电力电子技术2+电力电子器件1

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1、第2章电力电子器件(I)丘东元目录2.2不可控器件——电力二极管2.3半控型器件——晶闸管2.4典型全控型器件——门极可关断晶闸管22.2不可控器件—电力二极管电力二极管（PowerDiode）自20世纪50年代初期就获得应用，但其结构和原理简单，工作可靠，直到现在电力二极管仍然大量应用于许多电气设备当中，几乎渗透到电力电子设备的所有领域不控整流电压钳位32.2.1PN结与电力二极管的工作原理基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样；以半导体PN结为基础，实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成。从外形上看，可以有螺栓型、平板型等多种封装。AKPNAKIJKAKA

2、42.2.1PN结与电力二极管的工作原理内电场本征半导体N型半导体P型半导体。-。-。--++++（无掺杂）（多子为电子）（多子为空穴）···。-。-。--+·+·+·+扩散运动与漂移运动形成空间电荷。-。-。--+·+·+·+区（耗尽层、阻挡层或势垒区）。-。-。--++++PN结的正向导通状态···。-。-。--++++···外加电场与PN结自建电场方向P型区空间电荷区N型区相反PN结在正向电流较大时压降仍PN结的形成然很低，维持在1V左右外加正电场正向偏置的PN结表现为低阻态52.2.1PN结与电力二极管的工作原理PN结的反向截止状态内电场外加电场与PN结自建电场方向。-。

3、-。--++++···相同。-。-。--++++···反向电流仅为微安数量级。-。-。--++++···PN结表现为高阻态，几乎没有。-。-。--++++···电流流过。。-。-。--++++···PN结的单向导电性--二极管的主P型区空间电荷区N型区要特征PN结的形成正向导通，反向截止外加电场6PN结的反向击穿PN结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大，反向电流急剧增大，破坏PN结反向截止的工作状态；按照机理不同有雪崩击穿（掺杂浓度较低）和齐纳击穿（掺杂浓度较高）两种形式；反向击穿发生时，如果外电路采取措施，限制反向电流，当反向电压降低后，PN结可以恢复到原来的状态；

4、如果反向电流未被限制，电流和电压的乘积超过PN结容许的耗散功率，会导致PN结温度上升，直至过热而烧毁—热击穿。7内电场。-。-。--++++···。-。-。--++++···。-。-。--++++PN结的电容效应···。-。-。--++++···。-。-。--++++···P型区空间电荷区N型区PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容C，又称为微分电容JCJdu/dt=i结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开关的状态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作。82.2.2电力二极管的基本特性静态特性（伏安特性）I当电力二极管承受的正向电压IF大到一定值（门槛电压U）

5、，TO正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。与正向电流I对应的电力二极OUUUFTOF管两端的电压U即为其正向电F压降。当电力二极管承受反向电压时，电力二极管的伏安特性只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。92.2.2电力二极管的基本特性动态特性因结电容的存在，电力二极管在零偏置（外加电压为零）、正向偏置（外加电压为正）和反向偏置（外加电压为负）三种状态之间的转换必然有一个过渡过程，此过程中的电压-电流特性是随时间变化的.动态特性往往专指反映通态和断态之间的转换过程的开关特性102.2.2电力二极管的基本特性IFdiFu开通过程dttirr电力二极管的正向压降先出iUtt

6、UFFdfFP现一个过冲U，经过一段FPttttt时间才趋于接近稳态压降的F012URdiu某个值（如2V）。这一动态RFdt2V过程时间被称为正向恢复时IRP0tt间tfrUfrRPb)a)零偏置转换为正向偏置（加正向电压）11电力二极管的动态过程波形IFdiF关断过程udttrr电力二极管并不能立即iiUttUFFdf关断，而是须经过一段FPttttt短暂的时间才能重新获F012URdi得反向阻断能力，进入uRFdt截止状态。2VIRPU在关断之前有较大的反0tfrtRP向电流出现，并伴随有b)a)明显的反向电压过冲正向偏置转换为反向偏置（加反向电压）122.2.3电力二极管的主要参

7、数1、正向平均电流I--额定电流F(AV)指电力二极管长期运行时，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。iTImIF(AV)t01ImIIsintd(t)FAV()m2013不同波形下二极管平均电流或额定电流的计算？定义：二极管平均电流的定义是根据正弦波计算矛盾：流过二极管的波形可能是任意的非正弦波形选择方法：二极管发热相等——电流