【正文】 ?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 ） 的整流電路中 ?其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng) ， 一般在 5?s以上 ， 這在開關(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 ■ 電力二極管的主要類型 ?2. 快恢復(fù)二極管 （ Fast Recovery Diode—— FRD） ?恢復(fù)過程很短特別是反向恢復(fù)過程很短 （ 5?s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) ■ 電力二極管的主要類型 ? 采用外延型 PiN結(jié)構(gòu)的的 快恢復(fù)外延二極管 （ Fast Recovery Epitaxial Diodes—— FRED） ， 其反向恢復(fù)時(shí)間更短 （ 可低于 50ns） ， 正向壓降也很低（ ） ， 但其反向耐壓多在 400V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) 。 ■ 電力二極管的主要類型 ?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 （ Schottky Barrier Diode—— SBD） ， 簡(jiǎn)稱為肖特基二極管 ?20世紀(jì) 80年代以來 ， 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 ■ 電力二極管的主要類型 ?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)過程中也不會(huì)有明顯的電壓過沖 ?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 ?其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小 ， 效率高 ■ 半控器件 — 晶閘管 半控型器件 —— 晶閘管 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 晶閘管的基本特性 晶閘管的主要參數(shù) 晶閘管的派生器件 半控型器件 —— 晶閘管 ? 晶閘管 （ Thyristor ） ：晶體閘流管 ， 可控硅整流器（ Silicon Controlled Rectifier—— SCR） ? 1956年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室 （ Bell Lab） 發(fā)明了晶閘管 ? 1957年美國(guó)通用電氣公司 （ GE） 開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品 ? 1958年商業(yè)化 ?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(shí)代 ? 20世紀(jì) 80年代以來 ， 開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 ■ 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 16 晶閘管的外形、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) ■ AAGGKKb) c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 ■ RN P NP N PAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a) b)圖 17 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 Ic1=?1 IA + ICBO1 （ 11） Ic2=?2 IK + ICBO2 （ 12） 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 IK=IA+IG （ 13） IA=Ic1+Ic2 （ 14） （ 15） ? 晶體管的特性是：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。 由以上式 （ 11） ~（ 14）可得 ■ )(1 21C B O 2C B O 1G2A????????IIII 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 ?阻斷狀態(tài)： IG=0， ?1+?2很小 。 IA實(shí)際由外電路決定 。 IH稱為維持電流 。 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) 。 ■ 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 。 ?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 。 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 ■ 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 40?C和規(guī)定的冷卻狀態(tài) 下 ， 穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時(shí)所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值 。此電流流經(jīng) J3結(jié)時(shí)，起到類似門極觸發(fā)電流的作用。 ■ 晶閘管的派生器件 3. 逆導(dǎo)晶閘管 （ Reverse Conducting Thyristor——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 ? 具有正向壓降小 、 關(guān)斷時(shí)間短 、 高溫特性好 、 額定結(jié)溫高等優(yōu)點(diǎn) ? 逆導(dǎo)晶閘管的額定電流有兩個(gè) ， 一個(gè)是晶閘管電流 ，一個(gè)是反并聯(lián)二極管的電流 圖 111 逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性 a) 電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性 ■ b)a)UOIKGAIG= 0 晶閘管的派生器件 4. 光控晶閘管 （ Light Triggered Thyristor——LTT） 圖 112 光控晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性 a) 電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性 ■ 光強(qiáng)度強(qiáng) 弱b)AGKa)O UAKIA 晶閘管的派生器件 ? 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 ? 小功率光控晶閘管只有陽(yáng)極和陰極兩個(gè)端子 ? 大功率光控晶閘管則還帶有光纜 ， 光纜上裝有作為觸發(fā)光源的發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器 ? 光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣 ， 且可避免電磁干擾的影響 ， 因此目前在高壓大功率的場(chǎng)合 ，如高壓直流輸電和高壓核聚變裝置中 ， 占據(jù)重要的地位 ■ 典型全控型器件 典型全控型器件 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 典型全控型器件 ? 門極可關(guān)斷晶閘管 —— 在晶閘管問世后不久出現(xiàn) ? 20世紀(jì) 80年代以來 ， 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 ■ 門極可關(guān)斷晶閘管 ? 門極可關(guān)斷晶閘管 （ GateTurnOff Thyristor — GTO） ?晶閘管的一種派生器件 ?可以通過在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷 ?GTO的電壓 、 電流容量較大 ， 與普通晶閘管接近 ，因而在兆瓦級(jí)以上的大功率場(chǎng)合仍有較多的應(yīng)用 ■ 門極可關(guān)斷晶閘管 ? 1. GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理 ?結(jié)構(gòu)： 與普通晶閘管的相同點(diǎn)： PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) ， 外部引出陽(yáng)極 、 陰極和門極 ?和普通晶閘管的不同： GTO是一種多元的功率集成器件 ， 內(nèi)部包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽(yáng)極的小GTO元 ， 這些 GTO元的陰極和門極則在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起 圖 113 GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) a) 各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b) 并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖 c) 電氣圖形符號(hào) c)圖1 1 3AG K G GKN 1P 1N 2N 2 P2b)a)AGK ■ 門極可關(guān)斷晶閘管 ? 工作原理： ?與普通晶閘管一樣 ， 可以用圖 17所示的雙晶體管模型來分析 ??1+?2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件 。 延遲時(shí)間一般約 1~2?s， 上升時(shí)間則隨通態(tài)陽(yáng)極電流值的增大而增大 ?2)關(guān)斷時(shí)間 toff 一般指儲(chǔ)存時(shí)間和下降時(shí)間之和 ，不包括尾部時(shí)間 。1000A的 GTO關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖電流峰值要 200A GMAT Oo f f II?? ■ 電力晶體管 ?術(shù)語(yǔ)用法： ?電力晶體管 （ Giant Transistor—— GTR， 直譯為巨型晶體管 ） ?耐高電壓 、 大電流的雙極結(jié)型晶體管 （ Bipolar Junction Transistor—— BJT） ， 英文有時(shí)候也稱為 Power BJT ?在電力電子技術(shù)的范圍內(nèi) ， GTR與 BJT這兩個(gè)名稱等效 ? 應(yīng)用 ?20世紀(jì) 80年代以來 ， 在中 、 小功率范圍內(nèi)取代晶閘管 ， 但目前又大多被 IGBT和電力 MOSFET取代 ■ 電力晶體管 ?1. GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理 (圖 15） ?與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的 ?主要特性是耐壓高 、 電流大 、 開關(guān)特性好 ?通常采用至少由兩個(gè)晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu) ?采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成 ■ 電力晶體管 圖 115 GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號(hào)和內(nèi)部載流子的流動(dòng) a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 電氣圖形符號(hào) c) 內(nèi)部載流子的流動(dòng) ? 一般采用共發(fā)射極接法 ， 集電極電流 ic與基極電流 ib之比為 （ 19） ? ? —— GTR的電流放大系數(shù)，反映了基極電流對(duì)集電極電流的控制能力 圖1 1 5a)基極 bP 基區(qū)N 漂移區(qū)N + 襯底基極 b 發(fā)射極 c集電極 cP + P +N +b)bec空穴流電子流c)EbEcibic= ? ibie= ( 1 + ?? ? ibbcii?? ■ 電力晶體管 ? 當(dāng)考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流 Iceo時(shí) ，ic和 ib的關(guān)系為 ic=? ib +Iceo （ 110） ? 產(chǎn)品說明書中通常給直流電流增益 hFE—— 在直流工作情況下集電極電流與基極電流之比 。 增大 ib的幅值并增大 dib/dt， 可縮短延遲時(shí)間 ， 同時(shí)可縮短上升時(shí)間 ， 從而加快開通過程 圖1 1 7ib Ib1Ib2Icsic0090% Ib110% Ib190% Ics10% Icst0t1t2t3t4t5ttto fftstftontrtd