电力电子器件与变换电路

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1、电力电子与现代生活PowerElectronicsTechnologyandModernLife1电力电子与现代生活第2章电力电子器件与变换电路第一部分电子器件与电力电子器件2.1半导体基本知识2.2半导体二极管及电力二极管2.3半导体三极管及电力三极管2.4半控型器件——晶闸管2.5门极可关断晶闸管GTO2.6电力场效应管（电力MOSFET）2.7绝缘栅极晶体管IGBT第2章电力电子器件与变换电路3概述概述：由前一章我们知道，电力电子器件又称为电力电子开关、功率开关、或开关器件，那么它与我们常见的电力开关有什么不同呢？电力开关：构成材料：金属（铜等）、机械

2、结构工作原理：借助外力或电磁力，使触头接通或断开。工作频率：不能频繁操作，无法用频率描述（<0.01Hz）应用场合：用于电路的接通或断开，不能改变电能的性质。特点：接通后，接通电阻为零，无电压降落；断开后，电阻为无穷大，没有漏电流。4电力开关类型：概述5概述6概述7电磁接触器概述8电力电子开关：构成材料：半导体材料，有内阻，集成结构。工作原理：借助控制电压或电流，使开关接通或断开。工作频率：能频繁操作，不同的器件，工作频率不同，如：晶闸管：50Hz~几kHzIGBT:5kHz~50kHzMOSFET:几kHz~几MHz应用场合：电路的接通或断开，或电能变换。

3、特点：接通后，接通电阻不为零，有一定电压降落；断开后，电阻不为无穷大，存在一定漏电流。概述92.1.1导体、半导体和绝缘体导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体，如铁、铜、铝等。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：有的物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。半导体的导电机理不同于其它物质，其特点为：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。往纯净半导体中掺入某些杂质，会使其导电能力明显改变。2.1半导体的基本知识102.1半导体的基本知识GeSi在绝对

4、零度以下，本征半导体中无活跃载流子，不导电用的最多的半导体是硅和锗，最外层电子（价电子）都是四个。2.1.2本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。形成共价键后，每个原子最外层电子是八个，构成稳定结构。+4+4+4+4共价键结构束缚电子112.1半导体的基本知识2.1.3N型半导体：在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑）而形成，也称为电子型半导体。+5自由电子半导体掺杂在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂使半导体的某种载流子浓度大大增加。122.1半导体的基本知识掺入五价元素后自由电子数目大量增加，自由

5、电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。掺杂浓度越大，自由电子数目越多，导电能力越强。在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。132.1半导体的基本知识2.1.4P型半导体：在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼(或铟)而形成，也称为空穴型半导体。+3空穴142.1半导体的基本知识掺入三价元素后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体。在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。152.1.5PN结扩散运动形成空间电荷区扩散的结果使空间电荷区变宽。内电场漂移运动内电场

6、越强，漂移运动越强，扩散运动越弱扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。1.PN结的形成162.1.5PN结172.1.5PN结182.2半导体二极管及电力二极管二极管是以半导体PN结和两端引线以及封装组成的。二极管主要特点：单向导电性。主要分为：电子学上的小功率半导体二极管；电力电子学上的功率型电力二极管。2.2.1二极管的主要结构：(a)点接触型:结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波等高频电路。(b)面接触型结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。(c)平面型用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，

7、用于高频整流和开关电路中。192.2半导体二极管及电力二极管阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅(c)平面型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(a)点接触型铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线(b)面接触型阴极阳极(d)符号D二极管的结构示意图202.2半导体二极管及电力二极管电力二极管的结构示意图AKAKa)IKAPNJb)c)AK图2-2电力二极管的外形、结构和电气图形符号a)外形b)基本结构c)电气图形符号212.2半导体二极管及电力二极管二极管的外形：222.2.2二极管的伏安特性：硅管0.5V,锗管0.1V。反向击穿电压U(B

8、R)导通压降外加电压大于死区电压二极管才能导通。外加