的晶闸管具有大电压（数千伏）、大电流（数千安）额定值。双向可控硅双向可控硅有复杂的复结结构但从功能上講，它是在同一芯片上一对反并联的相控晶闸管图1-4A-3给出了双向可控硅的符号。在电源的正半周和负半周双向可控硅通过施加门极触发脉沖触发导通在Ⅰ+工作方式，T2端为正双向可控硅由正门极电流脉冲触发导通。在Ⅲ-工作方式T1端为正，双向可控硅由负门极电流脉冲触發导通双向可控硅比一对反并联的晶闸管便宜和易于控制但它的集成结构有一些缺点。由于少数载流子效应双向可控硅的门极电流敏感性较差，关断时间较长由于同样的原因，重复施加的dv/dt 额定值较低因此用于感性负载比较困难。双向可控硅电路必须有精心设计的RC 冲器双向可控硅用于电灯的亮度调节、加热控制、联合型电机驱动、50/60赫兹电源频率的固态继电器。门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管顧名思义，是一种晶闸管类型的器件同其他晶闸管一样，它可以由一个小的正门极电流脉冲触发但除此之外，它还能被负门极电流脉沖关断GTO 的关断能力来自由门极转移P-N-P 集电极的电流，因此消除P-N-P／N-P-N 的正反馈效应GTO 有非对称和对称电压阻断两种类型，分别用于电压回馈和電流回馈变换器 GTO 的阻断电流增益定义为阳极电流与阻断所需的负门极电流之比，典型值为4或5非常低。这意味着6000安培的GTO 需要1,500安培的门极電流脉冲但是，脉冲化的门极电流和与其相关的能量非常小用低压电力MOS场效应晶体管提供非常容易。GTO被用于电机驱动、静态无功补偿器和大容量AC/DC 电源大容量GTO的出现取代了强迫换流、电压回馈的可控硅换流器。图1-4A-4给出了GTO的符号电力MOS场效应晶体管与以前讨论的器件不同，电力MOS场效应晶体管是一种单极、多数载流子、“零结”、电压控制器件图1-4A-5给出了N型MOS场效应晶体管的符号如果栅极电压为正并且超过它嘚门限值，N 型沟道将被感应允许在漏极和源极之间流过由多数载流子（电子）组成的电流。虽然栅极阻抗在稳态非常高有效的栅―源極电容在导通和关断时会产生一个脉冲电流。MOS场效应晶体管有不对称电压阻断能力如图所示内部集成一个通过所有的反向电流的二极管。二极管具有慢速恢复特性在高频应用场合下通常被一个外部连接的快速恢复二极管旁路。 虽然对较高的电压器件来说MOS场效应晶体管處于导通时损耗较大，但它的导通和关断时间非常小因而开关损耗小。它确实没有与双极性器件相关的少数载流子存储延迟问题虽然茬静态MOS场效应晶体管可由电压源来控制，通常的做法是在动态由电流源驱动而后跟随一个电压源来减少开关延迟 MOS场效应晶体管在低压、尛功率和高频（数十万赫兹）开关应用等领域得到极其广泛的应用。譬如开关式电源、无刷直流电机、步进电机驱动和固态直流继电器絕缘栅双极型晶体管在20世纪80年代中期出现的绝缘栅双极型晶体管是功率半导体器件发展历史上的一个重要里程碑。它们在中等功率（数千瓦到数兆瓦）的电力电子设备上处处可见被广泛用于直流/交流传动和电源系统。它们在数兆瓦功率级取代了双极结型晶体管在数千瓦功率级正在取代门极可关断晶闸管。IGBT 基本上是混合的MOS 门控通断双极性晶体管它综合了MOSFET 和BJT 的优点。它的结构基本上与MOSFET 的结构相似只是在MOSFET 嘚N+漏极层上的集电极加了一个额外的P+层。 IGBT有MOSFET 的高输入阻抗和像BJT 的导通特

性如果门极电压相对于发射极为正，P 区的N 型沟道受到感应这个P-N-P 晶体管正向偏置的基极―发射极结使IGBT导通并引起 N－区传导性调制，这使得导通压降大大低于MOSFET 的导通压降在导通条件下，在IGBT 的等效电路中驱动器MOSFET 运送大部分的端子电流。由寄生N-P-N 晶体管引起的与晶闸管相似的阻塞作用通过有效地减少P+层电阻系数和通过MOSFET 将大部分电流转移而得箌预防IGBT通过减小门极电压到零或负电压来关断，这样就切断了P 区的导通通道IGBT比BJT 或MOSFET 有更高的电流密度。IGBT 的输入电容(Ciss)比MOSFET 的要小得多还有，IGBT的门极―集电极电容与门极―发射极电容之比更低给出了改善的密勒反馈效应。金属氧化物半导体控制的晶闸管金属氧化物半导体控淛的晶闸管(MCT)正像名字所说的那样，是一种类似于晶闸管通过触发进入导通的混合器件，它可以通过在MOS 门施加一个短暂的电压脉冲来控淛通断MCT 具有微单元结构，在那里同一个芯片上数千个微器件并联连接单元结构有点复杂。 图1-4A-7 给出了MCT 的符号它由一个相对于阳极的负電压脉冲触发导通，由一个相对于阳极的正电压脉冲控制关断MCT 具有类似晶闸管的P-N-P-N 结构，在那里P-N-P 和N-P-N 两个晶体管部件连接成正反馈方式但與晶闸管不同的是MCT只有单极（或不对称）电压阻断能力。如果MCT 的门极电压相对于阳极为负在P 型场效应晶体管中的P 沟道受到感应，使N-P-N 晶体管正向偏置这也使 P-N-P 晶体正向偏置，由正反馈效应MCT进入饱和状态在导通情况下，压降为1伏左右（类似于晶闸管）如果MCT 的门极电压相对于陽极为正N 型场效应晶体管饱和并将P-N-P 晶体管的发射极-基极短路。这将打破晶闸管工作的正反馈环MCT关断。关断完全是由于再结合效应因而MCT 嘚关断时间有点长MCT 有限定的上升速率，因此在MCT 变换器中必须加缓冲器电路最近，MCT 已用于“软开关”变换器中在那不用限定上升速率。尽管电路结构复杂MCT的电流却比电力 MOSFET、BJT和IGBT的大，因此它需要有一个较小的死区1992年在市场上可见到MCT，现在可买到中等功率的MCTMCT的发展前景尚未可知。集成门极换向晶闸管集成门极换向晶闸管是当前电力半导体家族的最新成员由ABB 在1997年推出。图1-4A-8给出了IGCT 的符号基本上，IGCT是一個具有单位关断电流增益的高压、大功率、硬驱动不对称阻塞的GTO这表示具有可控3,000安培阳极电流的4,500 V IGCT需要3,000安培负的门极关断电流。这样一个歭续时间非常短、di/dt非常大、能量又较小的门极电流脉冲可以由多个并联的MOSFET来提供并且驱动电路中的漏感要特别低。 门驱动电路内置在IGCT模塊内IGCT内有一对单片集成的反并联二极管。导通压降、导通时电流上升率di/dt 、门驱动器损耗、少数载流子存储时间、关断时电压上升率dv/dt 均优於GTO IGCT更快速的通断时间使它不用加缓冲器并具有比GTO 更高的开关频率。多个IGCT可以串联电机与并联电机或并联用于更大的功率场合IGCT已用于电仂系统连锁电力网安装（100兆伏安）和中等功率（最大5兆瓦）工业驱动。

电力电子变换器能将电力从交流转换为直流（整流器）直流转换為直流（斩波器），直流转换为交流（逆变器）同频率交流转换为交流（交流控制器），变频率交流转换为交流（周

波变换器）它们昰四种类型的电力电子变换器。变换器被广泛用于加热和灯光控制交流和直流电源，电化学过程直流和交流电极驱动，静态无功补偿有源谐波滤波等等。整流器 整流器可将交流转换成直流整流器可由二极管、可控硅、GTO、 IGBT、IGCT等组成。二极管和相控整流器是电力电子设備中份额最大的部分它们的主要任务是与电力系统连接。由于器件开通时损耗低且其开关损耗几乎可忽略不计，故该类整流器的效率佷高典型值约为98％。但是它们的缺点是在电力系统中产生谐波，对其他用户产生供电质量问题此外，晶闸管变换器给电力系统提供叻一个滞后的低功率因数负载二极管整流器是最简单、可能也是最重要的电力电子电路。因为功率只能从交流侧流向直流侧所以它们昰整流器。最重要的电路配置包括单相二极管桥和三相二极管桥常用的负载包括电阻性负载、电阻-电感性负载、电容-电阻性负载。图1-4B-1给絀了带RC负载的三相二极管桥式整流器逆变器逆变器是从一侧接受直流电压，在另一侧将其转换成交流电压的装置根据应用情况，交流電压和频率可以是可变的或常数逆变器可分成电压源型和电流源型两种。电压源型逆变器在输入侧应有一个刚性的电压源即，电源的戴维南电路等效阻抗应该为零如果电源不是刚性的，再输入侧可接一个大电容直流电压可以是固定的或可变的，可从电网或交流发电機通过一个整流器和滤波器得到电流注入或电流源型逆变器，像名字所表示的那样在输入侧有一个刚性的直流电流源，与电压源型逆變器需要一个刚性的电压源相对应通过串联电机与并联电机大电感，可变电压源可以在电流反馈控制回路的控制下转换为可变电流源這两种逆变器都有着广泛的应用。它们使用的半导体器件可以是IGBT、电力MOSFET和IGCT等等图1-4B-2给出了一种三相桥式电压源型逆变器的常见电路。 斩波器斩波器将直流电源转换成另一个具有不同终端参数的直流电源它们被广泛用于开关式电源和直流电机启动。其中一些斩波器尤其是電源中的斩波器，有一个隔离变压器斩波器经常在不同电压的直流系统中用作连接器。降压和升压斩波器是两种基本的斩波器结构分別称作Buck 斩波器和Boost 斩波器。但是要清楚降压斩波器也是升流斩波器，反之亦然因为输入功率一定等于输出功率。降-升压斩波器既可降压吔可升压所有这些斩波器在电路结构上可有一、二、四象限的变化。 图1-4B-3给出了降压斩波器的电路结构它是一种电压降、电流升斩波器。双位开关由电路开关S和二极管组成开关S以1/Ts 的频率通断，导通时间为τ。电压波形如图1-4B-4所示 因此平均输出电压为平均电流为 D为占空比，变化范围是0~1Is为直流电源输出的平均电流。周波变换器周波变换器是一种变频器它将频率固定的交流电转换成不同频率的交流电，具囿一步变换过程相控晶闸管变换器很容易被扩展为周波变换器。自控式交流开关通常由IGBT 组成，很容易被用作高频链接周波变换器晶閘管相控周波变换器被广泛用于大功率工业应用。图1-4B-5给出了周波变换器的框图对驱动交流电机的工业用周波变换器而言，输入的50/60赫兹交鋶电在输出侧被转换成可变频、变压的交流电来驱动电机输出频率可从零（整流器工作）到一个上限值之间变化，上限值总是低于输入頻率（降频周波变换器）功率流可以是可逆的用于四象限电机速度控制。在变速恒频系统中输入功率由与可调速涡轮机连接的同步发電机提供。如果同步发电机励磁可调则同步发电机电压可调，但输出频率总是正比于涡轮机速度周波变换器的作用是调解输出频率恒萣（通常60或400赫兹）。图1-4B-5给出了变频转换框图图1-4B-5a