第二章 電力電子器件 22 電力二極管ppt課件

1、太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)2.1電力電子器件概述電力電子器件概述2.1.1電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征2.1.2應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成2.1.3電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi)2.1.4本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點(diǎn)本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點(diǎn)太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)2.1.1電力電子器件的概念與特征電力電子器件的概念與特征 電力電子電路的基礎(chǔ)電力電子電路的基礎(chǔ) 電力電子器件電力電子器件概念概念:主電路主電路main power circuit）電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)

2、的電路直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路電力電子器件電力電子器件power electronic device）可直接用于可直接用于處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件件廣義上分為兩類(lèi)廣義上分為兩類(lèi): 電真空器件電真空器件 (汞弧整流器、閘流管等電真空器件汞弧整流器、閘流管等電真空器件) 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 (采用的主要材料仍然是硅采用的主要材料仍然是硅)太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)3. 同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的一般特征：同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的一般特征：由于多用于高電壓、大電流

3、工作場(chǎng)合，能處由于多用于高電壓、大電流工作場(chǎng)合，能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力，理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力，成為最重要的參數(shù)。成為最重要的參數(shù)。因?yàn)樘幚淼碾姽β瘦^大，為減小本身的損耗，因?yàn)樘幚淼碾姽β瘦^大，為減小本身的損耗，提高效率，電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)提高效率，電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。狀態(tài)。 導(dǎo)通時(shí)：器件阻抗很小，接近于短路，導(dǎo)通時(shí)：器件阻抗很小，接近于短路，管壓降幾乎為管壓降幾乎為0，電流由外電路決定，電流由外電路決定 關(guān)斷時(shí)：器件阻抗很大，接近于斷路，關(guān)斷時(shí)：器件阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為電流幾乎為0，管子兩端的電壓由外電路決定。，管子兩端

4、的電壓由外電路決定。太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù) (3) 實(shí)際應(yīng)用中，電力電子器件往往需要由信息電子電實(shí)際應(yīng)用中，電力電子器件往往需要由信息電子電路來(lái)控制路來(lái)控制.但電力電子器件所處理的電功率較大但電力電子器件所處理的電功率較大,一一般的信息電子電路不能直接控制電力電子器件的般的信息電子電路不能直接控制電力電子器件的導(dǎo)通或關(guān)斷導(dǎo)通或關(guān)斷,需要一定的中間電路對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行需要一定的中間電路對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯筮m當(dāng)?shù)姆糯?這部分電路就是驅(qū)動(dòng)電路這部分電路就是驅(qū)動(dòng)電路 (4) 電力電子器件的功率損耗通常遠(yuǎn)大于信息電子器件，電力電子器件的功率損耗通常遠(yuǎn)大于信息電子器件，為保證不

5、致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致器件溫度過(guò)為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致器件溫度過(guò)高而損壞，不僅在器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在高而損壞，不僅在器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)SFSF風(fēng)冷式散熱器風(fēng)冷式散熱器SZ SLSZ SL螺旋式散熱器螺旋式散熱器太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)SSSS水冷式散熱器水冷式散熱器太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)散熱器外形尺寸太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)主主要要損損耗耗通態(tài)

6、損耗：通態(tài)損耗：導(dǎo)通時(shí)器件上有一定的通態(tài)壓降斷態(tài)損耗：斷態(tài)損耗：阻斷時(shí)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過(guò)開(kāi)關(guān)損耗：開(kāi)關(guān)損耗：開(kāi)通損耗：開(kāi)通損耗： 在器件開(kāi)通的轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的損耗關(guān)斷損耗關(guān)斷損耗: 在器件關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的損耗對(duì)某些器件來(lái)講，驅(qū)動(dòng)電路向其注入的功率也是造成器件發(fā)熱的原因之一通常電力電子器件的斷態(tài)漏電流極小，因而通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因器件開(kāi)關(guān)頻率較高時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗會(huì)隨之增大而可能成為器件功率損耗的主要因素 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)2.1.2 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和電力電子系統(tǒng)：由控制電

7、路、驅(qū)動(dòng)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成以電力電子器件為核心的主電路組成控制電路檢測(cè)電路驅(qū)動(dòng)電路RL主電路V1V2電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù) 控制電路按系統(tǒng)的工作要求形成控制信號(hào)，通過(guò)驅(qū)控制電路按系統(tǒng)的工作要求形成控制信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路去控制主電路中電力電子器件的通或斷，來(lái)動(dòng)電路去控制主電路中電力電子器件的通或斷，來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。 有的電力電子系統(tǒng)中，還需要有檢測(cè)電路。廣義上有的電力電子系統(tǒng)中，還需要有檢測(cè)電路。廣義上往往其和驅(qū)動(dòng)電路等主電路之外的電路都?xì)w為控制往往其和驅(qū)動(dòng)電路等主電路之外的電路都?xì)w為控制電

8、路，從而粗略地說(shuō)電力電子系統(tǒng)是由主電路和控電路，從而粗略地說(shuō)電力電子系統(tǒng)是由主電路和控制電路組成的。制電路組成的。 主電路中的電壓和電流一般都較大，而控制電路的主電路中的電壓和電流一般都較大，而控制電路的元器件只能承受較小的電壓和電流，因此在主電路元器件只能承受較小的電壓和電流，因此在主電路和控制電路連接的路徑上，如驅(qū)動(dòng)電路與主電路的和控制電路連接的路徑上，如驅(qū)動(dòng)電路與主電路的連接處，或者驅(qū)動(dòng)電路與控制信號(hào)的連接處，以及連接處，或者驅(qū)動(dòng)電路與控制信號(hào)的連接處，以及主電路與檢測(cè)電路的連接處，一般需要進(jìn)行電氣隔主電路與檢測(cè)電路的連接處，一般需要進(jìn)行電氣隔離，通過(guò)其它手段如光、磁等來(lái)傳遞信號(hào)離，通過(guò)

9、其它手段如光、磁等來(lái)傳遞信號(hào)太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù) 由于主電路中往往有電壓和電流的過(guò)沖，而電力電由于主電路中往往有電壓和電流的過(guò)沖，而電力電子器件一般比主電路中普通的元器件要昂貴，但承子器件一般比主電路中普通的元器件要昂貴，但承受過(guò)電壓和過(guò)電流的能力卻要差一些，因而，在主受過(guò)電壓和過(guò)電流的能力卻要差一些，因而，在主電路和控制電路中附加一些保護(hù)電路，以保證電力電路和控制電路中附加一些保護(hù)電路，以保證電力電子器件和整個(gè)電力電子系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)行，也往電子器件和整個(gè)電力電子系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)行，也往往是非常必要的。往是非常必要的。 器件一般有三個(gè)端子或稱極或管腳），其中兩個(gè)器件一

10、般有三個(gè)端子或稱極或管腳），其中兩個(gè)聯(lián)結(jié)在主電路中，而第三端被稱為控制端或控制聯(lián)結(jié)在主電路中，而第三端被稱為控制端或控制極）。器件通斷是通過(guò)在其控制端和一個(gè)主電路端極）。器件通斷是通過(guò)在其控制端和一個(gè)主電路端子之間加一定的信號(hào)來(lái)控制的，這個(gè)主電路端子是子之間加一定的信號(hào)來(lái)控制的，這個(gè)主電路端子是驅(qū)動(dòng)電路和主電路的公共端，一般是主電路電流流驅(qū)動(dòng)電路和主電路的公共端，一般是主電路電流流出器件的端子。出器件的端子。太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)2.1.3 電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi)按照器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度，按照器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度，分為以下三類(lèi)

11、：分為以下三類(lèi)：半控型器件半控型器件晶閘管Thyristor及其大部分派生器件器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。全控型器件全控型器件絕緣柵雙極晶體管Insulated-Gate Bipolar TransistorIGBT）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力MOSFET）門(mén)極可關(guān)斷晶閘管GTO）通過(guò)控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)不可控器件不可控器件電力二極管Power Diode）只有兩個(gè)端子，器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電 流決定的。不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通斷, 因此也

12、就不需要驅(qū)動(dòng)電路。 按照驅(qū)動(dòng)電路加在器件控制端和公共端之間按照驅(qū)動(dòng)電路加在器件控制端和公共端之間信號(hào)的性質(zhì)，分為兩類(lèi)：信號(hào)的性質(zhì)，分為兩類(lèi)： 1) 電流驅(qū)動(dòng)型電流驅(qū)動(dòng)型: 通過(guò)從控制端注入或者抽出電流來(lái)通過(guò)從控制端注入或者抽出電流來(lái) 實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制 電壓驅(qū)動(dòng)型電壓驅(qū)動(dòng)型:僅通過(guò)在控制端和公共端之間施加一僅通過(guò)在控制端和公共端之間施加一 定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù) 按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類(lèi)：導(dǎo)電的情況分

13、為三類(lèi)： 1) 單極型器件單極型器件: 由一種載流子參與導(dǎo)電的器件由一種載流子參與導(dǎo)電的器件 2) 雙極型器件雙極型器件: 由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的 器件器件 復(fù)合型器件復(fù)合型器件:由單極型器件和雙極型器件集成混合而由單極型器件和雙極型器件集成混合而 成的器件成的器件有鍺管、硅管等等 按照器件制造材料情況分為兩類(lèi)：按照器件制造材料情況分為兩類(lèi)：太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)從使用角度出發(fā)，主要可從以下五個(gè)方面考查電力從使用角度出發(fā)，主要可從以下五個(gè)方面考查電力半導(dǎo)體器件的性能特點(diǎn)：半導(dǎo)體器件的性能特點(diǎn)：導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降 運(yùn)行頻率運(yùn)行頻率

14、 器件容量器件容量 耐沖擊能力耐沖擊能力 可靠性可靠性此外，諸如控制功率、可串并聯(lián)運(yùn)行的難易程度、此外，諸如控制功率、可串并聯(lián)運(yùn)行的難易程度、價(jià)格等等也是選擇電力半導(dǎo)體器件應(yīng)考慮的因數(shù)。價(jià)格等等也是選擇電力半導(dǎo)體器件應(yīng)考慮的因數(shù)。太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)電力半導(dǎo)體器件發(fā)展水平太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)在整流管類(lèi)中，快速恢復(fù)二極在整流管類(lèi)中，快速恢復(fù)二極管將有較大的發(fā)展管將有較大的發(fā)展在高壓直流輸電中，晶閘管在高壓直流輸電中，晶閘管光控晶閘管將有很好的發(fā)光控晶閘管將有很好的發(fā)展機(jī)遇。展機(jī)遇。在功率晶體管類(lèi)中，以在功率晶體管類(lèi)中，以IGBTIGBT發(fā)發(fā)

15、展最為迅速展最為迅速太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)2.1.4本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點(diǎn)本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點(diǎn)v本章內(nèi)容本章內(nèi)容:v 介紹各種器件的工作原理、基本特性、主介紹各種器件的工作原理、基本特性、主要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意的一些問(wèn)題。要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意的一些問(wèn)題。v 然后集中講述電力電子器件的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)然后集中講述電力電子器件的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)和串、并聯(lián)使用這三個(gè)問(wèn)題。和串、并聯(lián)使用這三個(gè)問(wèn)題。太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù) 學(xué)習(xí)要點(diǎn)學(xué)習(xí)要點(diǎn): 最重要的是掌握其基本特性最重要的是掌握其基本特性 掌握電力電子器件的型號(hào)命名法，以及其掌握電力電子器件的型號(hào)命名

16、法，以及其參數(shù)和特性曲線的使用方法，這是在實(shí)際中參數(shù)和特性曲線的使用方法，這是在實(shí)際中正確應(yīng)用電力電子器件的兩個(gè)基本要求正確應(yīng)用電力電子器件的兩個(gè)基本要求 由于電力電子電路的工作特點(diǎn)和具體情況由于電力電子電路的工作特點(diǎn)和具體情況的不同，可能會(huì)對(duì)與電力電子器件用于同一的不同，可能會(huì)對(duì)與電力電子器件用于同一主電路的其它電路元件，如變壓器、電感、主電路的其它電路元件，如變壓器、電感、電容、電阻等，有不同于普通電路的要求電容、電阻等，有不同于普通電路的要求太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)2.2 不可控器件不可控器件-電力二極管電力二極管 Power Diode結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，

17、自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用。 快恢復(fù)二極管和肖特基二極管，分別 在中、高頻整流和逆變，以及低壓高頻整流的場(chǎng)合，具有不可替代的地位。太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)2.2.1 電力二極管的工作原理和基本特性電力二極管的工作原理和基本特性 基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝，平板型因其與散熱器接觸較好而多用于功率較高的場(chǎng)合200A以上） 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)AKAKa)IKAPNJb)c)電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) a)

18、外形 b) 構(gòu)造 c) 電氣圖形符號(hào)太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)普通整流管普通整流管 凹板式凹板式 凸板式凸板式普普通通整整流流管管螺螺栓栓式式太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù) 交界處電子和空穴的濃度差別，造成了各區(qū)的多子向另一區(qū)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，到對(duì)方區(qū)內(nèi)成為少子，在界面兩側(cè)分別留下了帶正、負(fù)電荷但不能任意移動(dòng)的雜質(zhì)離子。這些不能移動(dòng)的正、負(fù)電荷稱為空間電荷。 空間電荷建立的電場(chǎng)被稱為內(nèi)電場(chǎng)或自建電場(chǎng)，其方向是阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的，另一方面又吸引對(duì)方區(qū)內(nèi)的少子對(duì)本區(qū)而言則為多子向本區(qū)運(yùn)動(dòng)，即漂移運(yùn)動(dòng)。 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，正、負(fù)空間電荷量達(dá)到穩(wěn)定值，形

19、成了一個(gè)穩(wěn)定的由空間電荷構(gòu)成的范圍，被稱為空間電荷區(qū)，按所強(qiáng)調(diào)的角度不同也被稱為耗盡層、阻擋層或勢(shì)壘區(qū)。太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù) PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)結(jié)的正向?qū)顟B(tài) 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得PN結(jié)在正向電流較大時(shí)壓降仍然結(jié)在正向電流較大時(shí)壓降仍然很低，維持在很低，維持在1V左右，所以正向偏置的左右，所以正向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為低結(jié)表現(xiàn)為低阻態(tài)。阻態(tài)。 PN結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài)結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài) PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴＝Y(jié)的單向?qū)щ娦浴?二極管的基本原理就在于二極管的基本原理就在于PN結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一主結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一主要特征。要特征。 PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 有

20、雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式，可能導(dǎo)致熱擊穿。有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式，可能導(dǎo)致熱擊穿。太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)1.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性 1.靜態(tài)特性：靜態(tài)特性： 主要指其伏安特性主要指其伏安特性 當(dāng)電力二極管承受的正向當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到一定值門(mén)檻電壓電壓大到一定值門(mén)檻電壓UTO），正向電流才開(kāi)始明顯），正向電流才開(kāi)始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流正向電流IF對(duì)應(yīng)的電力二極管對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓兩端的電壓UF即為其正向電壓即為其正向電壓降。當(dāng)電力二極管承受反向電降。當(dāng)電力二極管承受反向電壓

21、時(shí)，只有少子引起的微小而壓時(shí)，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。數(shù)值恒定的反向漏電流。IOIFUTOUFU電力二極管的伏安特性電力二極管的伏安特性太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)2. 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性主要是講在二極管兩端所加電壓變化時(shí)器件主要是講在二極管兩端所加電壓變化時(shí)器件的過(guò)渡過(guò)程的過(guò)渡過(guò)程如如 ：首先加：首先加 正向電壓，然后再加反向電壓，正向電壓，然后再加反向電壓，最后再加正向電壓最后再加正向電壓正向電壓正向電壓反向電壓反向電壓正向電壓正向電壓導(dǎo)通導(dǎo)通關(guān)斷關(guān)斷導(dǎo)通導(dǎo)通關(guān)斷特性關(guān)斷特性開(kāi)通特性開(kāi)通特性太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)電力二極管在開(kāi)通

22、初期電力二極管在開(kāi)通初期會(huì)出現(xiàn)會(huì)出現(xiàn) 較高的正向壓降，較高的正向壓降，即在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)出即在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)過(guò)沖現(xiàn)一個(gè)過(guò)沖UFP，且，且UFP相當(dāng)高。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才相當(dāng)高。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值如值如 2V）。這一動(dòng)態(tài)過(guò)）。這一動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間被稱為正向恢復(fù)時(shí)程時(shí)間被稱為正向恢復(fù)時(shí)間間tfr。開(kāi)通特性：開(kāi)通特性：太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)關(guān)斷特性：關(guān)斷特性：導(dǎo)通的二極管突導(dǎo)通的二極管突然加一個(gè)然加一個(gè) 反向電反向電壓時(shí)，反向阻斷能壓時(shí)，反向阻斷能力的恢復(fù)也需要一力的恢復(fù)也需要一段時(shí)間，可以想到段時(shí)間，可以想到，在空間電荷區(qū)較，

23、在空間電荷區(qū)較薄時(shí)，電壓的突然薄時(shí)，電壓的突然反向，會(huì)使二極管反向，會(huì)使二極管在未恢復(fù)阻斷能力在未恢復(fù)阻斷能力之前，處于短路狀之前，處于短路狀態(tài)態(tài)太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù) 在圖中：在圖中： 延遲時(shí)間：延遲時(shí)間：td= t1- t0 電流下降時(shí)間：電流下降時(shí)間：tf= t2- t1 反向恢復(fù)時(shí)間：反向恢復(fù)時(shí)間：trr= td+ tf （普通電力（普通電力二極管的反向恢復(fù)時(shí)間二極管的反向恢復(fù)時(shí)間trr=25S） 恢復(fù)特性的軟度：電流下降時(shí)間與延恢復(fù)特性的軟度：電流下降時(shí)間與延遲時(shí)間的比值遲時(shí)間的比值tf /td，或稱恢復(fù)系數(shù)，或稱恢復(fù)系數(shù)，用用Sr表示表示太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化

24、系2022-2-9電力電子技術(shù)1.2.3 電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù) 1. 正向平均電流正向平均電流IF(AV) 額定電流額定電流在指定的管殼溫度簡(jiǎn)稱殼溫，在指定的管殼溫度簡(jiǎn)稱殼溫，用用TC表示和散熱條件下，其允許流過(guò)的最表示和散熱條件下，其允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值大工頻正弦半波電流的平均值設(shè)該正弦半波電流的峰值為設(shè)該正弦半波電流的峰值為Im, 那么那么額定電流額定電流( (平均電流平均電流) )為為: :0)(sin21mmAVFIttdII太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)當(dāng)用在頻率較高的場(chǎng)合時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗當(dāng)用在頻率較高的場(chǎng)合時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗造成的發(fā)熱往

25、往不能忽略造成的發(fā)熱往往不能忽略當(dāng)采用反向漏電流較大的電力二極管當(dāng)采用反向漏電流較大的電力二極管時(shí)，其斷態(tài)損耗造成的發(fā)熱效應(yīng)也不小時(shí)，其斷態(tài)損耗造成的發(fā)熱效應(yīng)也不小 正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定義的，使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來(lái)選義的，使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來(lái)選取電流定額，并應(yīng)留有取電流定額，并應(yīng)留有1.52倍的裕量。倍的裕量。 額定電流有效值為額定電流有效值為: :2)sin(2102mmFItdtII 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)2. 正向壓降正向壓降UF指電力二極管在指定溫度下，流過(guò)某一指定的穩(wěn)指電力二極管在指定溫度下，

26、流過(guò)某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降有時(shí)參數(shù)表中也給出在指定溫度下流過(guò)某一瞬態(tài)有時(shí)參數(shù)表中也給出在指定溫度下流過(guò)某一瞬態(tài)正向大電流時(shí)器件的最大瞬時(shí)正向壓降正向大電流時(shí)器件的最大瞬時(shí)正向壓降3. 反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URRM指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓壓通常是其雪崩擊穿電壓通常是其雪崩擊穿電壓UB的的2/3，是反向不重復(fù)，是反向不重復(fù)峰值電壓峰值電壓URSM的的80%。使用時(shí)，往往按照電路中電力二極管可能承受的使用時(shí)，往往按照電路中電力二極管可能承受的反向最高峰值電壓的反向最高峰值電壓的23倍來(lái)

27、選定倍來(lái)選定 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)4. 最高工作結(jié)溫最高工作結(jié)溫TJM結(jié)溫是指管芯結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用結(jié)的平均溫度，用TJ表示。表示。最高工作結(jié)溫是指在最高工作結(jié)溫是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度。能承受的最高平均溫度。TJM通常在通常在125175C范圍之內(nèi)。范圍之內(nèi)。5. 反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間trrtrr= td+ tf ，關(guān)斷過(guò)程中，電流降到零起到恢，關(guān)斷過(guò)程中，電流降到零起到恢復(fù)反響阻斷能力止的時(shí)間。復(fù)反響阻斷能力止的時(shí)間。6. 浪涌電流浪涌電流IFSM指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)指電力二極管

28、所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過(guò)電流。工頻周期的過(guò)電流。 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)1.2.3 電力二極管的主要類(lèi)型電力二極管的主要類(lèi)型 按照正向壓降、反向耐壓、反向漏電流等性能，特別是反向恢復(fù)特性的不同介紹。在應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同場(chǎng)合的不同要求選擇不同類(lèi)型的電力二極管。性能上的不同是由半導(dǎo)體物理結(jié)構(gòu)和工藝上的差別造成的。太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)1. 普通二極管普通二極管General Purpose Diode）又稱整流二極管又稱整流二極管Rectifier Diode）多用于開(kāi)關(guān)頻率不高多用于開(kāi)關(guān)頻率不高1kHz以下的整以下的整流電路中流

29、電路中其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5s以上，以上，這在開(kāi)關(guān)頻率不高時(shí)并不重要。這在開(kāi)關(guān)頻率不高時(shí)并不重要。正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上。很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上。太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)2.快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管Fast Recovery DiodeFRD）恢復(fù)過(guò)程很短特別是反向恢復(fù)過(guò)程很短恢復(fù)過(guò)程很短特別是反向恢復(fù)過(guò)程很短5s以下的以下的二極管，也簡(jiǎn)稱快速二極管二極管，也簡(jiǎn)稱快速二極管工藝上多采用了摻金措施工藝上多采用了摻金措施有的采用有的采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)結(jié)型結(jié)構(gòu)

30、有的采用改進(jìn)的有的采用改進(jìn)的PiN結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 采用外延型采用外延型PiN結(jié)構(gòu)的的快恢復(fù)外延二極管結(jié)構(gòu)的的快恢復(fù)外延二極管Fast Recovery Epitaxial DiodesFRED），其反向恢復(fù)），其反向恢復(fù)時(shí)間更短可低于時(shí)間更短可低于50ns），正向壓降也很低），正向壓降也很低0.9V左左右），但其反向耐壓多在右），但其反向耐壓多在1200V以下以下從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100ns以下，以下，甚至達(dá)到甚至達(dá)到2030ns。 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系2022-2-9電力電子技術(shù)快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管230PIV600BAA-44600V/60A 絕緣銅底板