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电力电子器件往往专指电力半导体器件，所用主要材料是硅。在电力电子装置中，直接实现电能的变换和控制的电路称为主电路。电力电子器件是指用于主电路中，承担电能的变换和控制任务的主要电子器件。电力电子器件按照能够被控制电路信号所控制的程度分为不可控器件、半控型器件和全控型器件。
不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件称为不可控器件。常见的如电力二极管（Power Diode）。
通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件称为半控型器件。主要是指晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件，器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。
通过控制信号既可控制其导通，又可控制其关断的电力电子器件称为全控型器件。目前，最常用的是绝缘栅双极晶体管（IGBT）和电力场效应晶体管（Power MOSFET）。
电力电子器件除了上述根据其可控程度的分类方法，还有多种分类方法。根据其内部空穴和自由电子两种载流子参与导电的情况，可分为双极型器件、单极型器件和复合型器件。根据驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，可分为电流驱动型和电压驱动型两类。常见的GTR和GTO属于双极型电流驱动型器件，MOSFET属于单极型电压驱动型器件，IGBT属于复合型电压驱动型器件。
电力二极管在20世纪50年代初期就获得了应用，可实现在管子两端加正向电压导通、加反向电压截止的功能。电力二极管（见图2.1）是不可控器件，广泛应用于电气设备中，既可以作为整流元件，也可以作为续流元件，还可以作为保护元件。
图2.1 电力二极管实物图
根据不同的应用场合，电力二极管分为普通二极管（General Purpose Diode），快恢复二极管（Fast Recovery Diode，FRD）和肖特基二极管（Schottky Barrier Diode，SBD），其主要性能比较见表2.1。普通二极管也称为整流二极管，多用于开关频率1 kHz以下的整流电路中。
表2.1 电力二极管性能比较
电力二极管是以半导体PN结为基础的，实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线封装而成。从外形上看（见图2.2），有螺栓型、平板型等多种封装。一般情况下，螺栓型适用于200 A以下的电路，平板型适用于200 A以上的电路。
图2.2 电力二极管的外形、基本结构和电气图形符号
如图2.3所示，P型半导体和N型半导体结合后构成PN结。其中，“
”表示负电荷，“
”表示正电荷，“
”表示空穴，“
”表示自由电子。把P型半导体和N型半导体制作在一起时，如图2.3（a）所示，在它们的交界面两种载流子的浓度差很大，P区的空穴必然向N区扩散，与此同时，N区的自由电子也必然向P区扩散。由于扩散到P区的自由电子和空穴复合，扩散到N区的空穴和自由电子复合，因此，在交界面附近多子的浓度下降，P区出现负电荷区，N区出现正电荷区，它们是不能移动的，称为空间电荷区，从而形成内电场，如图2.3（b）所示。随着扩散运动的进行，空间电荷区加宽，内电场增强，其方向由N区指向P区，正好阻止扩散运动的进行。
图2.3 PN结的形成
如果在PN结的两端外加电压，将破坏原来的平衡状态。当PN结外加正向电压时处于导通状态（见图2.4），将电源正极接到PN结的P端，且电源负极接到PN结N端时，为正向电压（正向偏置）。外加电场与PN结自建电场方向相反，此时，外电场将多数载流子推向空间电荷区，使其变窄，削弱了内电场，破坏原来平衡，使扩散运动加剧，而漂移运动减弱。由于电源的作用，扩散运动将一直进行，从而形成正向电流 I F ，PN结导通。
当PN结外加反向电压（反向偏置）时处于截止状态（见图2.5）。将电源正极接到PN结的N端，且电源负极接到PN结P端时，为反向电压。外加电场与PN结自建电场方向相同，此时，外电场使空间电荷区变宽，加强了内电场，阻止扩散运动，加剧漂移运动，从而形成反向电流 I R 。当温度一定时，漂移电流的数值趋于恒定，被称为反向饱和电流 I S 。反向偏置的PN结表现为高阻态，几乎没有电流流过，被称为反向截止状态。
图2.4 PN结正向偏置
图2.5 PN结反向偏置
这就是PN结的单向导电性。电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，由于掺杂浓度低，低掺杂N区可以承受很高的电压而不被击穿，低掺杂N区越厚，电力二极管能够承受的反向电压就越高。
电力二极管的静态特性主要是指伏安特性（见图2.6）。当正向电压达到一定值（门槛电压 U T0 ）时，正向电流开始明显增加，处于稳定导通状态。与 I F 对应的电力二极管两端的电压即为其正向压降 U F 。当承受反向电压时，只有少子漂移引起的微小而数值恒定的反向漏电流。
图2.6 电力二极管的静态特性
图2.7 电力二极管正向偏置转换为反向偏置时的动态特性
电力二极管的动态特性专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性，体现在零偏置、正向偏置和反向偏置这3个状态之间的转换过程。图2.7给出了电力二极管从正向偏置转换为反向偏置时，电流和电压随时间变化的曲线。可以看出，当原处于正向导通状态的电力二极管的外加电压突然从正向变为反向时，电力二极管并不能立即关断，而是要经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。
如图2.7所示， t 0 表示正向电流降为零的时刻， t 1 表示反向电流达到最大值的时刻， t 2 表示电流变化率接近于零的时刻。设 t F 时刻突然由正向偏置变为反向偏置，正向电流在此反向偏置作用下开始下降，下降速率由反向电压和电感决定。直至 t 0 时刻，由于PN结两侧储存有大量少子而没有恢复反向阻断能力，并且因为外加反向电压作用于少子，所以具有较大的反向电流。当空间电荷区附近储存的少子即将被作用完时，管压降变为负极性，直到 t 1 时刻，反向电流从其最大值 I RP 开始下降，电力二极管恢复反向阻断能力。由于反向电流迅速下降，在电感作用下会在电力二极管两端产生非常大的反向电压过冲 U RP 。直到 t 2 时刻，电力二极管反向电压降至外加电压的大小，此时完全恢复反向阻断能力。通常将时间 t d ＝ t 1 - t 0 称为延迟时间；时间 t f ＝ t 2 - t 1 称为电流下降时间；时间 t rr ＝ t d ＋ t f 称为反向恢复时间；比值 S r ＝ t f / t d 称为恢复系数。
图2.8给出了电力二极管由零偏置转换为正向偏置时，其动态过程中的电流和电压随时间变化的曲线。从波形图中可以看出，先出现一个电压过冲 U FP ，经过一段时间才趋于接近稳态压降 U F 。这一动态过程时间称为正向恢复时间 t fr 。
图2.8 电力二极管零偏置转换为正向偏置时的动态特性
正向平均电流 I F（AV） 是指在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值，也将该电流标称为器件的额定电流。 I F（AV） 是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。
图2.9 正弦半波电流波形
如图2.9所示为正弦半波电流波形图，当电流的峰值为 I m 时， I F（AV） 和 I m 的关系为
而正弦半波电流的有效值为
通过式（2.1）、式（2.2）可知，正弦半波波形的平均电流 I F（AV） 与其有效值 I F 之比为1∶1.57，电力二极管的正向平均电流 I F（AV） 对应的有效值为1.57 I F（AV） 。
正向压降 U F 是指电力二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。
反向重复峰值电压 U RRM 是指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。使用时，应当留有两倍的裕量。
最高工作结温 T JM 是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。 T JM 通常为125～175 ℃。
浪涌电流 I FSM 是指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。