1.1  开关和功率变换电路

图1.1 电子化开关的种类

开关是本书的主题。关于它的术语有很多，特别是开关电子化后变得相对复杂，所以首先说明一下各术语的意思。开关的英语表达switch的本来意思是切换动作，或者指执行切换动作的装置。表示开或关的场合，一定要用on或off来表达。本书中广泛使用动名词switching，这是表示连续地或高速地开关切换的意思，用来体现保持开关动态连续动作的微妙之处。图1.1所示为3种电子化开关（机械表示），图1.1a所示的单一开关只进行电路开关，而不进行功率变换，所以本书中称它为单一电子开关（交流开关的例子参考7.3节，直流开关的例子参考综合问题（10））。如图1.1b和c所示，对于功率变换的开关一定要有切换对方的端子。但是，在各种情况下都是以转换时间无限短（≈0）的理想开关为前提的。

以下用图1.2所示电路来说明功率变换的概念和术语。该电路由电感L和单极双掷开关构成^[1]，由于电感电流在流动的状态中不能随意地切断电流，因此在切断电路时，一定要另外设置回路来旁路电感电流^[2]，故称此为换路动作。依据换路动作原理，电感电流在向下环路和向上环路间进行切换而交替流动，各环路中电流流动的方向为△所指示的方向。本书中，单方向限定电流流动的情况对后面说明开关的电子化来说是相当重要的因素。(https://www.daowen.com)

使用具有高速电路开关功能的半导体开关，即开关器件（Switching Device，SD）来将上述电路进行电子化，可得图1.3所示电路。图中，SD由最具代表性的开关器件IGBT（参考2.7节）来表示，它和二极管D（Diode，二极管是一种只允许单方向电流流动的特殊工作形态的开关器件）形成一组电子化开关器件组合（Switching Device Assembly，SDA）。该SDA相当于一个单极双掷开关，在一般的电路中包含各种类型的SDA（参考3.1节）。另外，一般不把半导体开关器件的动作称为开和关，而是称为on和off，用它们来表示开通以及关断。因此，若IGBT门极信号被on-off控制，则将该动作称为开通（turn-on）或关断（turn-off）。在第2章以后会对IGBT有详细讨论，这里只是把它作为单纯的开关器件进行说明。

图1.2 功率变换电路的例子—升压变换电路

图1.3 开关器件电子化后的功率变换电路