電力電子技術(shù)第1章電力電子器件1課件

《電力電子技術(shù)》電子教案第1章電力電子器件1《電力電子技術(shù)》電子教案第1章電力電子器件1第1章電力電子器件（4學(xué)時(shí)）1.1電力電子器件概述1.2不可控器件——電力二極管1.3半控型器件——晶閘管1.4典型全控型器件

（POWERMOSFET、IGBT）1.5其他新型電力電子器件

（自學(xué)）1.6電力電子器件的驅(qū)動(dòng)

1.7電力電子器件的保護(hù)

1.8電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用（自學(xué)）

小結(jié)2第1章電力電子器件（4學(xué)時(shí)）1.1電力電子器件概述2本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點(diǎn)掌握各種器件（電力二極管、晶閘管、IGBT和POWERMOSFET）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；掌握電力電子器件的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)方法和了解串、并聯(lián)使用；了解電力電子器件的型號(hào)命名法，以及其參數(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；最重要的是掌握其基本特性?！?本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點(diǎn)掌握各種器件（電力二極管、晶閘管、IGBT1.1電力電子器件概述

1.1.1電力電子器件的概念和特征

1.1.2應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成

1.1.3電力電子器件的分類

41.1電力電子器件概述1.1.1電力電子器件的概念1.1電力電子器件概述電力電子器件（powerelectronicdevice）

——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件；主電路（mainpowercircuit）——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)的電路。廣義上分為兩類:

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

(采用的主要材料仍然是硅)■1.1.1電力電子器件的概念和特征51.1電力電子器件概述■1.1.1電力電子器件的概念1.1.1電力電子器件的概念和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：

(1)能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力是最重要的參數(shù)。其處理電功率的能力小至毫瓦（mW）級(jí)，大至兆瓦（GW）級(jí),大多都遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件?！?1.1.1電力電子器件的概念和特征同處理信息的電子器件相比1.1.1電力電子器件的概念和特征

(2)電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)導(dǎo)通時(shí)（通態(tài)）阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，而電流由外電路決定。阻斷時(shí)（斷態(tài)）阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，而管子兩端電壓由外電路決定。電力電子器件的動(dòng)態(tài)特性（也就是開(kāi)關(guān)特性）和參數(shù)，也是電力電子器件特性很重要的方面，有些時(shí)候甚至上升為第一位的重要問(wèn)題。作電路分析時(shí)，為簡(jiǎn)單往往用理想開(kāi)關(guān)來(lái)代替。■71.1.1電力電子器件的概念和特征(2)電力電子器件1.1.1電力電子器件的概念和特征

(3)實(shí)用中，電力電子器件往往需要由信息電子電路來(lái)控制。在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大，這就是電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路。(4)為保證不致于因損耗產(chǎn)生的熱量導(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)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。導(dǎo)通時(shí)器件上有一定的通態(tài)壓降，形成通態(tài)損耗?！?1.1.1電力電子器件的概念和特征(3)實(shí)用中1.1.1電力電子器件的概念和特征阻斷時(shí)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過(guò)，形成斷態(tài)損耗；在器件開(kāi)通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗，總稱開(kāi)關(guān)損耗；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；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。

■91.1.1電力電子器件的概念和特征阻斷時(shí)器件上有微小的斷態(tài)1.1.2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)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成

圖1-1電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成■101.1.2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111.1.2應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成控制電路：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)完成整個(gè)系統(tǒng)的功能；檢測(cè)電路：電壓傳感器PT、電流傳感器CT；電氣隔離：通過(guò)光、磁等來(lái)傳遞信號(hào)；保護(hù)電路：過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)；■11111.1.2應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成控制電路：按系統(tǒng)的電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（正面內(nèi)部）12電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（正面內(nèi)部）12電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（背面內(nèi)部）13電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（背面內(nèi)部）13電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（控制部分）14電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（控制部分）14電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（主回路部分）15電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（主回路部分）15電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（驅(qū)動(dòng)與保護(hù)部分）16電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（驅(qū)動(dòng)與保護(hù)部分）16電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（變壓器部分）17電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（變壓器部分）17開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖18開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖186/4極SRM剖面示意圖8/6極SRM剖面示意圖SRM磁場(chǎng)變化示意圖196/4極SRM剖面示意圖8/6極SRM剖面示意圖SRM磁場(chǎng)變SRM控制系統(tǒng)原理圖SRM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖20SRM控制系統(tǒng)原理圖SRM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖20SRM控制系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)圖SRM控制系統(tǒng)主電路通斷過(guò)程圖SRM運(yùn)行中振動(dòng)示意圖21SRM控制系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)圖SRM控制系統(tǒng)主電路通斷過(guò)程圖SRSRM運(yùn)行示意圖22SRM運(yùn)行示意圖221.1.3電力電子器件的分類半控型器件絕緣柵雙極晶體管（Insulated-GateBipolarTransistor——IGBT）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（電力MOSFET）門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）不可控器件電力二極管（PowerDiode）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。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。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全控型器件通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通斷,因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路。

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：231.1.3電力電子器件的分類半控型器件絕緣柵雙極晶體管（I

1)

電流驅(qū)動(dòng)型

1)

單極型器件2)

電壓驅(qū)動(dòng)型通過(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

2)

雙極型器件3)

復(fù)合型器件由一種載流子參與導(dǎo)電的器件由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件

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：

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：241)電流驅(qū)動(dòng)型1)單極型器1.2不可控器件—電力二極管

1.2.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理

1.2.2電力二極管的基本特性

1.2.3電力二極管的主要參數(shù)

1.2.4電力二極管的主要類型251.2不可控器件—電力二極管1.2.1PN結(jié)與電力

PowerDiode結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用?？旎謴?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。不可控器件—電力二極管1.226PowerDiode結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，自20世紀(jì)1.2.1

PN結(jié)與電力二極管的工作原理

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圖1-2電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)

a)外形b)結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號(hào)271.2.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理基本結(jié)構(gòu)和工作原理N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合后構(gòu)成PN結(jié)。圖1-3PN結(jié)的形成

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)。

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)。

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。1.2.1

PN結(jié)與電力二極管的工作原理

28N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合后構(gòu)成PN結(jié)。圖1-3PN結(jié)的PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)

電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得PN結(jié)在正向電流較大時(shí)壓降仍然很低，維持在1V左右，所以正向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為低阻態(tài)。PN結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài)

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。二極管的基本原理就在于PN結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一主要特征。PN結(jié)的反向擊穿

有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式，可能導(dǎo)致熱擊穿。PN結(jié)的電容效應(yīng)：

PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容CJ，又稱為微分電容。結(jié)電容按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢(shì)壘電容CB和擴(kuò)散電容CD。1.2.1

PN結(jié)與電力二極管的工作原理

29PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)1.2.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理勢(shì)壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用。外加電壓頻率越高，勢(shì)壘電容作用越明顯。勢(shì)壘電容的大小與PN結(jié)截面積成正比，與阻擋層厚度成反比。擴(kuò)散電容僅在正向偏置時(shí)起作用。在正向偏置時(shí)，當(dāng)正向電壓較低時(shí)，勢(shì)壘電容為主；正向電壓較高時(shí)，擴(kuò)散電容為結(jié)電容主要成分。結(jié)電容影響PN結(jié)的工作頻率，特別是在高速開(kāi)關(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾睿踔敛荒芄ぷ?，?yīng)用時(shí)應(yīng)加以注意。1.2.1

PN結(jié)與電力二極管的工作原理

30勢(shì)壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用。外加電壓頻率越高，勢(shì)壘電造成電力二極管和信息電子電路中的普通二極管區(qū)別的一些因素：正向?qū)〞r(shí)要流過(guò)很大的電流，其電流密度較大，因而額外載流子的注入水平較高，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不能忽略。引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響。承受的電流變化率di/dt較大，因而其引線和器件自身的電感效應(yīng)也會(huì)有較大影響。為了提高反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降較大。1.2.1

PN結(jié)與電力二極管的工作原理

31造成電力二極管和信息電子電路中的普通二極管區(qū)別的一些因素：11.2.2電力二極管的基本特性1.

靜態(tài)特性主要指其伏安特性

圖1-4電力二極管的伏安特性

當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到一定值（門檻電壓UTO），正向電流才開(kāi)始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。當(dāng)電力二極管承受反向電壓時(shí)，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。321.2.2電力二極管的基本特性1.靜態(tài)特性圖1-4電2.

動(dòng)態(tài)特性關(guān)斷過(guò)程開(kāi)關(guān)特性須經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過(guò)沖。

反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程

因結(jié)電容的存在，電力二極管在零偏置、正向偏置和反向偏置三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，此過(guò)程中的電壓—電流特性是隨時(shí)間變化的。1.2.2電力二極管的基本特性332.動(dòng)態(tài)特性關(guān)斷過(guò)程開(kāi)關(guān)特性須經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間才能重新獲開(kāi)通過(guò)程：電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過(guò)沖UFP，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值（如1V）。這一動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間被稱為正向恢復(fù)時(shí)間tfr。電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用需一定的時(shí)間來(lái)儲(chǔ)存大量少子，達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大。正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上升率越大，UFP越高。2.

動(dòng)態(tài)特性（續(xù)）1.2.2電力二極管的基本特性34開(kāi)通過(guò)程：2.動(dòng)態(tài)特性（續(xù)）1.2.2電力二極管的基本特

延遲時(shí)間：td=t1-t0,電流下降時(shí)間：tf=t2-t1

反向恢復(fù)時(shí)間：trr=td+tf

恢復(fù)特性的軟度：下降時(shí)間與延遲時(shí)間的比值tf/td，或稱恢復(fù)系數(shù)，用Sr表示

圖1-5電力二極管的動(dòng)態(tài)過(guò)程波形

a)正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置b)零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置1.2.2電力二極管的基本特性

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外電壓、外電感電導(dǎo)調(diào)制抽取N區(qū)少子外電感35延遲時(shí)間：td=t1-t0,電流下降時(shí)間：1.2.3電力二極管的主要參數(shù)1.

正向平均電流IF(AV)

在指定的管殼溫度（簡(jiǎn)稱殼溫，用TC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。正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定義的，因此使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來(lái)選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。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)熱往往不能忽略當(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

361.2.3電力二極管的主要參數(shù)1.正向平均電流IF(AV電流平均值與有效值的計(jì)算1：電流平均值：電流有效值：書中p42T3計(jì)算方法可參照以上公式37電流平均值與有效值的計(jì)算1：書中p42T3計(jì)算方法可電流平均值與有效值的計(jì)算2：

在正弦半波情況下，根據(jù)通態(tài)平均電流IF(AV)

的定義，當(dāng)電流的最大值為Im時(shí)，而正弦半波的電流有效值為：

可見(jiàn)，在正弦半波情況下，電流有效值和平均值的比值為1.57倍。（注：書中p14L17結(jié)論）38電流平均值與有效值的計(jì)算2：在正弦半波情況下2.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)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)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URRM指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓通常是其雪崩擊穿電壓UB的2/3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兩倍來(lái)選定1.2.3電力二極管的主要參數(shù)392.正向壓降UF1.2.3電力二極管的主要參數(shù)394.

最高工作結(jié)溫TJM結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用TJ表示。最高工作結(jié)溫是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度。TJM通常在125~175C范圍之內(nèi)。5.反向恢復(fù)時(shí)間trrtrr=td+tf

，關(guān)斷過(guò)程中，電流降到零起到恢復(fù)反響阻斷能力止的時(shí)間。6.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)工頻周期的過(guò)電流。

1.2.3電力二極管的主要參數(shù)404.最高工作結(jié)溫TJM1.2.3電力二極管的主要參數(shù)401.2.4電力二極管的主要類型按照正向壓降、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。1.普通二極管（GeneralPurposeDiode）又稱整流二極管（RectifierDiode）多用于開(kāi)關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路中其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5s以上，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)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上。411.2.4電力二極管的主要類型按照正向壓降、反向耐壓、反向2.快恢復(fù)二極管（FastRecoveryDiode—FRD）恢復(fù)過(guò)程很短特別是反向恢復(fù)過(guò)程很短（5s以下）的二極管，也簡(jiǎn)稱快速二極管工藝上多采用了摻金措施有的采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)有的采用改進(jìn)的PiN結(jié)構(gòu)采用外延型PiN結(jié)構(gòu)的的快恢復(fù)外延二極管（FastRecoveryEpitaxialDiodes——FRED），其反向恢復(fù)時(shí)間更短（可低于50ns），正向壓降也很低（0.9V左右），但其反向耐壓多在1200V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，甚至達(dá)到20~30ns。1.2.4電力二極管的主要類型422.快恢復(fù)二極管（FastRecoveryDiode—3.肖特基二極管以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢(shì)壘二極管（SchottkyBarrierDiode——SBD），簡(jiǎn)稱為肖特基二極管20世紀(jì)80年代以來(lái)，由于工藝的發(fā)展得以在電力電子電路中廣泛應(yīng)用肖特基二極管的弱點(diǎn)當(dāng)反向耐壓提高時(shí)其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求，因此多用于200V以下反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)反向恢復(fù)時(shí)間很短（10~40ns）正向恢復(fù)過(guò)程中也不會(huì)有明顯的電壓過(guò)沖在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管其開(kāi)關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高

1.2.4電力二極管的主要類型433.肖特基二極管1.2.4電力二極管的主要類型431.3半控器件—晶閘管

1.3.1晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.3.2晶閘管的基本特性

1.3.3晶閘管的主要參數(shù)

1.3.4晶閘管的派生器件441.3半控器件—晶閘管1.3.1晶閘管的結(jié)構(gòu)與工1.3半控型器件——晶閘管晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器（SiliconControlledRectifier——SCR）1956年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室（BellLab）發(fā)明了晶閘管1957年美國(guó)通用電氣公司（GE）開(kāi)發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品1958年商業(yè)化，開(kāi)辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代20世紀(jì)80年代以來(lái)，開(kāi)始被性能更好的全控型器件取代能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，在大容量的場(chǎng)合具有重要地位晶閘管往往專指晶閘管的一種基本類型——普通晶閘管，廣義上講，晶閘管還包括其許多類型的派生器件

■451.3半控型器件——晶閘管晶閘管（Thyristor）：晶1.3.1晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理

外形有螺栓型和平板型兩種封裝引出陽(yáng)極A、陰極K和門極（控制端）G三個(gè)聯(lián)接端對(duì)于螺栓型封裝，通常螺栓是其陽(yáng)極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便平板型封裝的晶閘管可由兩個(gè)散熱器將其夾在中間■圖1-6晶閘管的外形

a)、結(jié)構(gòu)b)和電氣圖形符號(hào)c)

與二極管的區(qū)別？461.3.1晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理外形有螺栓型和平板型兩1.3.1晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理■圖1-7

晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理a)雙晶體管模型b)工作原理471.3.1晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理■圖1-7晶閘管1.3.2晶閘管的基本特性1.靜態(tài)特性承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通；伏安特性類似二極管的反向特性;承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開(kāi)通，或：（p42T1參考答案）晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用；要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下?！?81.3.2晶閘管的基本特性1.靜態(tài)特性■481.3.2晶閘管的基本特性

第I象限的是正向特性第III象限的是反向特性斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM反向重復(fù)峰值電壓URRM正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo維持電流IH斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓UDSM反向不重復(fù)峰值電壓URSM■圖1-8晶閘管的伏安特性IG2>IG1>IG491.3.2晶閘管的基本特性第I象限的是正向特性1.3.2晶閘管的基本特性晶閘管的門極觸發(fā)電流從門極流入晶閘管，從陰極流出

陰極是晶閘管主電路與控制電路的公共端門極觸發(fā)電流也往往是通過(guò)觸發(fā)電路在門極和陰極之間施加觸發(fā)電壓而產(chǎn)生的晶閘管的門極和陰極之間是PN結(jié)J3，其伏安特性稱為門極伏安特性。為保證可靠、安全的觸發(fā)，觸發(fā)電路所提供的觸發(fā)電壓、電流和功率應(yīng)限制在可靠觸發(fā)區(qū)?！?01.3.2晶閘管的基本特性晶閘管的門極觸發(fā)電流從門極流入1.3.2晶閘管的基本特性IG=0時(shí)，器件兩端施加正向電壓，正向阻斷狀態(tài)，只有很小的正向漏電流流過(guò)，正向電壓超過(guò)臨界極限即正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開(kāi)通隨著門極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低導(dǎo)通后的晶閘管特性和二極管的正向特性相仿晶閘管本身的壓降很小，在1V左右導(dǎo)通期間，如果門極電流為零，并且陽(yáng)極電流降至接近于零的某一數(shù)值IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài)。IH稱為維持電流。（p42T2參考答案）■511.3.2晶閘管的基本特性IG=0時(shí)，器件兩端施加正向電1.3.2晶閘管的基本特性2.動(dòng)態(tài)特性

圖1-9晶閘管的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程波形■延遲時(shí)間td、上升時(shí)間tr、開(kāi)通時(shí)間tgt＝td+tr

反向阻斷恢復(fù)時(shí)間trr、正向阻斷恢復(fù)時(shí)間tgr、關(guān)斷時(shí)間tq（tq=trr+tgr）521.3.2晶閘管的基本特性2.動(dòng)態(tài)特性■延遲時(shí)間t1.3.2晶閘管的基本特性1)

開(kāi)通過(guò)程延遲時(shí)間td：門極電流階躍時(shí)刻開(kāi)始，到陽(yáng)極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的10%的時(shí)間上升時(shí)間tr：陽(yáng)極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時(shí)間開(kāi)通時(shí)間tgt以上兩者之和，

tgt=td+tr

（1-6）

普通晶閘管延遲時(shí)間為：0.5~1.5s，上升時(shí)間為：0.5~3s■531.3.2晶閘管的基本特性1)開(kāi)通過(guò)程■531.3.2晶閘管的基本特性2)關(guān)斷過(guò)程反向阻斷恢復(fù)時(shí)間trr：正向電流降為零到反向恢復(fù)電流衰減至接近于零的時(shí)間正向阻斷恢復(fù)時(shí)間tgr：晶閘管要恢復(fù)其對(duì)正向電壓的阻斷能力還需要一段時(shí)間在正向阻斷恢復(fù)時(shí)間內(nèi)如果重新對(duì)晶閘管施加正向電壓，晶閘管會(huì)重新正向?qū)▽?shí)際應(yīng)用中，應(yīng)對(duì)晶閘管施加足夠長(zhǎng)時(shí)間的反向電壓，使晶閘管充分恢復(fù)其對(duì)正向電壓的阻斷能力，電路才能可靠工作

關(guān)斷時(shí)間tq：trr與tgr之和，即tq=trr+tgr

（1-7)）普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約幾百微秒?！?41.3.2晶閘管的基本特性2)關(guān)斷過(guò)程■541.3.3晶閘管的主要參數(shù)1.電壓定額1)

斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM——在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。2)

反向重復(fù)峰值電壓URRM——在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。3)

通態(tài)（峰值）電壓UTM——晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。選用時(shí)，額定電壓要留有一定裕量,一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓2~3倍■551.3.3晶閘管的主要參數(shù)1.電壓定額■551.3.3晶閘管的主要參數(shù)2.電流定額

1)

通態(tài)平均電流IT(AV)

額定電流-----

晶閘管在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫時(shí)所允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值。使用時(shí)應(yīng)按實(shí)際電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原則來(lái)選取晶閘管應(yīng)留一定的裕量，一般取1.5~2倍■561.3.3晶閘管的主要參數(shù)2.電流定額■561.3.3晶閘管的主要參數(shù)2)

維持電流IH——使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流（p42T2答案）一般為幾十到幾百毫安，與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，則IH越小3)

擎住電流IL——晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后，能維持導(dǎo)通所需的最小電流

對(duì)同一晶閘管來(lái)說(shuō)，通常IL約為IH的2~4倍4)浪涌電流ITSM——指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過(guò)額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過(guò)載電流■571.3.3晶閘管的主要參數(shù)2)

維持電流IH■51.3.3晶閘管的主要參數(shù)3.動(dòng)態(tài)參數(shù)

除開(kāi)通時(shí)間tgt和關(guān)斷時(shí)間tq外，還有：

(1)

斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt

指在額定結(jié)溫和門極開(kāi)路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率

(2)

通態(tài)電流臨界上升率di/dt

指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無(wú)有害影響的最大通態(tài)電流上升率

如果電流上升太快，則晶閘管剛一開(kāi)通，便會(huì)有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而造成局部過(guò)熱而使晶閘管損壞■581.3.3晶閘管的主要參數(shù)3.動(dòng)態(tài)參數(shù)■581.3.4晶閘管的派生器件(自學(xué)）1.快速晶閘管（FastSwitchingThyristor——FST)

普通晶閘管關(guān)斷時(shí)間數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)十微秒，高頻晶閘管10s左右2.雙向晶閘管（TriodeACSwitch——TRIAC或Bidirectionaltriodethyristor）

與一對(duì)反并聯(lián)晶閘管相比是經(jīng)濟(jì)的，且控制電路簡(jiǎn)單，在交流調(diào)壓電路、固態(tài)繼電器（SolidStateRelay——SSR）和交流電機(jī)調(diào)速等領(lǐng)域應(yīng)用較多3.逆導(dǎo)晶閘管（ReverseConductingThyristor——RCT）

將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件4.光控晶閘管（LightTriggeredThyristor——LTT）

又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長(zhǎng)的光照信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管,功率更大場(chǎng)合，3.5kA/8kV

，裝置最高達(dá)300MVA，容量最大■591.3.4晶閘管的派生器件(自學(xué)）1.快速晶閘管（Fas1.4典型全控型器件

1.4.1門極可關(guān)斷晶閘管（自學(xué)）

1.4.2電力晶體管（自學(xué)）

1.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管

1.4.4絕緣柵雙極晶體管601.4典型全控型器件1.4.1門極可關(guān)斷晶1.4典型全控型器件20世紀(jì)80年代以來(lái)，信息電子技術(shù)與電力電子技術(shù)在各自發(fā)展的基礎(chǔ)上相結(jié)合——高頻化、全控型、采用集成電路制造工藝的電力電子器件，從而將電力電子技術(shù)又帶入了一個(gè)嶄新時(shí)代典型代表——門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管■611.4典型全控型器件20世紀(jì)80年代以來(lái)，信息電子技術(shù)與1.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管1.電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理

電力MOSFET的種類

按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道

耗盡型——當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道增強(qiáng)型——對(duì)于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道

電力MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型■621.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管1.電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和1.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管

電力MOSFET的工作原理圖1-19電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)電氣圖形符號(hào)

截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無(wú)電流流過(guò)■絕緣柵反型層P---N漏極源極柵極631.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力MOSFET的工作原理1.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS柵極是絕緣的，所以不會(huì)有柵極電流流過(guò)。但柵極的正電壓會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開(kāi)，而將P區(qū)中的少子——電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面當(dāng)UGS大于UT（開(kāi)啟電壓或閾值電壓）時(shí)，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過(guò)空穴濃度，使P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電

■641.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS1.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.電力MOSFET的基本特性1)

靜態(tài)特性

圖1-20電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性

a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性ID較大時(shí)，ID與UGS的關(guān)系近似線性，曲線的斜率定義為跨導(dǎo)Gfs■飽和指漏源電壓增加時(shí)漏極電流不再增加651.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.電力MOSFET的基本特1.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管

MOSFET的漏極伏安特性：截止區(qū)飽和區(qū)非飽和區(qū)電力MOSFET工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換電力MOSFET漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時(shí)器件導(dǎo)通電力MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對(duì)器件并聯(lián)時(shí)的均流有利■截止區(qū)非飽和區(qū)661.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET的漏極伏安特性：1.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2)

動(dòng)態(tài)特性圖1-21電力MOSFET的開(kāi)關(guān)過(guò)程a)測(cè)試電路b)開(kāi)關(guān)過(guò)程波形up—脈沖信號(hào)源，Rs—信號(hào)源內(nèi)阻，RG—柵極電阻，RL—負(fù)載電阻，RF—檢測(cè)漏極電流,:從開(kāi)啟電壓上升到MOSFET進(jìn)入非飽和區(qū)的柵壓這段時(shí)間稱為上升時(shí)間

■671.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2)

動(dòng)態(tài)特性■671.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管開(kāi)通過(guò)程開(kāi)通延遲時(shí)間td(on)——up前沿時(shí)刻到uGS=UT并開(kāi)始出現(xiàn)iD的時(shí)刻間的時(shí)間段上升時(shí)間tr——uGS從uT上升到MOSFET進(jìn)入非飽和區(qū)的柵壓UGSP的時(shí)間段iD穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓UE和漏極負(fù)載電阻決定UGSP的大小和iD的穩(wěn)態(tài)值有關(guān)UGS達(dá)到UGSP后，在up作用下繼續(xù)升高直至達(dá)到穩(wěn)態(tài)，但iD已不變

開(kāi)通時(shí)間ton——開(kāi)通延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和■681.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管開(kāi)通過(guò)程■681.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管

關(guān)斷過(guò)程

關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)——up下降到零起，Cin通過(guò)Rs和RG放電，uGS按指數(shù)曲線下降到UGSP時(shí)，iD開(kāi)始減小止的時(shí)間段下降時(shí)間tf——

uGS從UGSP繼續(xù)下降起，iD減小，到uGS<UT時(shí)溝道消失，iD下降到零為止的時(shí)間段關(guān)斷時(shí)間toff——關(guān)斷延遲時(shí)間和下降時(shí)間之和■691.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管關(guān)斷過(guò)程

■691.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET的開(kāi)關(guān)速度

MOSFET的開(kāi)關(guān)速度和Cin充放電有很大關(guān)系使用者無(wú)法降低Cin，但可降低驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)阻Rs減小時(shí)間常數(shù)，加快開(kāi)關(guān)速度MOSFET只靠多子導(dǎo)電，不存在少子儲(chǔ)存效應(yīng)，因而關(guān)斷過(guò)程非常迅速開(kāi)關(guān)時(shí)間在10~100ns之間，工作頻率可達(dá)100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的場(chǎng)控器件，靜態(tài)時(shí)幾乎不需輸入電流。但在開(kāi)關(guān)過(guò)程中需對(duì)輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動(dòng)功率。開(kāi)關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動(dòng)功率越大。■701.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET的開(kāi)關(guān)速度■71.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管3.電力MOSFET的主要參數(shù)

跨導(dǎo)Gfs、開(kāi)啟電壓UT以及td(on)、tr、td(off)和tf，還有1)

漏極電壓UDS

電力MOSFET電壓定額2)

漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM

電力

MOSFET電流定額3)柵源電壓UGS

柵源之間的絕緣層很薄，UGS>20V將導(dǎo)致絕緣層擊穿4)

極間電容

極間電容CGS、CGD和CDS

廠家提供：漏源極短路時(shí)的輸入電容Ciss、共源極輸出電容Coss和反向轉(zhuǎn)移電容Crss■711.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管3.電力MOSFET的主要參1.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管Ciss=CGS+CGD

（1-14）Crss=CGD

（1-15）Coss=CDS+CGD

（1-16）輸入電容可近似用Ciss代替這些電容都是非線性的漏源間的耐壓、漏極最大允許電流和最大耗散功率決定了電力MOSFET的安全工作區(qū)一般來(lái)說(shuō)，電力MOSFET不存在二次擊穿問(wèn)題，這是它的一大優(yōu)點(diǎn)實(shí)際使用中仍應(yīng)注意留適當(dāng)?shù)脑Ａ俊?21.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管Ciss=MOSFET的優(yōu)點(diǎn)——單極型，電壓驅(qū)動(dòng)，開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單

■1.4.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管73MOSFET的優(yōu)點(diǎn)——單極型，電壓驅(qū)動(dòng)，開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗1.4.4絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）GTR和MOSFET復(fù)合，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，具有好的特性1986年投入市場(chǎng)后，取代了GTR和一部分MOSFET的市場(chǎng),中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位，制造水平2.5kV/1.8kA?！?41.4.4絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管（Insula1.4.4絕緣柵雙極晶體管1.IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極E圖1-22IGBT的結(jié)構(gòu)a)、簡(jiǎn)化等效電路b)和電氣圖形符號(hào)c)

■N溝道VDMOSFET向N區(qū)發(fā)射少子，對(duì)漂移區(qū)電導(dǎo)率調(diào)制，導(dǎo)電強(qiáng)E751.4.4絕緣柵雙極晶體管1.IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理1.4.4絕緣柵雙極晶體管

IGBT的結(jié)構(gòu)

圖1-22a—N溝道VDMOSFET與GTR組合——N溝道IGBT（N-IGBT）

IGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，形成了一個(gè)大面積的P+N結(jié)J1使IGBT導(dǎo)通時(shí)由P+注入?yún)^(qū)向N基區(qū)發(fā)射少子，從而對(duì)漂移區(qū)電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)制，使得IGBT具有很強(qiáng)的通流能力簡(jiǎn)化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管

RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻■761.4.4絕緣柵雙極晶體管IGBT的結(jié)構(gòu)■761.4.4絕緣柵雙極晶體管

IGBT的原理

驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相同，場(chǎng)控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定

導(dǎo)通：uGE大于開(kāi)啟電壓UGE(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通

導(dǎo)通壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使通態(tài)壓降小

關(guān)斷：柵射極間施加反壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷■771.4.4絕緣柵雙極晶體管IGBT的原理■771.4.4絕緣柵雙極晶體管2.IGBT的基本特性

1)

IGBT的靜態(tài)特性圖1-23IGBT的轉(zhuǎn)移特性a)和輸出特性b)

■開(kāi)啟電壓781.4.4絕緣柵雙極晶體管2.IGBT的基本特性■1.4.4絕緣柵雙極晶體管轉(zhuǎn)移特性——IC與UGE間的關(guān)系，與MOSFET轉(zhuǎn)移特性類似開(kāi)啟電壓UGE(th)——IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓UGE(th)隨溫度升高而略有下降，在+25C時(shí)，UGE(th)的值一般為2~6V輸出特性（伏安特性）——以UGE為參考變量時(shí)，IC與UCE間的關(guān)系分為三個(gè)區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。uCE<0時(shí)，IGBT為反向阻斷工作狀態(tài)■791.4.4絕緣柵雙極晶體管轉(zhuǎn)移特性——IC與UGE間的關(guān)1.4.4絕緣柵雙極晶體管2)

IGBT的動(dòng)態(tài)特性圖1-24IGBT的開(kāi)關(guān)過(guò)程■開(kāi)通延遲時(shí)間td(on)電流上升時(shí)間tr開(kāi)通時(shí)間tonMOSFET單獨(dú)工作801.4.4絕緣柵雙極晶體管2)

IGBT的動(dòng)態(tài)特性1.4.4絕緣柵雙極晶體管

IGBT的開(kāi)通過(guò)程：與MOSFET的相似，因?yàn)殚_(kāi)通過(guò)程中IGBT在大部分時(shí)間作為MOSFET運(yùn)行開(kāi)通延遲時(shí)間td(on)——從uGE上升至其幅值10%的時(shí)刻，到iC上升至10%ICM止；

電流上升時(shí)間tr

——iC從10%ICM上升至90%ICM所需時(shí)間；

開(kāi)通時(shí)間ton——開(kāi)通延遲時(shí)間與電流上升時(shí)間之和uCE的下降過(guò)程分為tfv1和tfv2兩段。tfv1——IGBT中MOSFET單獨(dú)工作的電壓下降過(guò)程；tfv2——MOSFET和PNP晶體管同時(shí)工作的電壓下降過(guò)程■811.4.4絕緣柵雙極晶體管

IGBT的開(kāi)通過(guò)程：與MO1.4.4絕緣柵雙極晶體管

IGBT的關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)——從uGE后沿下降到其幅值90%的時(shí)刻起，到iC下降至90%ICM

電流下降時(shí)間——iC從90%ICM下降至10%ICM

關(guān)斷時(shí)間toff——關(guān)斷延遲時(shí)間與電流下降之和電流下降時(shí)間又可分為tfi1和tfi2兩段。tfi1——IGBT內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過(guò)程，iC下降較快；tfi2——IGBT內(nèi)部的PNP晶體管的關(guān)斷過(guò)程，iC下降較慢■821.4.4絕緣柵雙極晶體管IGBT的關(guān)斷過(guò)程■821.4.4絕緣柵雙極晶體管

IGBT中雙極型PNP晶體管的存在，雖然帶來(lái)了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的好處，但也引入了少子儲(chǔ)存現(xiàn)象，因而IGBT的開(kāi)關(guān)速度低于電力MOSFETIGBT的擊穿電壓、通態(tài)壓降和關(guān)斷時(shí)間也是需要折衷的參數(shù)3.IGBT的主要參數(shù)1)

最大集射極間電壓UCES

由內(nèi)部PNP晶體管的擊穿電壓確定2)

最大集電極電流

包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP3)最大集電極功耗PCM

正常工作溫度下允許的最大功耗■831.4.4絕緣柵雙極晶體管IGBT中雙極型PNP晶體管1.4.4絕緣柵雙極晶體管IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)(1)

開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損耗小。在電壓1000V以上時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電力MOSFET相當(dāng)(2)

相同電壓和電流定額時(shí)，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力(3)

通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域(4)

輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似(5)與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開(kāi)關(guān)頻率高的特點(diǎn)

■841.4.4絕緣柵雙極晶體管IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)■1.4.4絕緣柵雙極晶體管4.IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)

寄生晶閘管——由一個(gè)N-PN+晶體管和作為主開(kāi)關(guān)器件的P+N-P晶體管組成擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)：NPN晶體管基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路電阻，P形體區(qū)的橫向空穴電流會(huì)在該電阻上產(chǎn)生壓降，相當(dāng)于對(duì)J3結(jié)施加正偏壓，一旦J3開(kāi)通，柵極就會(huì)失去對(duì)集電極電流的控制作用，電流失控。原因：集電極電流過(guò)大（靜態(tài)），du/dt過(guò)大（動(dòng)態(tài)）。圖1-22IGBT的結(jié)構(gòu)a)、簡(jiǎn)化等效電路b)和電氣圖形符號(hào)c)

■E851.4.4絕緣柵雙極晶體管4.IGBT的擎住效應(yīng)和安全1.4.4絕緣柵雙極晶體管動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)比靜態(tài)擎住效應(yīng)所允許的集電極電流小擎住效應(yīng)曾限制IGBT電流容量提高，20世紀(jì)90年代中后期開(kāi)始逐漸解決安全工作區(qū)正偏安全工作區(qū)（FBSOA）——最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大集電極功耗確定反向偏置安全工作區(qū)（RBSOA）——最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率duCE/dt確定IGBT往往與反并聯(lián)的快速二極管封裝在一起，制成模塊，成為逆導(dǎo)器件

■861.4.4絕緣柵雙極晶體管動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)比靜態(tài)擎住效應(yīng)所允IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)的比較：器件優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)IGBT開(kāi)關(guān)速度高，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率小，開(kāi)關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，開(kāi)關(guān)速度低于電力MOSFET，電壓、電流容量不及GTOGTR耐壓高，電流大，開(kāi)關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低開(kāi)關(guān)速度低，為電流驅(qū)動(dòng)，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，存在二次擊穿問(wèn)題GTO電壓、電流容量大，適用于大功率場(chǎng)合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖電流大，開(kāi)關(guān)速度低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，開(kāi)關(guān)頻率低電力MOSFET開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動(dòng)，所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，熱穩(wěn)定性好，不存在二次擊穿問(wèn)題電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò)10KW的電力電子裝置87IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)的比較：器作業(yè)P42題1、2、3、4、7、8和9其中：①題7改成：驅(qū)動(dòng)電路的作用、任務(wù)、隔離方法；晶閘管觸發(fā)電路的要求，實(shí)現(xiàn)方法；IGBT、MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)。②題9只寫IGBT和MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)。88作業(yè)P42題1、2、3、4、7、8和988補(bǔ)充概念P25一次擊穿：電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，集電極電流迅速最大，這種首先出現(xiàn)的擊穿是雪崩擊穿，被稱為一次擊穿。出現(xiàn)一次擊穿后，只要IC不超過(guò)與最大允許耗散功率相對(duì)應(yīng)的限度，器件一般不會(huì)損壞，工作特性也不會(huì)有什么變化。二次擊穿：電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中常常發(fā)現(xiàn)一次擊穿發(fā)生時(shí)如不有效的限制電流，IC增加到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)會(huì)突然急劇上升，同時(shí)伴隨著電壓的陡然下降，這種現(xiàn)象稱為二次擊穿。常導(dǎo)致器件永久損壞。

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89補(bǔ)充概念P25返回89經(jīng)常不斷地學(xué)習(xí),你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量StudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe寫在最后90經(jīng)常不斷地學(xué)習(xí),你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量寫謝謝大家榮幸這一路，與你同行It'SAnHonorToWalkWithYouAllTheWay演講人：XXXXXX時(shí)間：XX年XX月XX日

91謝謝大家演講人：XXXXXX91《電力電子技術(shù)》電子教案第1章電力電子器件92《電力電子技術(shù)》電子教案第1章電力電子器件1第1章電力電子器件（4學(xué)時(shí)）1.1電力電子器件概述1.2不可控器件——電力二極管1.3半控型器件——晶閘管1.4典型全控型器件

（POWERMOSFET、IGBT）1.5其他新型電力電子器件

（自學(xué)）1.6電力電子器件的驅(qū)動(dòng)

1.7電力電子器件的保護(hù)

1.8電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用（自學(xué)）

小結(jié)93第1章電力電子器件（4學(xué)時(shí)）1.1電力電子器件概述2本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點(diǎn)掌握各種器件（電力二極管、晶閘管、IGBT和POWERMOSFET）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；掌握電力電子器件的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)方法和了解串、并聯(lián)使用；了解電力電子器件的型號(hào)命名法，以及其參數(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；最重要的是掌握其基本特性?！?4本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點(diǎn)掌握各種器件（電力二極管、晶閘管、IGBT1.1電力電子器件概述

1.1.1電力電子器件的概念和特征

1.1.2應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成

1.1.3電力電子器件的分類

951.1電力電子器件概述1.1.1電力電子器件的概念1.1電力電子器件概述電力電子器件（powerelectronicdevice）

——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件；主電路（mainpowercircuit）——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)的電路。廣義上分為兩類:

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

(采用的主要材料仍然是硅)■1.1.1電力電子器件的概念和特征961.1電力電子器件概述■1.1.1電力電子器件的概念1.1.1電力電子器件的概念和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：

(1)能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力是最重要的參數(shù)。其處理電功率的能力小至毫瓦（mW）級(jí)，大至兆瓦（GW）級(jí),大多都遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件?！?71.1.1電力電子器件的概念和特征同處理信息的電子器件相比1.1.1電力電子器件的概念和特征

(2)電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)導(dǎo)通時(shí)（通態(tài)）阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，而電流由外電路決定。阻斷時(shí)（斷態(tài)）阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，而管子兩端電壓由外電路決定。電力電子器件的動(dòng)態(tài)特性（也就是開(kāi)關(guān)特性）和參數(shù)，也是電力電子器件特性很重要的方面，有些時(shí)候甚至上升為第一位的重要問(wèn)題。作電路分析時(shí)，為簡(jiǎn)單往往用理想開(kāi)關(guān)來(lái)代替?！?81.1.1電力電子器件的概念和特征(2)電力電子器件1.1.1電力電子器件的概念和特征

(3)實(shí)用中，電力電子器件往往需要由信息電子電路來(lái)控制。在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大，這就是電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路。(4)為保證不致于因損耗產(chǎn)生的熱量導(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)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。導(dǎo)通時(shí)器件上有一定的通態(tài)壓降，形成通態(tài)損耗?！?91.1.1電力電子器件的概念和特征(3)實(shí)用中1.1.1電力電子器件的概念和特征阻斷時(shí)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過(guò)，形成斷態(tài)損耗；在器件開(kāi)通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗，總稱開(kāi)關(guān)損耗；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；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。

■1001.1.1電力電子器件的概念和特征阻斷時(shí)器件上有微小的斷態(tài)1.1.2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)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成

圖1-1電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成■1011.1.2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1021.1.2應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成控制電路：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)完成整個(gè)系統(tǒng)的功能；檢測(cè)電路：電壓傳感器PT、電流傳感器CT；電氣隔離：通過(guò)光、磁等來(lái)傳遞信號(hào)；保護(hù)電路：過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)；■102111.1.2應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成控制電路：按系統(tǒng)的電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（正面內(nèi)部）103電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（正面內(nèi)部）12電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（背面內(nèi)部）104電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（背面內(nèi)部）13電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（控制部分）105電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（控制部分）14電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（主回路部分）106電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（主回路部分）15電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（驅(qū)動(dòng)與保護(hù)部分）107電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（驅(qū)動(dòng)與保護(hù)部分）16電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（變壓器部分）108電力電子裝置結(jié)構(gòu)圖（變壓器部分）17開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖109開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖186/4極SRM剖面示意圖8/6極SRM剖面示意圖SRM磁場(chǎng)變化示意圖1106/4極SRM剖面示意圖8/6極SRM剖面示意圖SRM磁場(chǎng)變SRM控制系統(tǒng)原理圖SRM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖111SRM控制系統(tǒng)原理圖SRM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖20SRM控制系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)圖SRM控制系統(tǒng)主電路通斷過(guò)程圖SRM運(yùn)行中振動(dòng)示意圖112SRM控制系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)圖SRM控制系統(tǒng)主電路通斷過(guò)程圖SRSRM運(yùn)行示意圖113SRM運(yùn)行示意圖221.1.3電力電子器件的分類半控型器件絕緣柵雙極晶體管（Insulated-GateBipolarTransistor——IGBT）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（電力MOSFET）門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）不可控器件電力二極管（PowerDiode）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。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。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全控型器件通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通斷,因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路。

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：1141.1.3電力電子器件的分類半控型器件絕緣柵雙極晶體管（I

1)

電流驅(qū)動(dòng)型

1)

單極型器件2)

電壓驅(qū)動(dòng)型通過(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

2)

雙極型器件3)

復(fù)合型器件由一種載流子參與導(dǎo)電的器件由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件

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：

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：1151)電流驅(qū)動(dòng)型1)單極型器1.2不可控器件—電力二極管

1.2.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理

1.2.2電力二極管的基本特性

1.2.3電力二極管的主要參數(shù)

1.2.4電力二極管的主要類型1161.2不可控器件—電力二極管1.2.1PN結(jié)與電力

PowerDiode結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用?？旎謴?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。不可控器件—電力二極管1.2117PowerDiode結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，自20世紀(jì)1.2.1

PN結(jié)與電力二極管的工作原理

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圖1-2電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)

a)外形b)結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號(hào)1181.2.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理基本結(jié)構(gòu)和工作原理N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合后構(gòu)成PN結(jié)。圖1-3PN結(jié)的形成

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)。

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)。

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。1.2.1

PN結(jié)與電力二極管的工作原理

119N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合后構(gòu)成PN結(jié)。圖1-3PN結(jié)的PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)

電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得PN結(jié)在正向電流較大時(shí)壓降仍然很低，維持在1V左右，所以正向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為低阻態(tài)。PN結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài)

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。二極管的基本原理就在于PN結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一主要特征。PN結(jié)的反向擊穿

有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式，可能導(dǎo)致熱擊穿。PN結(jié)的電容效應(yīng)：

PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容CJ，又稱為微分電容。結(jié)電容按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢(shì)壘電容CB和擴(kuò)散電容CD。1.2.1

PN結(jié)與電力二極管的工作原理

120PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)1.2.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理勢(shì)壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用。外加電壓頻率越高，勢(shì)壘電容作用越明顯。勢(shì)壘電容的大小與PN結(jié)截面積成正比，與阻擋層厚度成反比。擴(kuò)散電容僅在正向偏置時(shí)起作用。在正向偏置時(shí)，當(dāng)正向電壓較低時(shí)，勢(shì)壘電容為主；正向電壓較高時(shí)，擴(kuò)散電容為結(jié)電容主要成分。結(jié)電容影響PN結(jié)的工作頻率，特別是在高速開(kāi)關(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾?，甚至不能工作，?yīng)用時(shí)應(yīng)加以注意。1.2.1

PN結(jié)與電力二極管的工作原理

121勢(shì)壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用。外加電壓頻率越高，勢(shì)壘電造成電力二極管和信息電子電路中的普通二極管區(qū)別的一些因素：正向?qū)〞r(shí)要流過(guò)很大的電流，其電流密度較大，因而額外載流子的注入水平較高，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不能忽略。引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響。承受的電流變化率di/dt較大，因而其引線和器件自身的電感效應(yīng)也會(huì)有較大影響。為了提高反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降較大。1.2.1

PN結(jié)與電力二極管的工作原理

122造成電力二極管和信息電子電路中的普通二極管區(qū)別的一些因素：11.2.2電力二極管的基本特性1.

靜態(tài)特性主要指其伏安特性

圖1-4電力二極管的伏安特性

當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到一定值（門檻電壓UTO），正向電流才開(kāi)始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。當(dāng)電力二極管承受反向電壓時(shí)，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。1231.2.2電力二極管的基本特性1.靜態(tài)特性圖1-4電2.

動(dòng)態(tài)特性關(guān)斷過(guò)程開(kāi)關(guān)特性須經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過(guò)沖。

反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程

因結(jié)電容的存在，電力二極管在零偏置、正向偏置和反向偏置三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，此過(guò)程中的電壓—電流特性是隨時(shí)間變化的。1.2.2電力二極管的基本特性1242.動(dòng)態(tài)特性關(guān)斷過(guò)程開(kāi)關(guān)特性須經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間才能重新獲開(kāi)通過(guò)程：電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過(guò)沖UFP，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值（如1V）。這一動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間被稱為正向恢復(fù)時(shí)間tfr。電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用需一定的時(shí)間來(lái)儲(chǔ)存大量少子，達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大。正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上升率越大，UFP越高。2.

動(dòng)態(tài)特性（續(xù)）1.2.2電力二極管的基本特性125開(kāi)通過(guò)程：2.動(dòng)態(tài)特性（續(xù)）1.2.2電力二極管的基本特

延遲時(shí)間：td=t1-t0,電流下降時(shí)間：tf=t2-t1

反向恢復(fù)時(shí)間：trr=td+tf

恢復(fù)特性的軟度：下降時(shí)間與延遲時(shí)間的比值tf/td，或稱恢復(fù)系數(shù)，用Sr表示

圖1-5電力二極管的動(dòng)態(tài)過(guò)程波形

a)正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置b)零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置1.2.2電力二極管的基本特性

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外電壓、外電感電導(dǎo)調(diào)制抽取N區(qū)少子外電感126延遲時(shí)間：td=t1-t0,電流下降時(shí)間：1.2.3電力二極管的主要參數(shù)1.

正向平均電流IF(AV)

在指定的管殼溫度（簡(jiǎn)稱殼溫，用TC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。正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定義的，因此使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來(lái)選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。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)熱往往不能忽略當(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

1271.2.3電力二極管的主要參數(shù)1.正向平均電流IF(AV電流平均值與有效值的計(jì)算