電力電子技術(shù)之二 器件二極管

1電力電子技術(shù)

-----器件一、概述

1、電力電子器件的一般特征

處理電功率的能力大工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)需要由信息電子電路來(lái)控制需要安裝散熱器2一、概述

2、電力電子器件的分類電力電子變換電路常用：半導(dǎo)體電力器件有快速功率二極管、大功率雙極型晶體管(GTR)、晶閘管(Thyristor或SCR)、可關(guān)斷晶閘管(GTO)、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)以及功率集成電路PIC等。。3一、概述

2、電力電子器件的分類二極管屬于不控型器件，晶閘管屬于半控型器件，其他均屬于全控型器件。SCR、GTO及GTR屬電流驅(qū)動(dòng)型器件，功率MOSFET、IGBT及PIC為電壓驅(qū)動(dòng)型器件4一、概述

2、電力電子器件的分類

(1)不可控器件。這類器件一般為兩端器件，一端是陽(yáng)極，另一端是陰極。與電子電路中的二極管一樣，具有單向?qū)щ娦?。開(kāi)關(guān)操作僅取決于其在主電路中施加在陽(yáng)、陰極間的電壓和流過(guò)它的電流，正向電壓使其導(dǎo)通，負(fù)向電壓使其關(guān)斷，流過(guò)它的電流是單方向的。不可控器件不能用控制信號(hào)來(lái)控制電流的通斷，因此不需要驅(qū)動(dòng)電路。這類器件就是功率二極管(PowerDiode)。5一、概述

2、電力電子器件的分類

(2)半控型器件三端器件，除陽(yáng)極和陰極外，還增加了一個(gè)控制門極。半控型器件也具有單向?qū)щ娦?，但開(kāi)通不僅需在其陽(yáng)、陰極間施加正向電壓，而且還必須在門極和陰極間施加正向控制電壓。門極和陰極間的控制電壓僅控制其開(kāi)通而不能控制其關(guān)斷，器件的關(guān)斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。這類半控型器件是指晶閘管(Thyristor)及其大部分派生器件。6一、概述

2、電力電子器件的分類

(3)全控型器件帶有控制端的三端器件，其控制端不僅可以控制其開(kāi)通，還能控制其關(guān)斷。門極關(guān)斷晶閘管(GTO)、功率晶體管(GTR)、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(功率MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。目前常用的是功率MOSFET和IGBT。7一、概述

3、按控制信號(hào)的性質(zhì)分類(1)電流驅(qū)動(dòng)型器件。驅(qū)動(dòng)信號(hào)加在器件控制端和公共端之間，通過(guò)從控制端注入或抽出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。SCR、GTO及GTR8一、概述

3、按控制信號(hào)的性質(zhì)分類(2)電壓驅(qū)動(dòng)型器件。通過(guò)施加在控制端和公共端之間的電壓信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。功率MOSFET、IGBT及PIC為電壓驅(qū)動(dòng)型器件9一、概述10一、概述11一、概述

4、電力電子器件的應(yīng)用電力系統(tǒng)為了控制和改善供電質(zhì)量，發(fā)電廠發(fā)出的交流電必須經(jīng)過(guò)電力電子裝置的處理后送到用戶端，沒(méi)有電力電子器件的應(yīng)用，就沒(méi)有電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化。12一、概述

4、電力電子器件的應(yīng)用

電力系統(tǒng)從技術(shù)層面來(lái)講，電力市場(chǎng)的引入將產(chǎn)生對(duì)電力品質(zhì)的改善裝置。不間斷電源(UPS)、靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)、靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)、電力有源濾波器(APF)、限流器、13一、概述

4、電力電子器件的應(yīng)用

電力系統(tǒng)電力儲(chǔ)能裝置、微型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)(MicroCasTurbo)等新需求；再生能源、環(huán)保發(fā)電技術(shù)等分散發(fā)電將需要交直流變流裝置14一、概述

4、電力電子器件的應(yīng)用

新能源利用與環(huán)境保護(hù)電力電子器件裝置還用于太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電裝置與電力系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，以及太陽(yáng)能發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電電能的改善?，F(xiàn)代社會(huì)對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，溫室氣體的排放引起了國(guó)際社會(huì)的關(guān)注。我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)能源消費(fèi)量急劇上升，二氧化碳排放量也有較大增加。15一、概述

4、電力電子器件的應(yīng)用

新能源利用與環(huán)境保護(hù)我國(guó)十分重視再生能源的開(kāi)發(fā)，2006年我國(guó)實(shí)施了《再生能源法》。光伏、風(fēng)力、燃料電池等新能源發(fā)電技術(shù)推動(dòng)電力電子技術(shù)的應(yīng)用，并形成電力電子技術(shù)的巨大市場(chǎng)。16一、概述

4、電力電子器件的應(yīng)用

混合動(dòng)力汽車由于電力電子器件應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能可以和直流電動(dòng)機(jī)相媲美。在工業(yè)電動(dòng)機(jī)的控制中，交流調(diào)速、直流調(diào)速以及節(jié)能和軟起動(dòng)都是通過(guò)電力電子器件實(shí)現(xiàn)的，其驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖所示。17一、概述

4、電力電子器件的應(yīng)用

交通運(yùn)輸鐵道電氣化、電力機(jī)車控制、磁懸浮列車的使用都離不開(kāi)電力電子器件，高級(jí)汽車中許多電機(jī)的控制是靠變頻或斬波實(shí)現(xiàn)的。電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)控制和蓄電池充電也是靠電力電子裝置實(shí)現(xiàn)，飛機(jī)、船舶、電梯等都離不開(kāi)電力電子裝置。18一、概述

4、電力電子器件的應(yīng)用

電源不間斷電源、電解電源、電鍍電源、開(kāi)關(guān)電源、微機(jī)及儀器儀表電源、航空電源、通信電源、交流電子穩(wěn)壓電源、脈沖功率電源、動(dòng)力牽引及傳動(dòng)控制用電源都是靠變流技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。19一、概述

4、電力電子器件的應(yīng)用

家用電器用于家庭照明的LED節(jié)能燈，體積小、發(fā)光效率高、節(jié)省能量多，這是通過(guò)電力電子器件把交流電轉(zhuǎn)換成電力電子照明電源來(lái)實(shí)現(xiàn)的。此外，變頻空調(diào)、電視機(jī)、音響、洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐、計(jì)算機(jī)等都離不開(kāi)電力電子器件的應(yīng)用。20一、概述

4、電力電子器件的應(yīng)用

結(jié)論電力電子器件的應(yīng)用與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和日常生活、工作息息相關(guān)。未來(lái)90%的電能均需通過(guò)電力電子處理后再加以利用，以便提高能源利用效率、提高工業(yè)生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)再生能源的最大利用。電力電子技術(shù)將在21世紀(jì)為建設(shè)一個(gè)節(jié)能、環(huán)保、和諧的社會(huì)發(fā)揮重要作用。21一、概述

5、發(fā)展趨勢(shì)

目前國(guó)際上功率半導(dǎo)體器件的主流產(chǎn)品、市場(chǎng)需求量較大的高頻場(chǎng)控器件IGBT已發(fā)展到了第六代，商業(yè)化已經(jīng)發(fā)展到了第五代。IGBT及其模塊（包括IPM）已經(jīng)涵蓋了600V～6.5kV的電壓和1A～3500A的電流，應(yīng)用IGBT模塊的100MW級(jí)的逆變器也已有產(chǎn)品問(wèn)世。

目前我國(guó)有多家企業(yè)從事中小功率IGBT的封裝，只有少數(shù)廠家形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，在IGBT芯片的產(chǎn)業(yè)化以及高壓大功率IGBT的封裝方面，幾乎是一片空白。國(guó)內(nèi)封裝IGBT模塊所用芯片分別由英飛凌、ABB和IR公司提供，只有極少量的芯片由國(guó)內(nèi)生產(chǎn)。22一、概述

5、發(fā)展趨勢(shì)高頻場(chǎng)控電力電子器件中另一主流功率器件是功率MOS器件，是目前功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件中市場(chǎng)容量最大、需求增長(zhǎng)最快的產(chǎn)品，是低功率范圍內(nèi)最好的功率開(kāi)關(guān)器件。國(guó)際上，增加元胞密度一直是制造高性能功率MOS器件的發(fā)展方向。在降低器件導(dǎo)通損耗的基礎(chǔ)上，提高器件性能和可靠性，進(jìn)一步降低以Superjunction結(jié)構(gòu)為代表的新結(jié)構(gòu)器件制造成本、提升以SiCMOSFET為代表的寬禁帶半導(dǎo)體器件成品率成為功率MOS器件研發(fā)生產(chǎn)的努力方向。國(guó)內(nèi)也只是近年才有所涉及，功率MOS以平面工藝的VDMOS為主，缺乏高元胞密度的低功耗功率MOS器件產(chǎn)品，國(guó)際上熱門的以Superjunction為基礎(chǔ)的低功耗MOS器件在國(guó)內(nèi)尚處于研發(fā)階段。23一、概述

5、發(fā)展趨勢(shì)IGCT器件特別適用于電壓3000V以上、容量1～20MW范圍的變流裝置，在交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)及柔性供電系統(tǒng)中有潛在的巨大市場(chǎng)。目前，ABB公司商品化的IGCT產(chǎn)品主要有三種結(jié)構(gòu)類型：非對(duì)稱型、逆導(dǎo)型和逆阻型，阻斷能力有電壓4500V和6000V兩種系列，最大關(guān)斷電流分別為4000A和3000A，研制水平的電壓已達(dá)到9kV/6kA，6.5kV或6kA的器件已經(jīng)開(kāi)始供應(yīng)市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)已成功研制出4000A/4500V非對(duì)稱型以及1100A/4500V逆導(dǎo)型兩種IGCT樣品。24一、概述

5、發(fā)展趨勢(shì)快恢復(fù)二極管主要指與IGBT相匹配的FRED器件，與快速晶閘管、高頻晶閘管以及GTO、IGCT等晶閘管派生器件匹配的FRD器件。600V、1200V，100A的FRD已進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。國(guó)產(chǎn)快恢復(fù)二極管器件在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有一定的份額。25一、概述

5、發(fā)展趨勢(shì)碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氮化鋁（AlN）以及氮化鎵鋁（AlGaN）等寬禁帶半導(dǎo)體材料受到了愈來(lái)愈多的關(guān)注，成為新材料、新器件研究的熱點(diǎn)。目前，美、日、俄、歐、韓等國(guó)家和地區(qū)正在加緊研發(fā)寬禁帶半導(dǎo)體器件，已經(jīng)有商業(yè)化產(chǎn)品出現(xiàn)。SiC肖特基二極管已經(jīng)可以達(dá)到4500V的擊穿電壓和225℃的工作結(jié)溫，SiCPIN二極管的工作電壓已經(jīng)達(dá)到20kV。SiC功率MOS晶體管目前工作電壓已經(jīng)達(dá)到10kV。26一、概述

5、發(fā)展趨勢(shì)在我國(guó)，現(xiàn)有北京大學(xué)、西安電子科技、浙江大學(xué)、中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第55研究所、山東天岳先進(jìn)材料科技有限公司、北京天科合達(dá)藍(lán)光半導(dǎo)體有限公司、能訊微電子有限公司、南車時(shí)代電氣股份有限公司、國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究所等單位已經(jīng)或開(kāi)始寬禁帶半導(dǎo)體材料和器件的研究，雖然取得了一系列研究成果，但與國(guó)際上的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化水平差距巨大。27二、電力二極管

1、PowerDiode28

整流管產(chǎn)生于本世紀(jì)40年代，是電力電子器件中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、使用最廣泛的一種器件。目前已形成普通整流管、快恢復(fù)整流管和肖特基整流管等三種主要類型。其中普通整流管的特點(diǎn)是：漏電流小、通態(tài)壓降較高(10～18V)、反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)(幾十微秒)、可獲得很高的電壓和電流定額。多用于牽引、充電、電鍍等對(duì)轉(zhuǎn)換速度要求不高的裝置中。二、電力二極管

1、PowerDiode

較快的反向恢復(fù)時(shí)間(幾百納秒至幾微秒)是快恢復(fù)整流管的顯著特點(diǎn)，但是它的通態(tài)壓降卻很高(16～40V)。它主要用于斬波、逆變等電路中充當(dāng)旁路二極管或阻塞二極管。

肖特基整流管兼有快的反向恢復(fù)時(shí)間(幾乎為零)和低的通態(tài)壓降(0.3～0.6V)的優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)其漏電流較大、耐壓能力低,常用于高頻低壓儀表和開(kāi)關(guān)電源。目前的研制水平為:普通整流管(8000V/5000A/400Hz)；快恢復(fù)整流管(6000V/1200A/1000Hz)；肖特基整流管(1000V/100A/200kHz)。29二、電力二極管

1、PowerDiode

電力整流管對(duì)改善各種電力電子電路的性能、降低電路損耗和提高電源使用效率等方面都具有非常重要的作用。隨著各種高性能電力電子器件的出現(xiàn)，開(kāi)發(fā)具有良好高頻性能的電力整流管顯得非常必要。目前，人們已通過(guò)新穎結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和大規(guī)模集成電路制作工藝的運(yùn)用，研制出集PIN整流管和肖特基整流管的優(yōu)點(diǎn)于一體的具有MPS、SPEED和SSD等結(jié)構(gòu)的新型高壓快恢復(fù)整流管。30二、電力二極管

1、PowerDiode31二極管是一種由PN結(jié)構(gòu)成的兩端器件。功率二極管是一種PN結(jié)面積比較大的二極管(一般指電流容量在1A以上的二極管)，多用硅材料做成。分為低頻功率二極管和高頻功率二極管。低頻功率二極管主要用于50Hz電源整流，高頻功率二極管主要用于高頻整流電路、傳遞無(wú)功功率的續(xù)流電路和功率開(kāi)關(guān)的緩沖電路。目前比較成熟的產(chǎn)品有PN型、PIN型快速恢復(fù)二極管和功率肖特基二極管。二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理1.1結(jié)構(gòu)與工作原理二極管的核心是PN結(jié)，PN結(jié)最基本的特性是單向?qū)щ娦?。因此二極管最適于做成將交流電變?yōu)橹绷麟姷恼鞫O管。二極管的圖形符號(hào)如圖所示，PN結(jié)的P端引線稱為陽(yáng)極A，PN結(jié)的N端引線稱為陰極K。32二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理當(dāng)二極管(即PN結(jié))接上正向電壓(簡(jiǎn)稱正偏)時(shí)，即陽(yáng)極A(P)接電源正端，陰極K(N)接電源負(fù)端，二極管導(dǎo)電，電流從A(P)流至K(N)；當(dāng)二極管即PN結(jié)接上反向電壓(簡(jiǎn)稱反偏)時(shí)，A(P)接電源負(fù)端，K(N)接電源正端，二極管不導(dǎo)電(簡(jiǎn)稱截止或阻斷)。33二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理(1)正向接法二極管的正向接法見(jiàn)圖(b)，PN結(jié)外加電壓所產(chǎn)生的外電場(chǎng)EC與內(nèi)電場(chǎng)Ei方向相反，因此PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)被削弱。其PN結(jié)等效正向電阻很小，管子兩端正向電壓降僅約1V左右(大電流硅半導(dǎo)體電力二極管超過(guò)1V，小電流硅二極管僅0.7V，鍺二極管約0.3V)。這時(shí)的二極管在電路中相當(dāng)于一個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)(通態(tài))的開(kāi)關(guān)。34二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理(2)反向接法二極管的反向接法見(jiàn)圖(c)，PN結(jié)外加電壓所產(chǎn)生的外電場(chǎng)Ee與原內(nèi)電場(chǎng)Ei方向相同。外電場(chǎng)使原內(nèi)電場(chǎng)更增強(qiáng)，其PN結(jié)等效正向電阻很大，因此反偏時(shí)二極管電流極小。這個(gè)電流稱為二極管的反向電流，也稱為反向飽和電流Is。35二、電力二極管

1、PowerDiode36PowerDiodesStudtype“Hockey-puck”type

二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理1.2特性與參數(shù)(1)靜態(tài)特性理想的二極管靜態(tài)伏安特性曲線如圖中的曲線①所示。但實(shí)際上二極管靜態(tài)伏安特性為圖中的曲線②。37二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理①二極管正向?qū)щ姇r(shí)必須克服一定的門坎電壓UT(UT又稱死區(qū)電壓)。當(dāng)外加電壓小于死區(qū)電壓時(shí)，外電場(chǎng)不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)。因此正向電流幾乎為零。硅二極管的門坎電壓UT約為0.5V，鍺二極管約為0.2V。當(dāng)外加電壓大于UT后內(nèi)電場(chǎng)被大大削弱，電流才會(huì)迅速上升。38二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理39二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理②當(dāng)二極管外加反向電壓UR但還不超過(guò)某一臨界擊穿電壓值URBR時(shí)才會(huì)使反向電流IR保持為反向飽和電流Is。實(shí)際二極管的反向飽和電流Is是很小的。但是當(dāng)外加反向電壓超過(guò)URBR后二極管被電擊穿，反向電流迅速增加。工作時(shí)若無(wú)特殊的限流保護(hù)措施，二極管被電擊穿后將造成PN結(jié)的永久損壞而喪失單向?qū)щ娔芰?。為防止二極管出現(xiàn)電擊穿，使用中通常只允許施加于二極管的最高反向工作電壓為其擊穿電壓URBR的1/2。40二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)下工作時(shí)，PN結(jié)的高頻等效電路如圖所示，圖中R表示PN結(jié)的電阻。C表示PN結(jié)的電容，R、C不僅與二極管本身結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)，還與外加電壓方向有關(guān)。當(dāng)PN結(jié)處于正偏時(shí)，R為正向電阻，其值很小，結(jié)電容C很大。當(dāng)PN結(jié)處于反偏時(shí)，R為反向電阻，其值很大，但這時(shí)結(jié)電容很小。從圖可知，由于存在結(jié)電容C，二極管從導(dǎo)通狀態(tài)(C很大，存儲(chǔ)電荷多)轉(zhuǎn)到截止阻斷狀態(tài)時(shí)，需要一定的時(shí)間消存儲(chǔ)電荷Q以后，二極管才能恢復(fù)反向阻斷電壓的能力而處于截止?fàn)顟B(tài)，然后在反向電壓作用下，僅流過(guò)很小的反向飽和電流IS。41二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理(2)主要參數(shù)①最大允許反向重復(fù)峰值電壓URRM。該參數(shù)是指二極管能夠允許瞬時(shí)峰值的最大值，也被定義為二極管的額定電壓URR。顯然URRM(或URR)應(yīng)小于二極管的反向擊穿電壓URBM。42二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理(2)主要參數(shù)②額定電流IFR。該參數(shù)被定義為其額定發(fā)熱所允許正弦半波電流的平均值。當(dāng)二極管采用規(guī)定的散熱器，在規(guī)定的環(huán)境溫度和散熱條件下工作，通過(guò)正弦半波電流平均值IFR時(shí)，其管芯PN結(jié)溫升不超過(guò)允許值。43二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理(2)主要參數(shù)③最大允許的全周期方均根正向電流IFrms。當(dāng)二及管流過(guò)半波正弦電流的平均值IFR時(shí)，與其發(fā)熱等效的全周期方均根正向電流為IFrms。若正弦電流的最大值為Im，則正弦半波電流平均值為式中：Im為正弦電流的峰值；T為正弦波周期；ω為角頻率。44二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理(2)主要參數(shù)③最大允許的全周期方均根正向電流IFrms。全周期方均根電流IFrms為IFrms=(π/2)IFR=1.57IFR45二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理例如，如果手冊(cè)上給出某功率二極管的額定電流IFR為100A，允許通過(guò)正弦半波的幅值電流Im=πIFR=314A，允許通過(guò)任意波形的有效值為IFrms=1.57IFR=157A。額定電流為100A的二極管可以通過(guò)幅值為314A的半波正弦電流，可以在全周期內(nèi)通過(guò)任意波形的有效值為157A的電流，其功耗發(fā)熱不會(huì)超過(guò)允許值。46二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理④最大允許非重復(fù)浪涌電流IFSM。

這是二極管所允許的半周期峰值浪涌電流。該值比二極管的額定電流要大得多。實(shí)際上它體現(xiàn)了二極管整流器抗短路沖擊電流的能力。顯然浪涌電流必須限制在短路時(shí)間以內(nèi)，例如8.3~10ms(f=60~50Hz的半周期)，在此期間過(guò)電流保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該切斷短路電流。47二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理⑤最大允許的PN結(jié)結(jié)溫θjm和管殼溫度θcm。結(jié)溫θjm通常為150~200℃，管殼溫度取決于二極管的功耗和結(jié)-殼熱阻、殼-散熱器熱阻及環(huán)溫。⑥結(jié)-殼、殼-散熱器熱阻Rjc、Rcs(℃/W)。這些參數(shù)用于設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)和選擇散熱器。48二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理⑦反向恢復(fù)時(shí)間trr。圖(a)示出二極管外電路有正電壓USF，二極管正偏導(dǎo)通時(shí)，陽(yáng)極A電位高于陰極K電位，二極管在外電源電壓USF作用下經(jīng)外電阻R、電感L流過(guò)的正向電流ID=IF，這時(shí)二極管兩端電壓降UD很低(1~2V)，PN結(jié)電容存儲(chǔ)電荷Q。49二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理如果在t=t1時(shí)[見(jiàn)圖(e)]，外電源電壓突然反向(反偏)為USR，如圖(b)所示，二極管電流到零(t=t2時(shí))，但這時(shí)PN結(jié)電容存儲(chǔ)的電荷Q并不能立即消失，二極管電壓仍為UD≈1~2V，二極管仍然具有導(dǎo)電性。50二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理在反向電壓USR作用下，反向電流IR從零增加到最大值IRM(t=t3時(shí))，反向電流IR使存儲(chǔ)電荷逐漸消失，UD降為零，然后PN結(jié)反向阻斷能力逐漸恢復(fù)，反向等效電阻迅速增大而使反向電壓增大到URM，反向電流則從IRM衰減到二極管的反向飽和電流值IS(微安級(jí))。51二、電力二極管

1、快速功率二極管工作原理如果在t4時(shí)反向電流已衰減到10%IRM，圖(e)中的時(shí)間段trr(trr=t4－t2=ta+tb)定義為二極管反向恢復(fù)時(shí)間。在trr(t2→t4)期間，二極管處于反向電流導(dǎo)電狀態(tài)，因此，二極管正向?qū)щ婋娏鳛榱愫蟛⒉荒芰⒓淳哂凶钄喾聪螂妷旱哪芰?，必須在?jīng)歷trr時(shí)間后才能恢復(fù)其阻斷反向電壓的能力。52二、電力二極管

2快速二極管的選擇

開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源整流電路及脈沖整流電路中使用的整流二極管，應(yīng)選用工作頻率較高、反向恢復(fù)時(shí)間較短的整流二極管(如RU系列、EU系列、V系列等)或快速恢復(fù)二極管。在低壓(200V以下)大電流(500A以下)的開(kāi)關(guān)電路應(yīng)用中，肖特基二極管是十分理想的開(kāi)關(guān)器件。它不僅開(kāi)關(guān)特性好，允許工作頻率高，而且正向壓降相當(dāng)小(＜0.5V)，因此在大電流、低電壓的電力電子變換系統(tǒng)中應(yīng)是首選器件.。半導(dǎo)體電力二極管屬于功率最大的半導(dǎo)體器件，其最大額定電壓在6kV、電流6kA以上。當(dāng)然額定電壓最高的二極管，其額定電流不一定最高，反之亦然。53二、電力二極管

3、ComparisonbetweendifferenttypesofDiodes普通二極管快恢復(fù)二極管Schottky二極管

6000V&3500A6000Vand1100A100Vand300A反向恢復(fù)時(shí)間–長(zhǎng)反向恢復(fù)時(shí)間–短反向恢復(fù)時(shí)間–極短

54普通二極管快恢復(fù)二極管Schottky二極管

關(guān)斷時(shí)間–長(zhǎng)關(guān)斷時(shí)間–短關(guān)斷時(shí)間–非常短開(kāi)關(guān)頻率–低(Max1KHz)開(kāi)關(guān)頻率–高(Max20KHz)開(kāi)關(guān)頻率–非常高(Max30KHz)

55二、電力