电力电子技术基础1―器件.ppt

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1、FundamentalsofPowerElectronicsTechnology电力电子技术基础第二部分电力电子器件61.1功率二极管基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。AKAKa)IKAPNJb)c)AK电力二极管的结构和工作原理PowerDiode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用状态参数正向导通反向截止反向击穿电流正向大几乎为零反向大电压维持1V反向大反向大阻态低阻态高阻态

2、——二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。PN结的反向击穿（两种形式)雪崩击穿齐纳击穿均可能导致热击穿PN结的状态主要指其伏安特性门槛电压UTO，当电力二极管承受的正向电压大到一定值（UTO），正向电流IF才开始明显增加，处于稳定导通状态与IF对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降UF,0.7~1.2V。承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流Is。反向击穿电压图1-3a电力二极管的伏安特性IOIFUTOUFU——静态特性电力二极管的基本特性主要反映电力二极管通态和断

3、态之间转换过程的开关特性开关特性：PN结上存储有空间电荷和两种载流子，形成电荷存储效应及结电容，直接影响着二极管的动态开关特性原处于正向导通状态的二极管的外加电压突然从正向变为反向时，二极管不能立即关断，而是经过短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。——动态特性电力二极管的基本特性IFUFtrrtdtftURPIRP——动态特性参数反向电流延迟时间：td,反向电流下降时间：tf反向恢复时间：trr=td+tfIFUFtrrtdtftURPIRP电力电子技术基础电力二极管的主要参数电力电子技术

4、基础——PD的分类1.普通二极管（GeneralPurposeDiode）又称整流二极管（RectifierDiode）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5s以上，这在开关频率不高时并不重要正向电流定额和反向电压定额可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上电力电子技术基础——PD的分类2.快恢复二极管（FastRecoveryDiode——FRD）恢复过程很短特别是反向恢复过程很短（1s以下）的二极管，也简称快速二极管适用频率：20～100kHz电力电子技术基础

5、从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到20~30ns。——PD的分类3.肖特基二极管以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管（SchottkyBarrierDiode——SBD），简称为肖特基二极管20世纪80年代以来，由于工艺的发展得以在电力电子电路中广泛应用肖特基二极管的弱点当反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下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

6、严格地限制其工作温度电力电子技术基础——PD的分类肖特基二极管的优点反向恢复时间很短（10~40ns）其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高适用频率：1MHz电力电子技术基础1.2普通晶闸管（SCR）能承受的电压和电流容量是目前电力电子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的场合具有重要地位。晶闸管（Thyristor）：是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器（SiliconControlledRectifier——SCR），简称可控硅。——SCR的

7、外形和符号电力电子技术基础外形有螺栓型和平板型、模块等封装引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间a)外形b)结构c)电气图形符号常用晶闸管的结构螺栓型晶闸管晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构——SCR的结构和工作原理晶闸管的四层半导体结构：P1、N1、P2、N2四个区，形成J1、J2、J3三个结。P1区引出阳极A，N2区引出阴极K，P2区引出门极G。外加正向电压（A接正，K接负）：J2反向偏置

8、，A、K之间处于阻断状态，只能流过很小的漏电流。外加反向电压（A接负，K接正）：J1和J3反向偏置，器件也处于阻断状态，只能流过很小的漏电流。——SCR的结构和工作原理图1-5晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a)双晶体管模型b)工作原理晶体管的触发导通正反馈原理：V1实际上为V2构成了正反馈电路，在A-K间加正向电压情况下，若外电路向门极注入电流IG：IGIB2IC2(IB1)IC1IB2如此不断地对电流放大，形成强烈的正反馈，很快使V1、