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1、11 1 电力电子器件电力电子器件概述第二讲：第二讲：电力二极管（功率二极管）电力二极管（功率二极管）2 2 电力二极管的结构、工作原理、基本电力二极管的结构、工作原理、基本特性、主要参数特性、主要参数3 3 电力二极管的选取原则电力二极管的选取原则4 4 稳压二极管稳压二极管5 5 抗瞬变二极管抗瞬变二极管 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2电力电子器件概述电力电子器件概述基本概念基本概念控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路电力电子变换系统电力电子变换系统：主电路：主电路：电力电子变换系统中，直接承担电
2、能的变换或控制任务的电路电力电子器件：电力电子器件：可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。作用类似于信息电子技术（模电、数电）的信息电子器件。由控制电路控制电路、驱动电驱动电路路、保护电路保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路主电路组成。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统3电力电子器件概述电力电子器件概述基本分类基本分类电真空器件：电真空器件：半导体器件：半导体器件：汞弧整流器、闸流管汞弧整流器、闸流管不控型：不控型：半控型：半控型：全控型：全控型：不能用控制信号来控制其通不能用控制信号来控制其通断，代表
3、：电力二极管断，代表：电力二极管能用控制信号来控制其导通能用控制信号来控制其导通而无法控制其关断，代表：而无法控制其关断，代表：晶闸管晶闸管能用控制信号来控制其导通与能用控制信号来控制其导通与关断，代表：关断，代表：IGBT,MOSFET篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统4电力电子器件概述电力电子器件概述基本分类基本分类电真空器件：电真空器件：半导体器件：半导体器件：汞弧整流器、闸流管汞弧整流器、闸流管电流驱动型：电流驱动型：电压驱动型：电压驱动型：通过从控制端注入或者抽出通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者电流来
4、实现导通或者 关断的关断的器件器件仅通过在控制端和公共端之间仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的器件。导通或者关断的器件。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统5电力电子器件概述电力电子器件概述基本特征基本特征电力电子器电力电子器件与信息电件与信息电子器件的比子器件的比较：较：处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件子器件电力电子器件一般都工作在开关状态电力电子器件一般都工作在开关状态电力电子器件往往需要由信息电子电路来控电
5、力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。制。电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。子器件，一般都要安装散热器。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统6 电气图形符号电力二极管电力二极管(Power Diode)电力二极管的电气图形符号和外形电力二极管的电气图形符号和外形篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统7大功率二极管大功率二极管篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，
6、因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统8电力二极管电力二极管(Power Diode)电电力力二二极极管管的的基基本本结结构构与与信信息息电电子子电电路路中中的的二二极极管管一样，都是具有一个一样，都是具有一个PNPN结的两端器件。结的两端器件。电容效应电容效应：PNPN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为称为结电容结电容C CJ J 基本内部结构基本内部结构 不同的是电力二极管的不同的是电力二极管的PNPN结面积较大。结面积较大。电容效应的影响电容效应的影响：结电容影响电力二极管的工作频率，频率越高，影结电容影响电力二极管的工作频
7、率，频率越高，影响越大，即结电容限制了电力二极管工作频率的提高。响越大，即结电容限制了电力二极管工作频率的提高。高频等效高频等效电路电路篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统9电力二极管电力二极管(Power Diode)电力二极管具有单向导电性电力二极管具有单向导电性基本工作原理基本工作原理 状态参数正向导通反向截止反向击穿电流正向大几乎为零反向大电压维持1V反向大反向大阻态低阻态高阻态1、雪崩击穿2、齐纳击穿3、热击穿篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的
8、系统10电力二极管电力二极管(Power Diode)基本特性基本特性静态特性、静态特性、动态特性门槛电压门槛电压U UTOTO正向导通是电力二极管两端的最大电压降反向击穿电压反向击穿电压UB 静态特性静态特性电力二极管的静态特性主要是指其电力二极管的静态特性主要是指其伏安特性，即器件伏安特性，即器件端电压端电压与与电流电流的的关系。关系。正向电压降正向电压降UF正正向向电电流流IF开开始始明明显显增增加加所所对对应应的的电电压压篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统11 动态特性动态特性 因结电容的存在，电力二极管在零偏置
9、、正向导通和反向截止这三个状态之间转换时，必然经过一个过渡过程，其电压、电流随时间变化的特性称为电力二极管的动态特性。正向导通转换为反向截止零偏置转换为正向导通 电力二极管电力二极管(Power Diode)UFPuiiFuFtfrt02VIFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统12t t2 2：时刻时刻电流变化率接近零，恢复对反向电压阻断正向导通转换为反向截止 反向恢复时间反向恢复时间：trr=td+tf关断特性关断特性：t tF F：时刻外加电压改
10、变时刻外加电压改变t t0 0：时刻时刻电流下降为零，电流下降为零，此时不能恢复反向阻此时不能恢复反向阻断能力。断能力。t t1 1:时刻时刻反向电流达最大反向电流达最大值，此后反向电流迅值，此后反向电流迅速下降，产生反向过速下降，产生反向过冲电压冲电压I IRP RP，随后，随后出现出现反向过冲电压反向过冲电压U URPRPIFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt电力二极管电力二极管(Power Diode)篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统13开通特性开通特性：电力二极管的正向压降
11、先出现一个过冲U UFPFP，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如 2V）。这一动态过程时间被称为正向恢复时间tfr。电力二极管电力二极管(Power Diode)零偏置转换为正向导通UFPuiiFuFtfrt02V篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统14电力二极管电力二极管(Power Diode)指在规定+40的环境温度和标准散热条件下，元件结温达到额定且稳定时，容许长时间连续流过工频正弦半波电流的平均值。主要性能参数主要性能参数1正向平均电流正向平均电流IF(AV)额定有效值：额定有效值：与正向平均电流与正向平
12、均电流IF相同条件下测得有效值相同条件下测得有效值额定有效值为额定有效值为=1.57IF篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统15电力二极管电力二极管(Power Diode)2 2正向电压降正向电压降U UF F 电力二极管在规定温度和散热条件下，流过某一指定的正向稳态电流时，电力二极管的最大电压降。主要性能参数主要性能参数篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统163 3反反向向重重复复峰峰值值电电压压U URRMRRM（额额定电压）定电压）电力二极管在
13、指定温度下，所能重复施加的反向最高峰值电压4 4反向重复平均漏电流反向重复平均漏电流I IRRRR 对应于反向重复峰值电压URRM下的平均漏电流，电力二极管电力二极管(Power Diode)篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统17电力二极管电力二极管(Power Diode)n结温是指管芯结温是指管芯PN结的平均温度，用结的平均温度，用TJ表示。表示。nTJM是指在是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。nTJM通常在通常在125175 C范围之内。范围之内。6)浪涌
14、电流浪涌电流IFSMn指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。5）最高工作结温）最高工作结温TJM篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统182.2 电力二极管电力二极管1 1普通二极管普通二极管又称整流二极管又称整流二极管（Rectifier Diode）多用于开关频率不高（多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路以下）的整流电路其反向恢复时间较长其反向恢复时间较长正向电流定额和反向电压定额可以达到很高正向电流定额和反向电压定额可以达到很高DAT
15、ASHEET主要类型主要类型篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统192.2 电力二极管电力二极管1 1普通二极管普通二极管又称整流二极管又称整流二极管（Rectifier Diode）多用于开关频率不高（多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路以下）的整流电路其反向恢复时间较长其反向恢复时间较长正向电流定额和反向电压定额可以达到很高正向电流定额和反向电压定额可以达到很高DATASHEET主要类型主要类型篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统202.2
16、 电力二极管电力二极管 2 2快速恢复二极管快速恢复二极管 反向恢复时间很短，一般在5s以下，此类二极管称为快速恢复二极管。另外，快速恢复外延型二极管反向恢复时间可低于50ns，正向压降很低，多用于高频整流电路中。DATASHEET 1 2 3 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统212.2 电力二极管电力二极管n肖特基二极管的优点肖特基二极管的优点n反向恢复时间很短（反向恢复时间很短（1040ns）。）。n正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲。正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲。n效率高，其开关损耗和正向导通损耗都比快
17、速二极管还小。效率高，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。3.肖特基二极管肖特基二极管(DATASHEET)以金属和半导体接触形成PN结构成的二极管称为肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode SBD）。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统22电力二极管电力二极管(Power Diode)电力二极管的选择原则电力二极管的选择原则1、正向平均电流、正向平均电流IF的选择原则的选择原则确保所选电力二极管的额定有效值大于实际要通过电流确保所选电力二极管的额定有效值大于实际要通过电流的有效值，且预留的
18、有效值，且预留1.5到到2倍的余量，然后取相应标准系倍的余量，然后取相应标准系列值列值2、额定电压、额定电压URRM的选择原则的选择原则URRM应大于电力二极管实际可能承受的最大反向瞬时电应大于电力二极管实际可能承受的最大反向瞬时电压压Umax的的2到到3倍，然后取相应标准系列值倍，然后取相应标准系列值篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统23电力二极管电力二极管(Power Diode)稳压二极管稳压二极管1、结构、电气符号、及外形、结构、电气符号、及外形电气符号：电气符号：结构：结构：与电力二极管相同，只是制造工与电力二
19、极管相同，只是制造工艺和方法略有不同艺和方法略有不同外形：外形：篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统24电力二极管电力二极管(Power Diode)稳压二极管稳压二极管2、工作原理及特性、工作原理及特性工作特点：工作特点：主要工作在反向击穿状态，起稳压作用，反向击穿电压即为其稳主要工作在反向击穿状态，起稳压作用，反向击穿电压即为其稳压电压；压电压；稳压管在电路中要反向连接；稳压管在电路中要反向连接；伏安特征：伏安特征：（1）正向特性与普通二极管相同）正向特性与普通二极管相同（2）而反向特性却比较特殊：当反向电压加到一定程
20、度时，）而反向特性却比较特殊：当反向电压加到一定程度时，虽然管子呈现击穿状态，通过较大电流，但管子不损毁，且虽然管子呈现击穿状态，通过较大电流，但管子不损毁，且管子两端的电压变化极小，从而起到稳压作用；当反相大电管子两端的电压变化极小，从而起到稳压作用；当反相大电压去掉后，管子恢复反相截止状态。压去掉后，管子恢复反相截止状态。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统25电力二极管电力二极管(Power Diode)稳压二极管稳压二极管3、应用举例、应用举例稳压原理分析：稳压原理分析：若输入电压若输入电压Usr也随升高，引起负载
21、电压也随升高，引起负载电压Usc 升高。由于稳压升高。由于稳压管管DW与负载与负载Rfz并联，并联，Usc 只要超过稳压电压，稳压管击穿，只要超过稳压电压，稳压管击穿，电流急剧增加，使得电流急剧增加，使得I1也增大，限流电阻也增大，限流电阻R1上的电压降增大，上的电压降增大，从而抵消了从而抵消了Usr的升高，保持负载电压的升高，保持负载电压Usc 基本不变。反之，基本不变。反之，若若Usr下降，造成下降，造成Usc 也下降，则稳压管推出击穿状态，电流也下降，则稳压管推出击穿状态，电流急剧减小，使得急剧减小，使得I1减小，减小，R1上的压降也减小，从而抵消了上的压降也减小，从而抵消了Usr的下降
22、，保持负载电压的下降，保持负载电压Usc 基本不变。基本不变。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统26电力二极管电力二极管(Power Diode)稳压二极管稳压二极管3、应用举例、应用举例1、稳压管可以串并联使用、稳压管可以串并联使用2、稳压值受温度影响、稳压值受温度影响常用稳定电压的温度系数来表示这种影响常用稳定电压的温度系数来表示这种影响例如例如2CW19型稳压管的稳定电压型稳压管的稳定电压Uw=12伏，温度系数伏，温度系数为为0.095%说明温度每升高说明温度每升高1，其稳定电压升高，其稳定电压升高11.4毫伏。毫
23、伏。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统27电力二极管电力二极管(Power Diode)瞬态电压抑制器瞬态电压抑制器TVS（也称（也称抗瞬变二极管抗瞬变二极管）1、结构、电气符号、及外形、结构、电气符号、及外形（1）是在稳压二极管工艺基础上发展起来的一种新产）是在稳压二极管工艺基础上发展起来的一种新产品，结构基本相同品，结构基本相同（2）电路符号和普通稳压二极管相同，外形也相同）电路符号和普通稳压二极管相同，外形也相同当当TVS 管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度（的速
24、度（-12 秒）使其阻抗骤然降低，电流急剧变秒）使其阻抗骤然降低，电流急剧变大，且将两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从大，且将两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。2、作用（抗浪涌）、作用（抗浪涌）篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统28电力二极管电力二极管(Power Diode)瞬态电压抑制器瞬态电压抑制器TVS（也称（也称抗瞬变二极管抗瞬变二极管）3、特性、特性篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，
25、因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统29电力二极管电力二极管(Power Diode)瞬态电压抑制器瞬态电压抑制器TVS（也称（也称抗瞬变二极管抗瞬变二极管）3、双向、双向TVS由两只单向由两只单向TVS“背靠背背靠背”组合，其电气符号如图所组合，其电气符号如图所示示特性特性篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统30电力二极管电力二极管(Power Diode)瞬态电压抑制器瞬态电压抑制器TVS（也称（也称抗瞬变二极管抗瞬变二极管）4、应用举例、应用举例篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统31电力二极管电力二极管(Power Diode)电力二极管用途总结电力二极管用途总结 1、整流、整流2、续流、续流3、稳压、抗浪涌等保护元件、稳压、抗浪涌等保护元件