电力二极管和晶闸管

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1、第1章　电力二极管和晶闸管1.1电力电子器件概述1.2不可控器件——电力二极管1.3半控型器件——晶闸管1PowerElectronics1、概念主电路（PowerCircuit）：在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变化或控制任务的电路。电力电子器件（PowerElectronicDevice)：直接用于处理电能主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。2、广义分类电真空器件（汞弧整流器、闸流管等，已逐步被半导体器件取代）半导体器件（目前所指电力电子器件，采用材料仍然是硅）§1.1电力电子器件概述2PowerElectronics电力电子器件是功率半导体器件。1）电力电子器件处理的电

2、压电流较大。2）电力电子器件一般都工作在开关状态。3）注重器件的功率损耗和散热问题。4）注重对器件的保护。5）需要驱动与隔离。3、特征3PowerElectronics电力电子系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2电力电子电路由控制电路、驱动电路、电力电子器件为核心的主电路组成4、系统组成主电路端子（公共端）——驱动电路和主电路，是主电路电流流出电力电子器件的端子。4PowerElectronics导通主电路中电力电子器件关断检测电路、驱动电路以外的电路控制电路由信息电路组成控制电路主电路电力电子系统检测电路：检测主电路或应用现场信号通过驱动电路控制5PowerElectro

3、nics主电路驱动电路检测电路控制信号电气隔离电气隔离电气隔离电气隔离电气隔离保护电路：保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行6PowerElectronics1）按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度半控型器件全控型器件通过控制信号可控制其导通而不能控制其关断｛晶闸管及其派生器件通过控制信号即可控制其导通又能控制其关断｛绝缘栅双极晶体管电力效应晶体管门极可关断晶体管自关断器件门极可关断晶体管处理兆瓦级大功率电能5、电力电子器件分类7PowerElectronics不能用控制信号控制其通断，不需要驱动电路电力二极管不控型器件｛只有两个端子2）按照驱动电路加在电力电子器件控

4、制端和公共端之间信号的性质电流驱动型电压驱动型控制端通断注入电流抽出电流电压信号公共端控制端8PowerElectronics3）按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况单极型器件由一种载流子参与导电的器件双极型器件由电子和空穴两种载流子参与导电的器件复合型器件单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件9PowerElectronics电力电子器件选择、使用时注意的问题工作原理基本特征主要参数电力电子器件掌握基本特征型号命名法参数特征曲线6、学习要点10PowerElectronics逐步取代结构和原理简单工作可靠现在仍大量应用于许多电气设备电力二极管（半导体整流器）20世纪50年初

5、获得应用汞弧整流器应用快恢复二极管肖特基二极管中、高频电流逆变低压高频电流§1.2不可控器件——电力二极管1、电力二极管11PowerElectronics以半导体PN结为基础，由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成，外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装，基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。电力二极管的外形、结构和电气图形符号a)外形b)结构c)电气图形符号12普通二极管（螺栓式）普通二极管（平板式）整流二极管及模块13PowerElectronicsN型半导体和P型半导体结合后构成PN结PN结的形成－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++

6、++++++P型区空间电荷区N型区内电场14PowerElectronicsPN结的形成多子的扩散运动>少子的漂移运动扩散电流PN结外加电场PN结自建电场方向相反形成自P区流入从N区流出的电流内部外电路造成空间电荷区变窄正向电流IF－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++P型区空间电荷区N型区内电场15PowerElectronics外加电压升高PN结的正向导通状态扩散电流增加自建电场削弱PN结流过的正向电流电阻值较高且为常数较小较大电阻率下降电导率增加电导调制效应PN结的正向导通状态电导调制效应使得PN结在正向电流较大时压降仍然很低，维持在1V左

7、右，所以正向偏置的PN结表现为低阻态。16PowerElectronicsPN结的反向截止状态PN结的单向导电性,二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这个主要特征。反向电流IR少子浓度很小，在温度一定时漂移电流的数值趋于恒定PN结外加反向电压外电路电流N区流入P区流入出反向饱和流IS高电阻几乎没有电流流过PN结的反向截止状态17PowerElectronicsPN结的反向击穿施加PN结反向电压过大反向电流急剧增大破坏PN结反向偏