【正文】 言 1956年美國貝爾實驗室發(fā)明了晶閘管 。 電力二極管的主要類型 3. 肖特基二極管 (DATASHEET) 以金屬和半導體接觸形成的勢壘為基礎的二極管稱為肖特基勢壘二極管 （ Schottky Barrier Diode ——SBD） 。 反向耐壓較低時其正向壓降明顯低于快恢復二極管 。 肖特基二極管的 優(yōu)點 反向恢復時間很短 （ 10~40ns） 。 DATASHEET 1 2 3 電力二極管的主要類型 2) 快恢復二極管 （ Fast Recovery Diode——FRD） 第1章電力電子器件 24 肖特基二極管的 弱點 反向耐壓提高時正向壓降會提高 ， 多用于 200V以下 。 從性能上可分為 快速恢復 和 超快速恢復 兩個等級。 電力二極管的主要參數(shù) 5）最高工作結(jié)溫 TJM 第1章電力電子器件 22 1) 普通二極管 （ General Purpose Diode） 又稱整流二極管 （ Rectifier Diode） 多用于開關頻率不高 （ 1kHz以下 ） 的整流電路 其反向恢復時間較長 正向電流定額和反向電壓定額可以達到很高 DATASHEET 按照正向壓降 、 反向耐壓 、 反向漏電流等性能 ，特別是反向恢復特性的不同介紹 。 TJM通常在 125~175?C范圍之內(nèi) 。 4） 反向恢復時間 trr trr= td+ tf 電力二極管的主要參數(shù) 2） 正向壓降 UF 第1章電力電子器件 21 結(jié)溫 是指管芯 PN結(jié)的平均溫度 ， 用 TJ表示 。 3） 反向重復峰值電壓 URRM 對電力二極管所能重復施加的反向最高峰值電壓 。 IF(AV)是按照電流的發(fā)熱效應來定義的 ， 使用時應按 有效值相等的原則 來選取電流定額 ， 并應留有一定的裕量 。 關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 。 電流上升率越大 ， UFP越高 。 第1章電力電子器件 18 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） 。 承受反向電壓時 ， 只有微小而數(shù)值恒定的反向漏電流 。 PN結(jié)與電力二極管的工作原理 PN結(jié)的電容效應： 第1章電力電子器件 16 主要指其 伏安特性 門檻電壓 UTO， 正向電流IF開始明顯增加所對應的電壓 。 結(jié)電容按其產(chǎn)生機制和作用的差別分為 勢壘電容 CB和 擴散電容 CD。 圖 12 電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號 PN結(jié)與電力二極管的工作原理 A K A K a) I K A P N J b) c) A K 第1章電力電子器件 14 狀態(tài)參數(shù) 正向?qū)? 反向截止 反向擊穿 電流 正向大 幾乎為零 反向大 電壓 維持 1V 反向大 反向大 阻態(tài) 低阻態(tài) 高阻態(tài) —— ?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 。 由一個面積較大的 PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的 。 不可控器件 — 電力二極管 本章學習內(nèi)容與學習要點 第1章電力電子器件 11 PN結(jié)與電力二極管的工作原理 電力二極管的基本特性 電力二極管的主要參數(shù) 電力二極管的主要類型 不可控器件 — 電力二極管 第1章電力電子器件 12 ? Power Diode結(jié)構(gòu)和原理簡單 ， 工作可靠 ， 自20世紀 50年代初期就獲得應用 。 掌握電力電子器件的型號 命名法 ，以及其 參數(shù)和特性曲線的使用方法 。 集中講述電力電子器件的 驅(qū)動 、 保護和串 、 并聯(lián)使用 這三個問題。 電壓驅(qū)動型 —— 僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可實現(xiàn)導通或者關斷的控制。 不可控器件 (Power Diode) —— 不能用控制信號來控制其通斷 , 因此也就不需要驅(qū)動電路。 圖 11 電力電子器件在實際應用中的系統(tǒng)組成 控 制 電 路 檢測 電路 驅(qū)動 電路 R L 主電路 V 1 V 2 保護電路 在主電路和控制電路中附加一些電路，以保證電力電子器件和整個系統(tǒng)正?？煽窟\行 應用電力電子器件系統(tǒng)組成 電氣隔離 控制電路 第1章電力電子器件 8 半控型器件（ Thyristor） —— 通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷。 器件開關頻率較高時， 開關損耗 可能成為器件功率損耗的主要因素。 電力電子器件自身的功率損耗遠大于信息電子器件，一般都要安裝散熱器。 電力電子器件一般都工作在開關狀態(tài)。 主電路（ Main Power Circuit） —— 電氣設備或電力系統(tǒng)中，直接承擔電能的變換或控制任務的電路。 第 1章 電力電子器件 1 第 1章 電力電子器件 電力電子器件概述 不可控器件 —— 二極管 半控型器件 —— 晶閘管 典型全控型器件 其他新型電力電子器件 電力電子器件的驅(qū)動 電力電子器件的保護 電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用 本章小結(jié)及作業(yè) 第1章電力電子器件 2 電子技術的基礎 ——— 電子器件：晶體管和集成電路 電力電子電路的基礎 ——— 電力電子器件 本章主要內(nèi)容： 概述電力電子器件的 概念 、 特點 和 分類 等問題。 介紹常用電力電子器件的 工作原理 、 基本特性 、 主要參數(shù) 以及選擇和使用中應注意問題。引言 第1章電力電子器件 3 電力電子器件 的概念和特征 應用電力電子器件的系統(tǒng)組成 電力電子器件的分類 本章內(nèi)容和學習要點 電力電子器件概述 第1章電力電子器件 4 1）概念 : 電力電子器件 （ Power Electronic Device） —— 可直接用于主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。 2）分類 : 電真空器件 (汞弧整流器、閘流管 ) 半導體器件 (采用的主要材料硅） 仍然 電力電子器件的概念和特征 電力電子器件 第1章電力電子器件 5 能處理電功率的能力，一般遠大于處理信息的電子器件。 電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。 電力電子器件的概念和特征 3）同處理信息的電子器件相比的一般特征： 第1章電力電子器件 6 通態(tài)損耗 是器件功率損耗的主要成因。 主要損耗 通態(tài)損耗 斷態(tài)損耗 開關損耗 關斷損耗 開通損耗 電力電子器件的概念和特征 電力電子器件的損耗 第1章電力電子器件 7 電力電子系統(tǒng) ：由 控制電路 、 驅(qū)動電路 、 保護電路 和以電力電子器件為核心的 主電路 組成。 全控型器件（ IGBT,MOSFET) —— 通過控制信號既可控制其導通又可控制其關 斷，又稱自關斷器件。 電力電子器件的分類 按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類： 第1章電力電子器件 9 電流驅(qū)動型 —— 通過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導通或者 關斷的控制。 電力電子器件的分類 按照驅(qū)動電路信號的性質(zhì)，分為兩類： 第1章電力電子器件 10 本章內(nèi)容 : 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注意的一些問題。 學習要點 : 最重要的是掌握其 基本特性 。 可能會主電路的其它電路元件有 特殊的要求 。 ?快恢復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合 ， 具有不可替代的地位 。引言 整流二極管及模塊 第1章電力電子器件 13 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 。 從外形上看 ， 主要有螺栓型和平板型兩種封裝 。 PN結(jié)的反向擊穿（兩種形式 ) 雪崩擊穿 齊納擊穿 均可能導致熱擊穿 PN結(jié)與電力二極管的工作原理 PN結(jié)的狀態(tài) 第1章電力電子器件 15 PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化 ， 呈現(xiàn) 電容效應 ， 稱為 結(jié)電容 CJ， 又稱為 微分電容 。 電容影響 PN結(jié)的工作頻率 ， 尤其是高速的開關狀態(tài) 。 與 IF對應的電力二極管兩端的電壓即為其 正向電壓降 UF 。 圖 14 電力二極管的伏安特性 電力二極管的基本特性 1) 靜態(tài)特性 I O I F U TO U F U 第1章電力電子器件 17 2) 動態(tài)特性 —— 二極管的電壓 電流特性隨時 間變化的 —— 結(jié)電容的存在 電力二極管的基本特性 b) U FP u i i F u F t fr t 0 2V a) F U F t F t 0 t rr t d t f t 1 t 2 t U R U RP I RP d i F d t d i R d t 圖 15 電力二極管的動態(tài)過程波形 a) 正向偏臵轉(zhuǎn)換為反向偏臵 b) 零偏臵轉(zhuǎn)換為正向偏臵 延遲時間： td= t1 t0, 電流下降時間： tf= t2 t1 反向恢復時間： trr= td+ tf 恢復特性的軟度：下降時間與延遲時間 的比值 tf /td，或稱恢復系數(shù)，用 Sr表示。 正向恢復時間 tfr。 U FP u i i F u F t fr t 0 2V 圖 15(b)開通過程 電力二極管的基本特性 開通過程 ： 關斷過程 須經(jīng)過一段短暫的時間才能重新獲得反向阻斷能力 ， 進入截止狀態(tài) 。 I F U F t F t 0 t rr t d t f t 1 t 2 t U R U RP I RP d i F d t d i R d t 圖 15(b)關斷過程 第1章電力電子器件 19 額定電流 ——在指定的管殼溫度和散熱條件下 ， 其允許流過的最大 工頻正弦半波電流 的平均值 。 電力二極管的主要參數(shù) 1) 正向平均電流 IF(AV) 第1章電力電子器件 20 在指定溫度下 ， 流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時對應的正向壓降 。 使用時 ， 應當留有兩倍的裕量 。 TJM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 。 6) 浪涌電流 IFSM 指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個或幾個工頻周期的過電流 。 電力二極管的主要類型 第1章電力電子器件 23 簡稱快速二極管 快恢復外延二極管 （ Fast Recovery Epitaxial Diodes——FRED） ，其trr更短（可低于 50ns）， UF也很低（ ），但其反向耐壓多在 1200V以下。前者 trr為數(shù)百納秒或更長，后者則在 100ns以下，甚至達到 20~30ns。 反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略 ， 必須嚴格地限制其工作溫度 。 正向恢復過程中也不會有明顯的電壓過沖 。 效率高 ， 其開關損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還小 。 第1章電力電子器件 25 半控器件 — 晶閘管