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电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件，以电流容量大、耐电压高、本身损耗小为基本特征。常用和正在发展的电力电子器件见表5.2-1。
表5.2-1 电力电子器件的类别、名称、特征、符号、型号、伏安特性及主要用途
（续）
①SCR（硅可控整流器）是早期美国通用电气公司发明时命名的，后IEC正式命名为普通晶闸管，但为方便起见，习惯常用SCR代表普通晶闸管。
到目前为止，一直以硅材料为主。其主要原因在于人们早已掌握了低成本、大批量制造大尺寸、低缺陷、高纯度的单晶硅材料的技术以及随后对其进行半导体加工的各种工艺技术。但是，硅器件的各方面性能已随其结构设计和制造工艺的不断完善而越来越接近其由材料特性决定的理论极限（尽管随着器件技术的不断创新这个极限一再被突破）。因此，有越来越多的电力电子器件研发将注意力投向宽禁带半导体材料。
禁带的宽度实际上反映了被束缚的价电子要成为自由电子所必须额外获得的能量。硅的禁带宽度为1.12eV（电子伏特），而宽禁带半导体材料是指禁带宽度在3.0eV左右及以上的半导体材料，典型的是碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、金刚石等材料。
宽禁带半导体材料一般都具有比硅高得多的临界雪崩击穿电场强度和载流子饱和漂移速度、较高的热导率和更高的工作温度及熔点，因此，更适合制备耐高压、耐高温、高频的电力电子器件。典型宽禁带半导体材料与硅材料特性的具体数值对比见表5.2-2。
表5.2-2 典型宽禁带半导体材料与硅材料特性对比
主要有螺栓形、平板形及模块形。螺栓形结构见图5.2-1，它只有一个平面与散热器接触，所以安装、更换方便，但冷却效果差，一般适用200A以下的小、中容量器件。平板形结构见图5.2-2，可阳极和阴极双面冷却，所以冷却效果在相同条件下比螺栓形高60%左右，适用于200A以上的大容量器件。平底模块形是新发展出的结构，由于底板与器件绝缘，几只模块可公用同一散热器，安装使用很方便，新型全控型器件大多数采用此结构。
其电路图形符号和伏安特性见表5.2-1，外形结构见图5.2-1和图5.2-2，额定值和特性参数的定义见表5.2-3。普通二极管多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。其反向恢复时间较长，一般在5μs以上。但其正向电流定额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。
图5.2-1 螺栓形结构
a）普通二极管 b）普通晶闸管
图5.2-2 平板形结构
a）普通二极管 b）普通晶闸管
表5.2-3 普通二极管额定值和特性参数的定义
其图形符号及特性与普通二极管相似，见表5.2-1。因此，有关的额定值和特性参数定义可参见本篇第6条。快速二极管又名快恢复二极管，有短的恢复时间（一般在5μs以下），适用于中等电压和电流范围（1～2000A、200～3000V、300ns），多用做高频开关。通常它和其他快速器件连接在一起，在斩波、逆变电路中应用时，多作旁路二极管和阻塞二极管。因此，其快速性非常重要，反向恢复特性是其主要特性。
其图形符号及特性与普通二极管相似，见表5.2-1。因此，有关的额定值和特性参数定义可参见本篇第6条。肖特基势垒二极管，简称为肖特基二极管是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管。其优点在于：反向恢复时间很短（10～40ns），正向恢复过程中也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。其缺点在于：当所能承受的反向耐压提高时其正向压降也会显著增大，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。
见表5.2-4。
阳极与阴极间的电压和阳极电流间的关系，称为其伏安特性。其电路图形符号和伏安特性见表5.2-1；位于第Ⅰ象限的是正向特性，第Ⅲ象限的是反向特性。普通晶闸管的外形结构见图5.2.1和图5.2.2。
表5.2-4 晶闸管额定值和特性参数的定义
（续）
SCR导通和断开的规律为：1）当SCR承受反向阳极电压时，不论门极是否有触发电流，SCR都处于关断状态；2）当SCR承受正向阳极电压时，仅在门极有触发电流的情况下，SCR才能导通。正向阳极电压和正向门极电流两者缺一不可。导通后的管压降为1V左右；3）管子一旦导通，门极就失去控制作用，故导通的控制信号只需正向脉冲电流（称之为触发脉冲）即可；4）要使管子关断，必须使通过管子的电流降低到维持电流以下；5）当门极未加触发脉冲时，管子具有正向阻断能力。
对SCR，企业标准或产品说明书中应给出其特性曲线。标准规定制造厂应给出的特性曲线有：1）管壳温度与正向平均电流的降额关系曲线；2）正向伏安特性；3）瞬态热阻与时间的关系曲线；4）浪涌电流与周波数的关系曲线和 I 2 t 特性曲线；5）最大正向功率损耗与正向平均电流的关系曲线。
电路图形符号和伏安特性见表5.2-1。它有与普通晶闸管相似的特性，所以有关其额定值和特性参数定义可参见表5.2-3。
SCR在400Hz以上工作时，由于开关损耗随频率提高而增大，额定电流迅速减小。FST对SCR的管芯结构和制造工艺进行了改进，缩短了开关时间，并使d i /d t 和d u /d t 的耐量有很大提高。从关断时间来看，普通晶闸管一般为数百微秒，快速晶闸管为数十微秒，可在较高的频率下工作。需要注意的是，当FST的工作频率增高时，开通、关断损耗在总损耗中占的比重会增加，使用时一定要注意在特定工况下允许的通态电流。
可以认为是一对反并联连接的普通晶闸管的集成。电路图形符号和伏安特性见表5.2-1。它有两个主电极T 1 和T 2 ，一个门极G。门极使器件在主电极的正反两方向均可触发导通，所以TRIAC在第Ⅰ和第Ⅲ象限有对称的伏安特性。
TRIAC有四种门极触发方式：1）触发方式Ⅰ + ：T 2 接负，T 1 接正，G与T 2 间加正门极电压；2）触发方式Ⅰ -： T 2 接负，T 1 接正，G与T 2 间加负门极电压；3）触发方式Ⅲ + ：T 2 接正，T 1 接负，G与T 2 间加正门极电压；4）触发方式Ⅲ -： T 2 接正，T 1 接负，G与T 2 间加负门极电压。四种触发方式的灵敏度各不相同，一般Ⅰ + ＞Ⅲ -＞ Ⅰ -＞ Ⅲ + ，实际使用较多的是Ⅰ + 和Ⅲ -两 种方式。
TRIAC与一对反并联的SCR相比，不但经济，而且控制电路简单。但存在一些局限性：1）重新施加d u /d t 的能力差，难以用于感性负载。在交流电路中使用时，需承受正反两个半波电流和电压。它在一个方向导电虽已结束，但在管芯硅片各层中的载流子还没有回复到阻断状态的位置时，这些载流子电流可能成为晶闸管反向工作时的触发电流而使之误导通，造成换相失败。其换相能力随温度升高而下降；2）门极电路灵敏度较低；3）关断时间较长。
TRIAC在交流调压电路、固态继电器（Solid State Relay，SSR）和交流电动机调速等领域应用较多。由于TRIAC通常用在交流电路中，因此不用平均值而用有效值来表示其额定电流值。
在逆变和斩波电路中，常将晶闸管和二极管反并联使用，因此发展了RCT。它是将晶闸管和二极管制作在同一管芯上的功率集成器件，其正向伏安特性与普通晶闸管的正向伏安特性相同，反向伏安特性与二极管的正向伏安特性相同，其电路图形符号和伏安特性见表5.2-1。
与SCR相比，RCT具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点。此外，由于其结构上的特点，使用时元器件数目减少、接线缩短、经济性好。特别是消除了整流二极管的接线电感，使晶闸管承受的反向偏置时间增长，有足够的时间进行关断，使换相电路小型并轻量化。但由于其集成化结构，晶闸管与二极管之间的相互干扰，存在二极管区的正向电流所产生的载流子可能使晶闸管失去阻断能力而误导通，即换相失败。RCT的换相能力用反向电流下降率（d i /d t ）表示，它随结温升高而下降。
RCT的额定电流分别以晶闸管电流和反并联二极管电流来表示，前者为分子，后者为分母，例如300/300A，300/150A。两者的比值根据要求确定，一般为1～3。
是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管 [1] 。LTT电路图形符号和伏安特性见表5.2-1。
光触发与电触发相比，具有下述优点：1）主电路和控制电路通过光耦合，可以避免电磁干扰的影响；2）主电路与控制电路相互隔离，容易满足对高压绝缘的要求；3）无需门极触发脉冲变压器等元件，从而可使装置的重量减轻、体积减小、可靠性提高。
光触发方式有直接式和间接式两种。直接式触发是通过光缆传送光信号或让光源靠近LTT直接进行触发，优点是电路简单、噪声低、可靠性高。间接式触发是利用光电转换电路把光信号变成电信号去触发LTT，优点是可靠性高，缺点是配合使用的电路复杂。
LTT的伏安特性和普通晶闸管相似。如果加有正向电压的LTT受不同强度光的照射时，则其转折电压将随光照强度的增大而降低。
LTT的一般参数定义与普通晶闸管相同，见表5.2-4，但其触发参数是特有的，主要是触发光功率和光谱响应范围。加有正向电压的LTT由阻断状态转为导通状态所需的输入功率称为触发光功率，其值一般为几到十几毫瓦。使LTT导通的光波长范围称为光谱响应范围，它大致在0.55～1.0μm之间，峰值波长约为0.85μm。
其电路图形符号和伏安特性见表5.2-1。它除了具有晶闸管的全部特性之外，还有关断能力，即当门极施加正或负信号时，可实现导通或关断。
由于GTO在结构上是由数十个甚至数百个共阳极的小GTO单元在同一硅片上并联集成而得，因而它所需的开通触发脉冲强度和前沿陡度远比普通晶闸管大。另外，GTO晶闸管的擎住电流和维持电流要比普通晶闸管大1或2个数量级，应用中最好在其整个导通时间内，始终保持一个正向的门极触发脉冲电流，以维持GTO内部的全面积导通。
GTO的特性参数可分为三类：1）与通态和断态有关的静态特性参数；2）与开通有关的动态特性参数；3）与关断有关的动态特性参数。GTO的静态特性参数和表征开通动态特性参数与普通晶闸管含义类似。
表征关断的动态特性参数有两方面：1）最大可关断阳极电流 I TGQM 和电流关断增益 G off 。 I TGQM 是用门极负脉冲电流所能关断的最大阳极电流。 G off 定义为最大可关断阳极电流与使其关断的门极负脉冲电流峰值之比。 G off 越大，相当于能用较小的门极负脉冲电流关断较大的阳极电流。 I TGQM 随工作频率的升高而减小，随由通态转向断态时阳极电压变化率d u /d t 的增大而减小，随结温升高而减小。 G off 与门极负脉冲电流上升速度有关，当增大时， G off 趋于下降。2）关断时间 G off 。定义为存储时间和下降时间之和，而不包括尾部时间，与关断电流、结温、门极负脉冲电流上升率有关。
也称为双极结型晶体管（BJT）或功率晶体管。它是一种具有发射极、基极和集电极区的三层器件，其电路图形符号和伏安特性见表5.2-1。GTR的工作原理与电子学中的晶体管类似，与晶闸管等阀型电力半导体器件不同，是一种具有线性放大特性的有源器件，但在电力电子设备中应用时常常作为开关器件使用，采用共发射极连接，通过基极信号使之开通或关断。GTR是一种双极型大功率、高反压晶体管，具有自关断能力，并有饱和压降低、开关时间短和安全工作区宽等特点。GTR即使工作在允许的极限参数范围内，仍有可能突然损坏，其原因主要是发生了二次击穿。二次击穿是影响GTR安全使用和可靠性的重要因素。当集电极反向偏压 U CE 逐渐增高到其击穿电压时， I C 急剧上升，出现通常的雪崩击穿，称为一次击穿。当 U CE 进一步增高， I C 增大到某一临界值时， U CE 突然降低，而 I C 继续增大，出现负效应，这种现象称为二次击穿。二次击穿常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变，因而对GTR危害极大。
GTR能够安全可靠工作的范围称为安全工作区（SOA）。按工作状态分为直流和脉动两种SOA；按偏置情况分为正偏和反偏SOA。SOA的边界由耐压、允许电流（过载和脉冲电流）、耗散功率和二次击穿时的电流、电压值等参数所限定。对脉冲工作状态，因其平均功率小于直流状态，所以SOA比直流工作时增大，且随脉冲宽度的减小而扩大。
电力晶体管的特性参数主要有极限参数、直流特性参数和开关特性参数。其极限参数有反向击穿电压 U （BR）EBO 、 U （BR）CBO 、 U （BR）CEO 和最大工作电流 I CM 、最高结温 T jM 、集电极最大耗散功率 P CM 以及热阻 R th 等。直流特性参数有直流电流增益 h FE 、反向漏电流 I EBO 、 I CEO 、 I CBO 和反向击穿电压 U （BR）EBO 、 U （BR）CBO 、 U （BR）CEO 等。开关特性参数有开关时间和饱和压降 U CE（sat） 等。
是一种由多子参加导电的压控型器件，属于单极型器件。它通过栅极电压来改变沟道阻抗，从而控制漏极电流。电力MOSFET的电路图形符号和伏安特性见表5.2-1。与双极型器件相比，电力MOSFET的特点为：1）输入阻抗高，驱动电流小，驱动电流一般为100nA数量级时，输出电流可达数安甚至数十安；2）开关速度快，高频特性好，一般低压器件的开关时间在10ns数量级，高压器件在100ns数量级，工作频率可达100kHz～1MHz；3）热稳定性好，不易发生二次击穿。
电力MOSFET以N沟道型的居多。栅-源极间电压超过其阈值电压（一般为5V）时，漏源极间进入低阻抗的导通状态。MOSFET允许在很高频率下工作，但不易做成高耐压和大电流。为了使MOSFET在高频下快速开关，由于栅极电容的存在，栅极驱动电路仍需有足够的输出和吸收栅极电容充放电流的能力。因此，栅极驱动用正、负电压脉冲值应远高于阈值电压，但不能超过栅源极间允许的极限电压值。一般采用正向脉冲电压10～15V，负脉冲电压以-5V为宜。此外，考虑到MOSFET的特性，为了避免工作中从栅极引入干扰，一般栅极电路应用高速光耦合器件与其他电路隔离。MOSFET原则上不存在二次击穿，因此，其短脉冲状态下的过电流能力较强，但其导通电阻较大，故正向通态损耗较大。
MOSFET的主要参数为：漏-源击穿电压 U （BR）DS 、栅-源电压 U GS 、阈值电压 U th 、最大漏极电流 I DM 、导通电阻 R on 、跨导 g m 、极间电容、开通时间 t on 和关断时间 t off 。
是由双极型GTR和电力MOSFET构成的一种新型复合器件，因此综合了以上两种器件的优点：输入阻抗高、开关速度快、电流密度高、驱动功率小而饱和压降低。它是一种多元集成结构，每个单元都可简化为一个由MOSFET和一个PNP型晶体管复合构成。给栅极施加正偏信号后，MOSFET导通，从而给PNP晶体管提供了基极电流使其导通。给栅极施加反偏信号后，MOSFET关断，使PNP晶体管基极电流为零而截止。目前其电压、电流等级已超过GTR的水平，也已实现了模块化，并基本取代了GTR。IGBT的电路图形符号和伏安特性见表5.2-1。
IGBT的过载能力不强，当电流过大时可能进入擎住状态而失去关断能力。因此，应用时负载短路保护必须极快，防止短路电流上升到擎住状态而失控。此外，过高的d u /d t 应力也可能使IGBT进入擎住状态。还应注意的是，IGBT栅极输入电容有几百皮法至几万皮法，栅极电路必须具有能提供和吸收该电容充放电流的能力；IGBT在小电流状态下的饱和压降具有负温度系数，大电流区内则具有正温度系数，所以，有利于并联使用时的自动均流。
IGBT的主要参数为：集电极额定最大直流电流 I C 、基极短路时的集-射击穿电压 U （BR）CES 、额定最大耗散功率 P D 、集-射极间的饱和压降 U CE（sat） 、基极短路时集电极最大关断电流 I CES 、结-壳间的最大热阻 R th 、最大工作温度 T 。
是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT集成于一个整体形成的器件。门极换流晶闸管（GCT）是基于GTO晶闸管结构的一种新型电力电子器件，它不仅与GTO晶闸管有相同的高阻断能力和低通态压降，而且有与IGBT相同的开关性能，兼有GTO晶闸管和IGBT之所长，是一种较理想的兆瓦级、中压开关器件。
IGCT与GTO晶闸管相似，也是四层三端器件，IGCT内部由上千个GCT组成，阳极和门极共用，而阴极并联在一起。与GTO晶闸管有重要差别的是GCT阳极内侧多了缓冲层，以透明（可穿透）阳极代替GTO晶闸管的短路阳极。导通机理与GTO晶闸管完全一样，但关断机理与GTO晶闸管完全不同，在GCT的关断过程中，GCT能瞬间从导通转到阻断状态，变成一个PNP晶体管以后再关断，所以它无外加d u /d t 限制；而GTO晶闸管必须经过一个既非导通又非关断的中间不稳定状态进行转换（即“GTO区”），所以GTO晶闸管需要很大的吸收电路来抑制施加电压的变化率d u /d t 。阻断状态下GCT的等效电路可以认为是一个基极开路、低增益PNP晶体管与门极电源的串联。
IGCT触发功率小，可以把触发及状态监测电路和IGCT管芯做成一个整体，通过两根光纤输入触发信号、输出工作状态信号。IGCT可分为通用型和环绕型两大类。通用型IGCT中，GCT与门极驱动器相距很近（间距15cm），该门极驱动器可以容易地装入不同的装置中。环绕型IGCT的结构更加紧凑和坚固，用门极驱动电路包围GCT，并与GCT和冷却装置形成一个自然整体，其中包括GCT门极驱动电路所需的全部元件。这两种形式都可使门极电路的电感进一步减小，并降低门极驱动电路的元件数、热耗散、电应力和内部热应力，从而明显降低了门极驱动电路的成本和失效率。另外，IGCT开关过程一致性好，可以方便地实现串、并联，进而扩大功率范围。
IGCT规格有非对称型、反向阻断型、反向导通型三种类型。
除GTR、GTO晶闸管、电力MOSFET、IGBT等全控型器件外，近年来其他新型电力电子器件也得到了迅猛发展。因场控型器件具有驱动功率小、开关速度快等特点，所以这些新型器件多为场控型器件或它与其他器件的复合。比如静电感应晶体管（SIT）和静电感应晶闸管（SITH）以及MOS控制晶闸管（MCT）等 [2-4] 。
SIT是靠外电场控制PN结耗尽层来改变沟道宽度的场效应晶体管，因此也称为结型场效应晶体管，其电路图形符号和伏安特性见表5.2-1。SIT本质上是垂直的结型场效应晶体管，其载流子主要是电子，属于多子器件，栅极用电压控制，因而开关速度快、输出功率大、热稳定性能好、工作频率高（可达兆赫级），且容量大，有高电流增益、高输入阻抗和低导通电阻。SIT不仅可以工作在开关状态，用作大功率的电流开关，而且可以用于功率放大器中。它在结构上能方便地实现多胞管的合成，因而非常适合做高压大功率器件。其最重要的特征是在栅-源极短路，即栅-源电压为零时，器件处于导通状态，因此是常开型器件。
SITH是通过静电感应效应控制势垒高度来调制正向电流的一种器件，故也称场控晶闸管，其电路图形符号和伏安特性见表5.2-1。SITH是大功率场控开关器件，与SCR及GTO晶闸管相比，它的通态电阻小、通态电压低、开关速度快、开关频率高、开关损耗小、正向电压阻断增益高、开通和关断的电流增益大、d i /d t 及d u /d t 的耐量高。它不像SCR和GTO晶闸管那样有体内再生反馈机理，所以不会因d u /d t 过高而产生误触发现象，也不会产生擎住效应。SITH的结温对通态电压的影响很小，这比GTO晶闸管优越。SITH与SIT一样，也是常开型器件，可以通过电场控制阳极电流，在门极没有信号时，器件是导通的。它比SIT的开关频率要低。
MCT是一种电压控制型全控器件，它是由一个或几个MOSFET与一个晶闸管复合而成，一个MCT器件由数以万计的MCT元组成，每个元的组成为：一个PNPN晶闸管，一个控制该晶闸管开通的MOSFET，和一个控制该晶闸管关断的MOSFET。其电路图形符号见表5.2-1。MCT由于复合了MOSFET和能关断的晶闸管，所以兼有MOSFET的场控性能和GTO晶闸管的高压大电流优点，可以承受极高的d i /d t 和d u /d t ，这使得保护电路可以简化。尽管MCT和IGBT一样，都属于单极型和双极型器件的复合器件，但由于MCT的内部具有正反馈结构，可使通态电阻大大低于IGBT（和其他场效应器件），通态压降也低于IGBT，所以导通损耗较小，电流密度较大。但经过十多年的努力，其关键技术问题没有大的突破，电压和电流容量都远未达到预期的数值，因此限制了它在大功率场合中的应用。
突破硅基半导体材料的物理限制，具有比硅器件高得多的耐受高电压的能力、低得多的通态电阻、更快的动态响应速度、更好的导热性能和热稳定性以及更强的耐受高温和射线辐射的能力。自20世纪末以来有非常迅速的发展，21世纪初开始有相应产品SiC肖特基二极管、场效应晶体管（JFET、MOSFET）推入市场，它们都表现出远优于同电压等级硅器件的性能。
与硅场效应晶体管主要以增强型（常闭型）为主不一样的是，在SiC场效应晶体管研发和产品应用中，增强型（常闭型）和耗尽型（常通型）都很受关注。耗尽型的SiC场效应晶体管尽管应用起来比增强型稍复杂一些，往往需要采用与耗尽型的低压硅MOSFET器件组合成共源共栅结构，整体就可以按一个等效的增强型器件使用，总体性能仍远优于同电压等级的单个硅器件。
碳化硅器件产品目前主要面向600V以上电压等级的市场。特别是近10年来，由于性能全面优于硅材料器件，SiC器件应用于电力电子装置中的总体效益逐渐超过其与硅材料器件之间的价格差异造成的成本增加，在电力电子技术领域的推广、应用速度明显加快，显现出未来可能替代大部分硅材料器件应用市场的趋势。
从表5.2-2的材料特性上看优于碳化硅，因此同电压等级的氮化镓器件性能优于碳化硅器件。但因氮化镓衬底材料提炼问题目前尚未突破，比较成熟的仍然是在其他材料的衬底上进行后序的半导体工艺，因此实现垂直导电结构困难，器件耐高电压的水平难以提升。所以目前市场上的氮化镓器件以横向导电结构为主，电压一般在600V等级以下。
PIC（Power Inte grated Circuit）是一种电力电子电路的单片集成，是由电力电子技术和微电子技术相结合的新一代产物，实际上已超出传统“器件”的概念，而成为一种电路。典型的PIC通常由电力电子器件及驱动、缓冲和保护电路、信号检测、自诊断电路以及控制电路等多部分组成。PIC按其电力电子器件的通流能力分为两类 [3,5] ，即高压集成电路（HVIC）和智能功率集成电路（SPIC）。HVIC基本上是工作电平提高了的逻辑集成电路，其电力电子器件的工作电流较小，一般取水平导电方向，芯片背面不起导电电极作用。它是高耐压电力电子器件、控制电路以及电平移动功能电路的单片集成，用来控制功率输出。目前，HVIC的阻断电压已可做到千伏以上，但其输出电流较低，最低的只有100mA，因而其功率损耗较小。这对封装提供了相当大的便利，可以直接使用通用集成电路的标准管壳和封装办法。这是HVIC相对于SPIC的一个优势。SPIC包括所有工作电流较高的PIC，其电力电子器件通常取垂直于芯片表面的导电方向，且常以芯片背面为一主电极。SPIC的智能化表现在三个方面：1）控制。自动检测某些外部参量，并调整电力电子器件的运行状况，以补偿外部参量的偏离；2）接口功能。接受并传递控制信号；3）保护功能。当器件出现过载、短路、过电压、欠电压或过热等非正常运行状况时，能测取相关信号，并进行调整保护，使电力电子器件工作在安全范围内。
IPM（Intelligent Power Module）是一种在IGBT基础上再集成栅极控制电路、故障检测电路和故障保护电路的新型专用电力电子模块 [4] 。它满足了电力电子装置特别是逆变器的高频化、小型化、高性能及装置电路设计简单化的要求。其容量主要由模块中的IGBT决定，目前用于电动车辆上的最大容量已达2000V、600A。IPM具有驱动和短路、过载、过热、欠电压保护等功能，它的输入级由MOS器件构成，开关频率高、输入阻抗大。其输出电压和电流相当大，而饱和压降又低，在开关损耗和安全工作区等方面的性能比IGBT好得多，因此具有发展前景。
电力电子器件常用的冷却方式有自冷、风冷、水冷等，其各自特点及应用场合见表5.2-5。此外，尚有其他冷却方式，比如沸腾冷却、同电位组合器件（堆）的冷却和非同电位组合器件（堆）的冷却等 [6] 。
表5.2-5 典型冷却方式对比
①散热效率，即热交换系数 α ，单位为kJ/（h·m 2 ·K）；
②水质要求及露点温度见GB/T3859.1—2013《半导体变流器 通用要求和电网换相变流器 第1-1部分：基本要求规范》。
电力电子器件的散热能力可以用各种热阻来表征。按热流途径，总的热阻由半导体结到管壳台面的结壳热阻 R jc 、管壳与散热器间的接触热阻 R cs 以及散热器的热阻 R sa 组成。考虑到传热体本身具有热容量，在发热量不断快速变化的情况下，应相应用随时间变化的热阻抗 Z jc 、 Z sa 等来表示传热体的特性。
（1）稳态热阻 各种规格的电力电子器件的 R jc 由制造厂的产品说明书给出，无法获得该数值时可由表5.2-6中选其上限值。各种标准的 R sa 可由表5.2-7中选取。 R cs 可参考表5.2-8的数据。结到环境的总热阻为： R ja = R jc + R cs + R sa 。
表5.2-6 普通整流管和普通晶闸管的结壳热阻 R jc 的上限值（单位：K/W）
表5.2-7 标准散热器的热阻 R sa （单位：K/W）
表5.2-8 接触热阻 R cs 的参考数据（单位：K/W）
（2）结温计算 在稳态的连续负载情况下，即电源周期内的耗散功率恒定不变时，如果用 T a 表示环境温度（℃）， P AV 代表电源周期内的平均耗散功率（W），那么电力电子器件的平均结温 T j（AV） （℃）可简单地求得
T j（AV） = T a + P AV /R ja
电力电子器件在传递和处理电能的同时，也要通过电热转换耗散一部分电能。为了保持器件的正常工作状态，由耗散电能转换而成的热量必须及时传出器件，并有效地散失掉，否则将使器件因为过高的温升而改变特性，甚至使器件损坏。用来把器件热量传出并散失掉的装置就称为散热器。常用的散热器类型有片状散热器、翼片状散热器、饼状散热器和叉指状散热器等。
散热器设计的主要任务是根据选定器件的额定参数和工作特性，计算其典型工作状态中为使结温不超过额定值所需要的接触热阻和散热器热阻，以便合理选择和安装散热器。可以说，散热器设计对不同类型的电力电子器件并无本质不同。但是，在计算热阻时，需要首先确定的器件功耗在不同器件之间的算法就很不一样了。因此，应该针对不同的电力电子器件来设计散热器。比如对于普通晶闸管和整流二极管，当开关频率低于100Hz时，开关损耗一般可忽略；对于快速整流管和快速晶闸管，当开关频率低于1kHz时，其开关损耗也可不计。但在高频应用中，开关损耗就不能不考虑。