第2章_功率半导体器件

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1、第二章第二章功功率率半导体半导体器件器件第一节概述第二节电力电子器件的分类第三节功率半导体器件的适用范围第四节功率二极管第五节晶闸管第六节可控开关的理想特性第七节典型全控型器件第八节功率模块第九节电力电子器件的使用第十节未来功率半导体器件的发展趋势第一节第一节概述概述n22..11..11电电力电力电子子器器件件的概的概念念和特征和特征n22..11..22应应用电用电力力电电子子器件器件的的系统组成系统组成22..11..11电电力电力电子子器器件件的概的概念念和特征和特征11、、概念概念n电电子技子技术术的基础的基础——电子

2、电子器件器件（（晶晶体体管和管和集集成电成电路）路）n电电力电力电子子电路的电路的基础基础——电力电力电电子子器件器件n主主电电路（路（ppoowwerercircuitcircuit））——电气电气设设备或备或电电力系力系统统中，直中，直接接承担承担电电能的变能的变换换或控或控制制任务任务的的电路电路n电电力力电电子器子器件（件（ppoowwererelecelecttrroonicnicdedevviceice））——可可直直接接用于用于处处理电能理电能的的主电主电路路中，中，实实现电能现电能的的变换变换或或控制的控制的电电

3、子器子器件件2、同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一般特征：（1）能处理电功率的大小即承受电压和电流的能力，是最重要的参数；其处理电功率的能力小至毫瓦级，大至兆瓦级，大多都远大于处理信息的电子器件(2)一般工作在开关状态导通时（通态）阻抗很小，接近于短路，管压降接近于零，而电流由外电路决定；阻断时（断态）阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，而管子两端电压由外电路决定；电力电子器件的动态特性（也就是开关特性）和参数，也是电力电子器件特性很重要的方面，有些时候甚至上升为第一位的重要问题；作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来

4、代替。((33))需要需要驱动驱动电路电路实用实用中，中，电电力电力电子子器件器件往往往往需要由需要由信信息息电电子子电路来电路来控制控制；；需要需要一一定定的中的中间间电路电路对对控控制制电路的电路的信信号进号进行行放大放大，，这这就是就是电电力电子力电子器器件的件的驱动驱动电路电路。。(4)电力电子器件功率损耗大，需散热设计为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热器。n导通时器件上有一定的通态压降，形成通态损耗；n阻断时器件上有微小的断态漏电流流过，形成断态

5、损耗；n在器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和关断损耗，总称开关损耗；n器件开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素。22..11..22应应用电用电力力电电子子器件器件的的系统组成系统组成控检测电路V1制LR电驱动V2路电路主电路电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路按系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断，来完成整个系统的功能。有的电力电子系统需要检测电路；需要进行电气隔离，通过其它手段如光、磁等来传递信号；为保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠

6、运行，需要保护电路；电力电子器件一般有三个端子（或称极或管角），其中两个联结在主电路中，而第三端被称为控制端（或控制极）。第二节第二节电电力力电子器电子器件件的的分类分类1、按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类：1)半控型器件—通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定2)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，又称自关断器件绝缘栅双极晶体管（Insulated-GateBipolarTransistor—IG

7、BT）电力场效应晶体管（PowerMOSFET，简称为电力MOSFET）门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristor—GTO）33))不不可可控控器件器件——不不能用能用控控制信制信号号来控来控制制其通断其通断，，因因此此也也就不就不需需要驱动要驱动电路电路电力二极管（PowerDiode）只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的2、按照驱动信号的类型，分为两类：电流驱动型—通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。电压驱动型—仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可

8、实现导通或者关断的控制。又称为场控器件，或场效应器件。按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类：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—由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件第第三节三节