第二章电力半导体器件1.ppt

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1、第二章电力半导体器件本章要点：1.功率二极管2.晶闸管工作原理3.晶闸管伏安特性4.晶闸管主要技术参数5.几种全控型器件的特点6.新型器件介绍电力电子器件的基本模型定义：电力电子电路中能实现电能的变换和控制的半导体电子器件称为电力电子器件（PowerElectronicDevice）。在对电能的变换和控制过程中，电力电子器件可以抽象成下图所示的理想开关模型，它有三个电极，其中A和B代表开关的两个主电极，K是控制开关通断的控制极。它只工作在“通态”和“断态”两种情况，在通态时其电阻为零，断态时其电阻无穷大。

2、电力电子器件的基本特性（1）电力电子器件一般都工作在开关状态。（2）电力电子器件的开关状态由（驱动电路）外电路来控制。（3）在工作中器件的功率损耗（通态、断态、开关损耗）很大。为保证不至因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，在其工作时一般都要安装散热器。注：很重要，一定记住。电力电子器件的分类按器件的开关控制特性可以分为以下三类：①不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功能，而需要根据电路条件决定其导通、关断状态的器件称为不可控器件。如：电力二极管（PowerDiode）；②半控型器件：通过控制信号只能

3、控制其导通，不能控制其关断的电力电子器件称为半控型器件。如：晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件等；③全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断的器件，称为全控型器件。如：门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristor）、功率场效应管（PowerMOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（Insulated-GateBipolarTransistor）等。电力电子器件的分类前面已经将电力电子器件分为不可控型、半控型和全控型。按控制信号的性质不同又可分为两种：①电流控制型器件：此

4、类器件采用电流信号来实现导通或关断控制。如：晶闸管、门极可关断晶闸管、功率晶体管、IGCT等；②电压控制半导体器件：这类器件采用电压控制（场控原理控制）它的通、断，输入控制端基本上不流过控制电流信号，用小功率信号就可驱动它工作。如：代表性器件为MOSFET管和IGBT管。功率二极管功率二极管（PowerDiode）也称为半导体整流器（SemiconductorRectifier，简称SR），属不可控电力电子器件，是20世纪最早获得应用的电力电子器件。在中、高频整流和逆变以及低压高频整流的场合发挥着积极的作

5、用,具有不可替代的地位。基本结构和工作、原理与信息电子电路中的二极管一样。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种。功率二极管a）结构b）外形c）电气图形伏安特性曲线功率二极管的开关特性（1）关断特性：电力二极管由正向偏置的通态转换为反向偏置的断态过程。须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。反向恢复时间：trr=td+tf（2）开通特性：电力二极管由零偏置转换为正向偏置的通态过程。电力二极管的正向压降先出现一个过冲UFP，经过一

6、段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如2V）。这一动态过程时间被称为正向恢复时间tfr。功率二极管的主要参数（1）额定正向平均电流IF(AV)：在指定的管壳温（简称壳温，用TC表示）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。（2）反向重复峰值电压ＵRRM：指器件能重复施加的反向最高峰值电压（额定电压），此电压通常为击穿电压UＢ的2/3。（3）正向压降ＵF：指规定条件下，流过稳定的额定电流时，器件两端的正向平均电压(又称管压降)。（4）反向漏电流ＩRR：指器件对应于反向重复峰值电压时的反向电流。

7、最高工作结温ＴjM：指器件中ＰＮ结不至于损坏的前提下所能承受的最高平均温度。ＴjM通常在125～175℃范围内。功率二极管的主要类型（1）普通二极管：普通二极管又称整流管（RectifierDiode），多用于开关频率在１KHZ以下的整流电路中，其反向恢复时间在５us以上，额定电流达数千安，额定电压达数千伏以上。（2）快恢复二极管：反向恢复时间在５us以下的称为快恢复二极管（FastRecoveryDiode简称FDR）。快恢复二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者反向恢复时间为数百纳秒以上

8、，后者则在100ns以下，其容量可达1200V/200A的水平,多用于高频整流和逆变电路中。（3）肖特基二极管：肖特基二极管是一种金属同半导体相接触形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型值为0.4～0.6V，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但反向耐压在200Ｖ以下。它常被用于高频低压开关电路或高频低压整流电路中。晶闸管晶闸管(Thyristor)包括：普通晶闸管(SCR)、快速晶闸管(FST)、双向晶闸管(TRIAC)