【文章內(nèi)容簡介】 結(jié)電容 CJ主要是擴散電容 CD，盡管結(jié)電容較大，但對其通態(tài)特性的影響相對較小。 ?PN結(jié)反向偏置時，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，結(jié)電容主要是勢壘電容 CB，盡管結(jié)電容較小，但對其斷態(tài)特性影響不可忽視 ?高頻工作時，結(jié)電容將對其工作產(chǎn)生較大影響。 uCJCDCB PN結(jié)原理 電力電子技術(shù) 2． 2． 2電力電子器件的封裝 下圖是電力電子器件幾種常見的封裝形式 T O 2 2 0 T O 2 4 7S O T 2 2 7 T O 6 4 T O 2 0 9 以 TO220為例： TO代表直插件， 220代表封裝定型號 ? 目錄 ? 2． 1 電力電子器件的特點與分類 ? 2． 2 電力電子器件基礎(chǔ) ? 2． 3 功率二極管 ? 2． 4 晶閘管 ? 2． 5 可關(guān)斷晶閘管（ GTO） ? 2． 6 電力晶體管 ? 2． 7 功率場效應(yīng)晶體管 ? 2． 8 絕緣柵雙極型晶體管 ? *2． 9 其它新型電力電子器件 ? 2． 10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 ? 2． 11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 ? 小結(jié) 電力電子技術(shù) 2． 3 功率二極管 二極管的基本結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體 PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，正向偏置時表現(xiàn)為低阻態(tài)，形成正向電流，稱為正向?qū)?；而反向偏置時表現(xiàn)為高阻態(tài)，穩(wěn)態(tài)時幾乎沒有電流，只有很小的反向漏電流，稱為反向截止。 ? 目錄 ? 2． 1 電力電子器件的特點與分類 ? 2． 2 電力電子器件基礎(chǔ) ? 2． 3 功率二極管 ? 2． 4 晶閘管 ? 2． 5 可關(guān)斷晶閘管（ GTO） ? 2． 6 電力晶體管 ? 2． 7 功率場效應(yīng)晶體管 ? 2． 8 絕緣柵雙極型晶體管 ? *2． 9 其它新型電力電子器件 ? 2． 10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 ? 2． 11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 ? 小結(jié) 功率二極管（ Power Diode）屬于不可控電力電子器件，是 20世紀最早獲得應(yīng)用的電力電子器件，它在整流、逆變等領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用?；趯?dǎo)電機理和結(jié)構(gòu)的不同，二極管可分為 結(jié)型二極管和肖特基勢壘二極管 。 AKa )AKKAIKAP NJb )c )AKN結(jié)構(gòu) 外形 電氣符號 電力電子技術(shù) 結(jié)型電力二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 電力二極管 （ Power Diode） 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 PN結(jié)為基礎(chǔ) ? 由一個面積較大的 PN結(jié) （ PN－ junction） 和兩端引線以及封裝組成的 。。。。++++++++++++++++++++空 間 電 荷 區(qū)P 型 區(qū) N 型 區(qū)內(nèi) 電場電力電子技術(shù) ? 為了提高 PN結(jié)二極管承受反向電壓的阻斷能力，并用較薄的硅片得到一般 PN結(jié)構(gòu)在硅片較厚時才能獲得的高反壓阻斷能力，工藝上結(jié)型功率二極管多采用 PIN（ I是 “ 本征 ” 意義的英文略語）結(jié)構(gòu) 。 結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理 IKAP NJb )c )AKN? 目錄 ? 2． 1 電力電子器件的特點與分類 ? 2． 2 電力電子器件基礎(chǔ) ? 2． 3 功率二極管 ? 2． 4 晶閘管 ? 2． 5 可關(guān)斷晶閘管（ GTO） ? 2． 6 電力晶體管 ? 2． 7 功率場效應(yīng)晶體管 ? 2． 8 絕緣柵雙極型晶體管 ? *2． 9 其它新型電力電子器件 ? 2． 10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 ? 2． 11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 ? 小結(jié) ? PIN功率二極管在 P型半導(dǎo)體和 N型半導(dǎo)體之間夾有一層摻有輕微雜質(zhì)的高阻抗 N區(qū)域，該區(qū)域由于摻雜濃度低而接近于純半導(dǎo)體，即本征半導(dǎo)體（ intrinsic semiconductor ） 。 。。。+ +++ ++++空 間 電 荷 區(qū)++++++++++++N區(qū) 電力電子技術(shù) 結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 目錄 ? 2． 1 電力電子器件的特點與分類 ? 2． 2 電力電子器件基礎(chǔ) ? 2． 3 功率二極管 ? 2． 4 晶閘管 ? 2． 5 可關(guān)斷晶閘管（ GTO） ? 2． 6 電力晶體管 ? 2． 7 功率場效應(yīng)晶體管 ? 2． 8 絕緣柵雙極型晶體管 ? *2． 9 其它新型電力電子器件 ? 2． 10 電力電子器件的發(fā)展趨勢 ? 2． 11 電力電子器件應(yīng)用共性問題 ? 小結(jié) ? 由于 N區(qū)域比 P區(qū)域的摻雜濃度低的多， PN空間電荷區(qū)主要在 N側(cè)展開，故 PN結(jié)的內(nèi)電場基本集中在 N區(qū)域中， N區(qū)域可以承受很高的外向擊穿電壓 。 ? 低摻雜 N區(qū)域越厚，功率二極管能夠承受的反向電壓就越高。 ?在 PN結(jié)反向偏置的狀態(tài)下， N區(qū)域的空間電荷區(qū)寬度增加，其阻抗增大，足夠高的反向電壓還可以使整個 N區(qū)域耗盡，甚至將空間電荷區(qū)擴展到 N區(qū)域。 ?如果 P區(qū)域和 N區(qū)域的摻雜濃度足夠高，則空間電荷區(qū)將被局限在 N區(qū)域，從而避免電極的穿通。 電力電子技術(shù) 。。。+ +++ ++++空 間 電 荷 區(qū)++++++++++++? N區(qū)的存在產(chǎn)生的影響： ? 1）提高器件的耐壓 ? 2）造成器件通態(tài)壓降的升高 ? 3） N區(qū)較寬的空間電荷區(qū)，能夠減小結(jié)電容的作用，提高器件的工作頻率 結(jié)型電力二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理 N區(qū) 電力電子技術(shù) 電力二極管的基本特性 1. 靜態(tài)特性 （ Static State Characteristic） ? 主要指其 伏安特性 (VoltAmpere Characteristic) IOIFUT OUFUUT HTS ( e 1 )V VII?? 式中： IS 為反向飽和電流 ， V 為二極管兩端的電壓降 ， VT =kT/q 稱為溫度的電壓當(dāng)量 ， k為玻耳茲曼常數(shù)（ 10－ 23）， q 為電子電荷量（ 10－ 19）， ， T 為熱力學(xué)溫度。對于 25176。 室溫（相當(dāng) T=300 K），則有 VT=26 mV。 電力電子技術(shù) 電力二極管的基本特性 1. 靜態(tài)特性 （ Static State Characteristic） ? 主要指其 伏安特性 (VoltAmpere Characteristic) IOIFUT OUFU電 力 二 極 管 的 伏 安 特 性UT H門檻電壓 反向飽和電流（少子抽?。? 正向?qū)娏鳎ㄉ僮幼⑷耄? 耗盡層變窄 擊穿 電力電子技術(shù) 2. 動態(tài)特性 (Dynamic Characteristic) ? 動態(tài)特性 —— 因結(jié)電容的存在 ， 零偏置 、 正向偏置 、 反向偏置等狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一個過渡過程 ， 此過程中的 電壓 — 電流特性是隨時間變化的 。 ? 動態(tài)特性 主要指 開關(guān)特性 (Switching Characteristic)， 開關(guān)特性反映 通態(tài)和斷態(tài) 之間的轉(zhuǎn)換過程 。 電力二極管的基本特性 電力電子技術(shù) 電力二極管的基本特性 ? 開通過程 (Turnon Transient)： ? 電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個過沖 UFP， 經(jīng)過一段時間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個值 （ 如 2V） 。 ? 電壓過沖物理機制主要有兩個： ? ： 電導(dǎo)調(diào)制作用 。 I↑ → N區(qū) 的有效電阻 ↓ →管壓降也降低 ， 形成峰值 UFP。 。。。+ +++ ++++空 間 電 荷 區(qū)++++++++++++UF PuiiFuFtfrt02V： 正向電流 → 內(nèi)部電感上壓降，且電流變化率越高，電壓過沖越大。 ?正向恢復(fù)時間 （正向電壓從零開始經(jīng)峰值電壓 UFP再降至穩(wěn)態(tài)電壓 UF所需要的時間 tfr) 正向恢復(fù)時間的影響因素 ： 結(jié)溫 、開通前偏置 ERSLDV DRNVF電力電子技術(shù) 電力二極管的基本特性 ? 關(guān)斷過程 (Turnoff Transient)： DCV iL()it()Fit()Lit()FUt。。。+ +++ ++++空 間 電 荷 區(qū)++++++++++++P NNDCFiVdidt L?。。。+ +++ ++++空 間 電 荷 區(qū)++++++++++++P NNIF UF t 圖 15（ a） 電力二極管的關(guān)斷過程 IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPd iFd td iRd t電路電感作用 復(fù)合存儲電荷 反向偏置狀態(tài)建立 體電阻壓降所致 外部電感決定 電力電子技術(shù) 電力二極管的基本特性 ? 關(guān)斷過程 (Turnoff Transient)： 特征： 1） 在關(guān)斷之前有 較大的反向電流 出現(xiàn) ， 并伴隨有明顯的 反向電壓過沖 2） 須經(jīng)過 一段短暫的時間才能重新獲得反向阻斷能力 ， 進入截止?fàn)顟B(tài) 3） 下降時間 tf與延遲時間 td之比稱為反向恢復(fù)系數(shù) ， 即 S=tf/td ， S越小其反向恢復(fù)速度越快 ！ IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPd iFd td iRd t電力電子技術(shù) 2． 3． 3 快速功率二極管 普通結(jié)型功率二極管又稱整流管（ Rectifier Diode），反向恢復(fù)時間在 5μs以上，多用于開關(guān)頻率在 1kHz以下的整流電路中。若是高頻電路，應(yīng)采用快速功率二極管。 1．提高結(jié)型功率二極管開關(guān)速度的措施 1）