【正文】 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 2) 動態(tài)特性 —— 二極管的電壓 電流特性隨時間變化的曲線 延遲時間： td= t1 t0, （清除少子） 電流下降時間： tf= t2 t1 反向恢復(fù)時間： trr= td+ tf 13 二極管主要參數(shù) IF(AV)是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的 ， 通態(tài)電流在一個整周期內(nèi)的平均值 ， 并應(yīng)留有一定的裕量 。 U FP u i i F u F t fr t 0 2V 開通過程 ： 關(guān)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(jìn)入截止?fàn)顟B(tài) 。 正向恢復(fù)時間 tfr。 承受反向電壓時 ， 只有微小而數(shù)值恒定的反向漏電流 。 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) —— N區(qū)域 PN結(jié)的狀態(tài) 11 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(yīng)的電壓 。 從外形上看 ， 主要有螺栓型和平板型兩種封裝 。 整流二極管及模塊 不可控器件 — 電力二極管 9 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 。 按照驅(qū)動電路信號的性質(zhì)，分為兩類： 8 ? Power Diode結(jié)構(gòu)和原理簡單 ， 工作可靠 ， 自 20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用 。 按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類： 電力電子器件分類 7 電流驅(qū)動型 —— 通過從控制端注入或者抽出電流來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者 關(guān)斷的控制。 全控型器件（ IGBT,MOSFET) —— 通過控制信號既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān) 斷，又稱自關(guān)斷器件。 主要損耗 通態(tài)損耗 斷態(tài)損耗 開關(guān)損耗 關(guān)斷損耗 開通損耗 電力電子器件的損耗 5 電力電子系統(tǒng) ：由 控制電路 、 驅(qū)動電路 、 保護(hù)電路 和以電力電子器件為核心的 主電路 組成。 3）同處理信息的電子器件相比的一般特征： 4 通態(tài)損耗 是器件功率損耗的主要成因。 電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。 2）分類 : 電真空器件 (汞弧整流器、閘流管 ) 半導(dǎo)體器件 (采用的主要材料硅） 仍然 電力電子器件 電力電子器件概述 3 能處理電功率的能力，一般遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。 第 1章 電力電子器件 2 1）概念 : 電力電子器件 （ Power Electronic Device） —— 可直接用于主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。1 電子技術(shù)的基礎(chǔ) ——— 電子器件：晶體管和集成電路 電力電子電路的基礎(chǔ) ——— 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(diǎn) 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(yīng)注意問題。 主電路（ Main Power Circuit） —— 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。 電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。 電力電子器件自身的功率損耗遠(yuǎn)大于信息電子器件，一般都要安裝散熱器。 器件開關(guān)頻率較高時， 開關(guān)損耗 可能成為器件功率損耗的主要因素。 圖 11 電力電子器件在實(shí)際應(yīng)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(hù)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)正常可靠運(yùn)行 電氣隔離 控制電路 6 半控型器件（ Thyristor） —— 通過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。 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。 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(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。 ? 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合 ， 具有不可替代的地位 。 由一個面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的 。 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 10 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 。 與 IF對應(yīng)的電力二極管兩端的電壓即為其 正向電壓降 UF 。 幾十微安 幾十毫安 電力二極管的伏安特性 1) 靜態(tài)特性 I O I F U TO U F U 二極管工作特性 12 正向壓降先出現(xiàn)一個過沖 UFP（ 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) ） ， 經(jīng)過一段時間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個值 （ 如 2V） 。 電流上升率越大 ， UFP越高 。 關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn) （ 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) ） ， 并伴隨有明顯的反向電壓過沖（ 線路電感的作用 ） 。 若正弦電流的最大值為 Im， 則額定電流為 1) 正向平均電流 IF(AV) 2） 正向壓降 UF 在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時對應(yīng)的正向壓降。 擊穿電壓的 2/3倍 mIttdI I ??? ? ????? 1)(s i n210 mF ( A V )14 結(jié)溫 是指管芯 PN結(jié)的平均溫度 ， 用 TJ表示 。 TJM通常在 125~175?C范圍之內(nèi) 。 5） 最高工作結(jié)溫 TJM 4） 反向恢復(fù)時間 trr trr= td+ tf 15 1) 普通二極管 （ General Purpose Diode） 又稱整流二極管 （ Rectifier Diode） 多用于開關(guān)頻率不高 （ 1kHz以下 ） 的整流電路 其反向恢復(fù)時間較長 ， 一般在 5?s以上 ， 這在開關(guān)頻率不高時并不重要 。 從性能上可分為 快速恢復(fù) 和 超快速恢復(fù) 兩個等級。 2) 快恢復(fù)二極管 （ Fast Recovery Diode——FRD） 17 肖特基二極管的 弱點(diǎn) 反向耐壓提高時正向壓降會提高 ， 多用于 200V以下 。 肖特基二極管的 優(yōu)點(diǎn) 反向恢復(fù)時間很短 （ 10~40ns） 。 反向耐壓較低時其正向壓降明顯低于快恢復(fù)二極管 。 3） 肖特基二極管 以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢壘二極管 （ Schottky Barrier Diode ——SBD） 。 1957年美國通用電氣公司開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品 。 開辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時代 。 能承受的電壓和電流容量最高 ， 工作可靠 ， 在大容量的場合具有重要地位 。 晶閘管的工作條件的試驗(yàn)電路 ?當(dāng) SCR的陽極和陰極電壓 UAK0，無論門極 G加什么電壓， SCR始終處于關(guān)斷狀態(tài)； ?UAK0時，只有 EGk0， SCR才能導(dǎo)通。 SCR導(dǎo)通后的管壓降為 1V左右，主電路中的電流 I由 R和 RW以及 EA的大小決定； ?當(dāng) UAK0時，無論 SCR原來的狀態(tài)，都會使 R熄滅，即此時 SCR關(guān)斷。如果繼續(xù)降低 I，則 SCR同樣會關(guān)斷。 23 ?1和 ?2分別是晶體管 V1和 V2的共基極電流增益； ICBO1和 ICBO2分別是 V1和 V2的共基極漏電流。 V V2飽和 24 在低發(fā)射極電流下 ? 是很小的，而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來之后，? 迅速增大（ ?1 ?2 ）。 流過晶閘管的漏電流稍大于兩個晶體管漏電流之和 。 IA實(shí)際由外電路 決定 。 只有門極觸發(fā)是最精確 、 迅速而可靠的控制手段 。 承受正向電壓時 ， 僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通 。 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 。 正向電壓超過正向轉(zhuǎn)折電壓 Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通。 晶閘管本身的壓降很小 ， 在 1V左右 。