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1、会计学1第二章电力第二章电力(dinl)电子器件电子器件第一页，共155页。电力电子器件的电力电子器件的电力电子器件的电力电子器件的基本模型基本模型基本模型基本模型(mxng)(mxng)(mxng)(mxng)与特性与特性与特性与特性 n n 在对电能的变换和控制过程中，电力在对电能的变换和控制过程中，电力在对电能的变换和控制过程中，电力在对电能的变换和控制过程中，电力(dinl)(dinl)(dinl)(dinl)电子器件可以抽象电子器件可以抽象电子器件可以抽象电子器件可以抽象成下图所示的理想开关模型，它有三个电极，其中成下图所示的理想开关模型，它有三个电极，其中成下图所示的理想开关模型，
2、它有三个电极，其中成下图所示的理想开关模型，它有三个电极，其中A A A A和和和和B B B B代表开关的两代表开关的两代表开关的两代表开关的两个主电极，个主电极，个主电极，个主电极，K K K K是控制开关通断的控制极。它只工作在是控制开关通断的控制极。它只工作在是控制开关通断的控制极。它只工作在是控制开关通断的控制极。它只工作在“通态通态通态通态”和和和和“断断断断态态态态”两种情况，在通态时其电阻为零，断态时其电阻无穷大。两种情况，在通态时其电阻为零，断态时其电阻无穷大。两种情况，在通态时其电阻为零，断态时其电阻无穷大。两种情况，在通态时其电阻为零，断态时其电阻无穷大。图电力电子器件的
3、理想开关(kigun)模型l一、基本模型：第1页/共155页第二页，共155页。电力电力电力电力(dinl)(dinl)(dinl)(dinl)电子器件的电子器件的电子器件的电子器件的基本模型与特性基本模型与特性基本模型与特性基本模型与特性n n二、基本特性：二、基本特性：n n（1）电力电子器件一般）电力电子器件一般(ybn)都工作在开关状态。都工作在开关状态。n n（2）电力电子器件的开关状态）电力电子器件的开关状态由（驱动电路）外电路来控制。由（驱动电路）外电路来控制。n n（3）在工作中器件的功率损耗）在工作中器件的功率损耗（通态、断态、开关损耗）很（通态、断态、开关损耗）很大。为保证
4、不至因损耗散发的大。为保证不至因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，热量导致器件温度过高而损坏，在其工作时一般在其工作时一般(ybn)都要安都要安装散热器。装散热器。第2页/共155页第三页，共155页。电力电力电力电力(dinl)(dinl)(dinl)(dinl)电子器件的种类电子器件的种类电子器件的种类电子器件的种类 一、按器件的开关控制特性可以分为以下三类：一、按器件的开关控制特性可以分为以下三类：一、按器件的开关控制特性可以分为以下三类：一、按器件的开关控制特性可以分为以下三类：不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功不可控器件：器件本身没有
5、导通、关断控制功不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功能，而需要根据能，而需要根据能，而需要根据能，而需要根据(gnj)(gnj)电路条件决定其导通、关电路条件决定其导通、关电路条件决定其导通、关电路条件决定其导通、关断状态的器件称为不可控器件。断状态的器件称为不可控器件。断状态的器件称为不可控器件。断状态的器件称为不可控器件。如：电力二极管（如：电力二极管（如：电力二极管（如：电力二极管（Power DiodePower Diode）；）；）；）；半控型器件：通过控制信号只能控制其导通，不半控型器件：通过控制信号只能控制其导通，不半控型器件：通过控制信号只能控制其导通，不半控型器件：通过控
6、制信号只能控制其导通，不能控制其关断的电力电子器件称为半控型器件。能控制其关断的电力电子器件称为半控型器件。能控制其关断的电力电子器件称为半控型器件。能控制其关断的电力电子器件称为半控型器件。如：晶闸管（如：晶闸管（如：晶闸管（如：晶闸管（ThyristorThyristor）及其大部分派生器件等；）及其大部分派生器件等；）及其大部分派生器件等；）及其大部分派生器件等；全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断的器件，称为全控型器件。控制其关断的器件，称为全控
7、型器件。控制其关断的器件，称为全控型器件。控制其关断的器件，称为全控型器件。如：门极可关断晶闸管（如：门极可关断晶闸管（如：门极可关断晶闸管（如：门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Gate-Turn-Off Thyristor Thyristor）、）、）、）、功率场效应管（功率场效应管（功率场效应管（功率场效应管（Power MOSFETPower MOSFET）和绝缘栅）和绝缘栅）和绝缘栅）和绝缘栅双极型双极型双极型双极型 晶体管（晶体管（晶体管（晶体管（Insulated-Gate Bipolar TransistorInsulated-Gate Bipolar Transi
8、stor）等。等。等。等。第3页/共155页第四页，共155页。二、电力电子器件按控制信号二、电力电子器件按控制信号二、电力电子器件按控制信号二、电力电子器件按控制信号 的性质不同的性质不同的性质不同的性质不同(b tn)(b tn)(b tn)(b tn)又可分为两种：又可分为两种：又可分为两种：又可分为两种：电流控电流控制型器件：制型器件：此类此类器件采用电器件采用电流信号来实流信号来实现现(shxin)(shxin)导通或关断导通或关断控制。控制。如：晶闸如：晶闸管、门极可管、门极可关断晶闸管、关断晶闸管、功率晶体管、功率晶体管、IGCTIGCT等；等；电压控制半导电压控制半导体器件体器
9、件(qjin)(qjin)：这类器件这类器件(qjin)(qjin)采用电采用电压控制（场控原压控制（场控原理控制）它的通、理控制）它的通、断，输入控制端断，输入控制端基本上不流过控基本上不流过控制电流信号，用制电流信号，用小功率信号就可小功率信号就可驱动它工作。驱动它工作。如：代表性器如：代表性器件件(qjin)(qjin)为为 MOSFETMOSFET管和管和IGBTIGBT管。管。第4页/共155页第五页，共155页。qq附表附表:主要电力主要电力(dinl)(dinl)半导体器件半导体器件qq 的特性及其应用领域的特性及其应用领域器件种类开关功能器件特性概略应用领域电力二极管不可控5k
10、V/3kA400Hz各种整流装置晶闸管可控导通6kV/6kA400Hz8kV/3.5kA光控SCR炼钢厂、轧钢机、直流输电、电解用整流器可关断晶闸管自关断型6kV/6kA500Hz工业逆变器、电力机车用逆变器、无功补偿器MOSFET600V/70A100kHz开关电源、小功率UPS、小功率逆变器IGBT1200V/1200A20kHz4.5kV/1.2kA2kHz各种整流/逆变器（UPS、变频器、家电）、电力机车用逆变器、中压变频器第5页/共155页第六页，共155页。vv *、电力、电力、电力、电力(dinl)(dinl)电子器件的基本模电子器件的基本模电子器件的基本模电子器件的基本模型型型
11、型 vv 1.2 1.2、电力、电力、电力、电力(dinl)(dinl)二极管二极管二极管二极管 vv 1.3 1.3、晶闸管、晶闸管、晶闸管、晶闸管vv 可关断晶闸管可关断晶闸管可关断晶闸管可关断晶闸管 vv 1.4 1.4、电力、电力、电力、电力(dinl)(dinl)晶体管晶体管晶体管晶体管 vv 1.5 1.5、电力、电力、电力、电力(dinl)(dinl)场效应晶体管场效应晶体管场效应晶体管场效应晶体管 vv 1.6 1.6、绝缘栅双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管 vv 1.7 1.7、其它新型电力、其它新型电力、其它新型电力、其它新型电力(d
12、inl)(dinl)电子器件电子器件电子器件电子器件第一章、电力第一章、电力(dinl)电子器件电子器件第6页/共155页第七页，共155页。1.2 电力电力(dinl)二极管二极管 P4n n电力二极管及其工作原理电力二极管及其工作原理(yunl)(yunl)n n电力二极管的特性与参数电力二极管的特性与参数 第7页/共155页第八页，共155页。电力电力电力电力(dinl)(dinl)(dinl)(dinl)二极管及其工作原理二极管及其工作原理二极管及其工作原理二极管及其工作原理一、电力二极管：一、电力二极管：1、电力二极管（、电力二极管（Power Diode）也称为半导体整流器）也称为
13、半导体整流器（Semiconductor Rectifier，简称简称SR），属不可控电力电），属不可控电力电子器件，是子器件，是20世纪最早获得应世纪最早获得应用的电力电子器件。用的电力电子器件。2、在中、高频整流和逆变、在中、高频整流和逆变以及低压高频整流的场合发挥以及低压高频整流的场合发挥着积极的作用着积极的作用(zuyng),具具有不可替代的地位。有不可替代的地位。第8页/共155页第九页，共155页。二、二、二、二、PNPN结与电力结与电力结与电力结与电力(dinl)(dinl)二极管工作二极管工作二极管工作二极管工作原理：原理：原理：原理：基本结构和工作、原理与信息电子电路中的二极
14、管一样。基本结构和工作、原理与信息电子电路中的二极管一样。基本结构和工作、原理与信息电子电路中的二极管一样。基本结构和工作、原理与信息电子电路中的二极管一样。以半导体以半导体以半导体以半导体PNPNPNPN结为基础。结为基础。结为基础。结为基础。由一个面积较大的由一个面积较大的由一个面积较大的由一个面积较大的PNPNPNPN结和两端结和两端结和两端结和两端(lin dun)(lin dun)(lin dun)(lin dun)引线以及封引线以及封引线以及封引线以及封装组成。装组成。装组成。装组成。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种。从外形上看，主要有螺栓
15、型和平板型两种。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种。图电力二极管的外形、结构(jigu)和电气图形符a）结构(jigu)b）外形c）电气图形第9页/共155页第十页，共155页。二、二、二、二、PN PN结与电力结与电力结与电力结与电力(dinl)(dinl)二极管工作二极管工作二极管工作二极管工作原理：原理：原理：原理：NN型半导体和型半导体和型半导体和型半导体和P P型半导体结合后构成型半导体结合后构成型半导体结合后构成型半导体结合后构成PNPN结结结结:内电场内电场内电场内电场:空间电荷建立的电场空间电荷建立的电场空间电荷建立的电场空间电荷建立的电场,也称自建电场，其方向是阻止扩散也称
16、自建电场，其方向是阻止扩散也称自建电场，其方向是阻止扩散也称自建电场，其方向是阻止扩散运动的，另一方面又吸引对方区内的少子（对本区而言则为多子）运动的，另一方面又吸引对方区内的少子（对本区而言则为多子）运动的，另一方面又吸引对方区内的少子（对本区而言则为多子）运动的，另一方面又吸引对方区内的少子（对本区而言则为多子）向本区运动，即漂移运动。向本区运动，即漂移运动。向本区运动，即漂移运动。向本区运动，即漂移运动。空间电荷空间电荷空间电荷空间电荷:交界处电子和空穴的浓度差别，造成了各区的多子向交界处电子和空穴的浓度差别，造成了各区的多子向交界处电子和空穴的浓度差别，造成了各区的多子向交界处电子和空
17、穴的浓度差别，造成了各区的多子向另一区的扩散运动，到对方区内成为少子，在界面两侧分别留下另一区的扩散运动，到对方区内成为少子，在界面两侧分别留下另一区的扩散运动，到对方区内成为少子，在界面两侧分别留下另一区的扩散运动，到对方区内成为少子，在界面两侧分别留下了带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些不能移动的正、了带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些不能移动的正、了带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些不能移动的正、了带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些不能移动的正、负电荷称为空间电荷。负电荷称为空间电荷。负电荷称为空间电荷。负电荷称为空间电荷。空间电荷区空间电荷区空间电荷区空
18、间电荷区:扩散运动和漂移运动最终达到扩散运动和漂移运动最终达到扩散运动和漂移运动最终达到扩散运动和漂移运动最终达到(d do)(d do)动态平衡，正、动态平衡，正、动态平衡，正、动态平衡，正、负空间电荷量扩散运动和漂移运动最终达到负空间电荷量扩散运动和漂移运动最终达到负空间电荷量扩散运动和漂移运动最终达到负空间电荷量扩散运动和漂移运动最终达到(d do)(d do)动态平衡，动态平衡，动态平衡，动态平衡，正、负空间电荷量达到正、负空间电荷量达到正、负空间电荷量达到正、负空间电荷量达到(d do)(d do)稳定值，形成了一个稳定的由空稳定值，形成了一个稳定的由空稳定值，形成了一个稳定的由空稳
19、定值，形成了一个稳定的由空间电荷构成的范围，被称为空间电荷区，按所强调的角度不同也间电荷构成的范围，被称为空间电荷区，按所强调的角度不同也间电荷构成的范围，被称为空间电荷区，按所强调的角度不同也间电荷构成的范围，被称为空间电荷区，按所强调的角度不同也被称为耗尽层、阻挡层或势垒区。被称为耗尽层、阻挡层或势垒区。被称为耗尽层、阻挡层或势垒区。被称为耗尽层、阻挡层或势垒区。第10页/共155页第十一页，共155页。二、二、二、二、PN PN结与电力二极管工作结与电力二极管工作结与电力二极管工作结与电力二极管工作(gngzu)(gngzu)原原原原理：理：理：理：PNPN结的正向导通状态：结的正向导通
20、状态：结的正向导通状态：结的正向导通状态：电导调制效应使得电导调制效应使得电导调制效应使得电导调制效应使得PNPN结在正向电流较大结在正向电流较大结在正向电流较大结在正向电流较大时压降仍然时压降仍然时压降仍然时压降仍然(rngrn)(rngrn)很低，维持在很低，维持在很低，维持在很低，维持在1V1V左右，所以正左右，所以正左右，所以正左右，所以正向偏置的向偏置的向偏置的向偏置的PNPN结表现为低阻态。结表现为低阻态。结表现为低阻态。结表现为低阻态。PNPN结的反向截止状态：结的反向截止状态：结的反向截止状态：结的反向截止状态：PN PN结的单向导电性。结的单向导电性。结的单向导电性。结的单向
21、导电性。二极管的基本原理就在于二极管的基本原理就在于二极管的基本原理就在于二极管的基本原理就在于PNPN结的单结的单结的单结的单 向导电性这一主要特征。向导电性这一主要特征。向导电性这一主要特征。向导电性这一主要特征。PNPN结的反向击穿：结的反向击穿：结的反向击穿：结的反向击穿：有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式，可能导致热击穿。有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式，可能导致热击穿。有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式，可能导致热击穿。有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式，可能导致热击穿。PNPN结的电容效应：结的电容效应：结的电容效应：结的电容效应：PN PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结的电荷量随外
22、加电压而变化，呈现电容效应，称为结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容结电容结电容结电容CJCJ，又称为微分电容。，又称为微分电容。，又称为微分电容。，又称为微分电容。结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CBCB和扩和扩和扩和扩散电容散电容散电容散电容CD CD。l图电力二极管的伏安(f n)特性曲线第11页/共155页第十二页，共155页。势垒电容只在外加电压变化时才起作用。外加电压频率越高，势势垒电容
23、只在外加电压变化时才起作用。外加电压频率越高，势势垒电容只在外加电压变化时才起作用。外加电压频率越高，势势垒电容只在外加电压变化时才起作用。外加电压频率越高，势垒电容作用越明显。势垒电容的大小与垒电容作用越明显。势垒电容的大小与垒电容作用越明显。势垒电容的大小与垒电容作用越明显。势垒电容的大小与PNPN结截面积成正比，与结截面积成正比，与结截面积成正比，与结截面积成正比，与阻挡层厚度成反比。阻挡层厚度成反比。阻挡层厚度成反比。阻挡层厚度成反比。扩散电容仅在正向偏置时起作用。在正向偏置时，当正向电压较扩散电容仅在正向偏置时起作用。在正向偏置时，当正向电压较扩散电容仅在正向偏置时起作用。在正向偏置
24、时，当正向电压较扩散电容仅在正向偏置时起作用。在正向偏置时，当正向电压较低时，势垒电容为主；正向电压较高时，扩散电容为结电容主要低时，势垒电容为主；正向电压较高时，扩散电容为结电容主要低时，势垒电容为主；正向电压较高时，扩散电容为结电容主要低时，势垒电容为主；正向电压较高时，扩散电容为结电容主要成分。成分。成分。成分。结电容影响结电容影响结电容影响结电容影响PNPN结的工作结的工作结的工作结的工作(gngzu)(gngzu)频率，特别是在高速开关的状频率，特别是在高速开关的状频率，特别是在高速开关的状频率，特别是在高速开关的状态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作态下，可能使其单向导电性变
25、差，甚至不能工作态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作(gngzu)(gngzu)，应，应，应，应用时应加以注意。用时应加以注意。用时应加以注意。用时应加以注意。二、二、二、二、PN PN结与电力二极管工作结与电力二极管工作结与电力二极管工作结与电力二极管工作(gngzu)(gngzu)原原原原理：理：理：理：第12页/共155页第十三页，共155页。1.2 电力电力(dinl)二极管二极管n n电力二极管及其工作原理n n电力二极管的特性(txng)与参数 第13页/共155页第十四页，共155页。电力二极管的特性电力二极管的特性(txng)(t
26、xng)与参数与参数n n1 1、电电电电 力力力力 二二二二 极极极极 管管管管 的的的的 伏伏伏伏 安安安安 特特特特 性性性性(txng)(txng)n n2 2、电电电电 力力力力 二二二二 极极极极 管管管管 的的的的 开开开开 关关关关 特特特特 性性性性(txng)(txng)n n3 3、电力二极管的主要参数、电力二极管的主要参数、电力二极管的主要参数、电力二极管的主要参数 第14页/共155页第十五页，共155页。1、电力、电力(dinl)二极管的伏安特性二极管的伏安特性当电力二极管承受的正向电压大到一定(ydng)值（门槛电压UTO），正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状
27、态。与正向电流IF对应的电力二极管两端的电压UF即为其正向电压降。当电力二极管承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。l图电力二极管的l伏安(f n)特性曲线特性曲线:第15页/共155页第十六页，共155页。电力电力(dinl)(dinl)二极管的特性与参数二极管的特性与参数n n1 1 1 1、电力、电力、电力、电力(dinl)(dinl)(dinl)(dinl)二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性n n2 2 2 2、电力、电力、电力、电力(dinl)(dinl)(dinl)(dinl)二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的
28、开关特性n n3 3 3 3、电力、电力、电力、电力(dinl)(dinl)(dinl)(dinl)二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数 第16页/共155页第十七页，共155页。2 2、电力、电力、电力、电力(dinl)(dinl)二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的开关特性二极管的开关特性（1 1 1 1）关断特性：电力二极管由正向偏置）关断特性：电力二极管由正向偏置）关断特性：电力二极管由正向偏置）关断特性：电力二极管由正向偏置(pin zh)(pin zh)(pin zh)(pin zh)的通态转换为反向偏置的通态转换为反向偏置的通态转换为反向偏置的通态
29、转换为反向偏置(pin zh)(pin zh)(pin zh)(pin zh)的断态过程。的断态过程。的断态过程。的断态过程。须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压
30、过冲。定义：反映通态和断态之间的转换过程(guchng)（关断过程(guchng)、开通过程(guchng)）。图电力二极管开关过程中电压、电流波形第17页/共155页第十八页，共155页。电力二极管的正向压降先出现电力二极管的正向压降先出现一个过冲一个过冲UFPUFP，经过一段时间才，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如趋于接近稳态压降的某个值（如 2V2V）。这一动态过程时间被称为）。这一动态过程时间被称为正向恢复时间正向恢复时间tfrtfr。电导调制效应起作用需一定的时电导调制效应起作用需一定的时间来储存大量少子，达到稳态导间来储存大量少子，达到稳态导通前管压降较大。通前管压降较大
31、。正向电流正向电流(dinli)(dinli)的上升会因器的上升会因器件自身的电感而产生较大压降。件自身的电感而产生较大压降。电流电流(dinli)(dinli)上升率越大，上升率越大，UFPUFP越高越高 。（2）开通(kitng)特性：电力二极管由零偏置转换为正向偏置的通态过程。图电力二极管开关过程中电压(diny)、电流波形第18页/共155页第十九页，共155页。2 2、电力、电力、电力、电力(dinl)(dinl)二极管的开关特性：二极管的开关特性：二极管的开关特性：二极管的开关特性：（续）（续）（续）（续）n n延迟时间：延迟时间：延迟时间：延迟时间：td=t1-t0 td=t1-
32、t0 电流下降时间：电流下降时间：电流下降时间：电流下降时间：tf=t2-t1tf=t2-t1n n反向恢复反向恢复反向恢复反向恢复(huf)(huf)时间：时间：时间：时间：trr=td+tftrr=td+tfn n恢复恢复恢复恢复(huf)(huf)特性的软度：下降时间与延迟时间的比值特性的软度：下降时间与延迟时间的比值特性的软度：下降时间与延迟时间的比值特性的软度：下降时间与延迟时间的比值tf tf/td/td，或称恢复，或称恢复，或称恢复，或称恢复(huf)(huf)系数，用系数，用系数，用系数，用srsr表示。表示。表示。表示。图电力二极管开关(kigun)过程中电压、电流波形第19
33、页/共155页第二十页，共155页。电力二极管的特性电力二极管的特性(txng)(txng)与与参数参数（1 1 1 1）普通二极管：普通二极管又称整流管（）普通二极管：普通二极管又称整流管（）普通二极管：普通二极管又称整流管（）普通二极管：普通二极管又称整流管（Rectifier Rectifier Rectifier Rectifier DiodeDiodeDiodeDiode），多用于开关频率在），多用于开关频率在），多用于开关频率在），多用于开关频率在KHZKHZKHZKHZ以下的整流电路中，其以下的整流电路中，其以下的整流电路中，其以下的整流电路中，其反向恢复时间在反向恢复时间在反向
34、恢复时间在反向恢复时间在usususus以上以上以上以上(yshng)(yshng)(yshng)(yshng)，额定电流达数千安，额定电流达数千安，额定电流达数千安，额定电流达数千安，额定电压达数千伏以上额定电压达数千伏以上额定电压达数千伏以上额定电压达数千伏以上(yshng)(yshng)(yshng)(yshng)。（2 2 2 2）快恢复二极管：反向恢复时间在）快恢复二极管：反向恢复时间在）快恢复二极管：反向恢复时间在）快恢复二极管：反向恢复时间在usususus以下的称为快恢复二以下的称为快恢复二以下的称为快恢复二以下的称为快恢复二极管（极管（极管（极管（Fast Recovery
35、DiodeFast Recovery DiodeFast Recovery DiodeFast Recovery Diode简称简称简称简称FDRFDRFDRFDR）。快恢复二极管从）。快恢复二极管从）。快恢复二极管从）。快恢复二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者反向恢性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者反向恢性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者反向恢性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者反向恢复时间为数百纳秒以上复时间为数百纳秒以上复时间为数百纳秒以上复时间为数百纳秒以上(yshng)(yshng)(yshng)(yshng)，后者则在，后者则在，后者则
36、在，后者则在100ns100ns100ns100ns以下，以下，以下，以下，其容量可达其容量可达其容量可达其容量可达1200V/200A1200V/200A1200V/200A1200V/200A的水平的水平的水平的水平,多用于高频整流和逆变电多用于高频整流和逆变电多用于高频整流和逆变电多用于高频整流和逆变电路中。路中。路中。路中。（3 3 3 3）肖特基二极管：肖特基二极管是一种金属同半导体相接触）肖特基二极管：肖特基二极管是一种金属同半导体相接触）肖特基二极管：肖特基二极管是一种金属同半导体相接触）肖特基二极管：肖特基二极管是一种金属同半导体相接触形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型
37、值为形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型值为形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型值为形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型值为0.40.40.40.40.6V0.6V0.6V0.6V，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但反向，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但反向，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但反向，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但反向耐压在耐压在耐压在耐压在200200200200以下。它常被用于高频低压开关电路或高频以下。它常被用于高频低压开关电路或高频以下。它常被用于高频低压开关电路或高频以下。它常被用于高频低压开关电路或高频低压整流电路中。低压整流电
38、路中。低压整流电路中。低压整流电路中。电力二极管的主要(zhyo)类型：第20页/共155页第二十一页，共155页。电力二极管的特性电力二极管的特性(txng)(txng)与参数与参数n n1、电电力力二二极极管管的的伏伏安安特特性性(txng)n n2、电电力力二二极极管管的的开开关关特特性性(txng)n n3、电力二极管的主要参数、电力二极管的主要参数第21页/共155页第二十二页，共155页。3 3、电力、电力、电力、电力(dinl)(dinl)二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数 额定正向额定正向额定正向额定正向(zhn(zhn xin xin)平均电流平
39、均电流平均电流平均电流在指定的管壳温（简称壳温，用在指定的管壳温（简称壳温，用在指定的管壳温（简称壳温，用在指定的管壳温（简称壳温，用TCTC表示）和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。设表示）和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。设表示）和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。设表示）和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。设该正弦半波电流的峰值为该正弦半波电流的峰值为该正弦半波电流的峰值为该正弦半波电流的峰值为Im,Im,则额定电流则额定电流则额定电流则额定电流(平均电流平均电流平均电流平均电流)为为为为:（）（）（）（）
40、可求出正弦半波电流(dinli)的波形系数:定义某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流波形的波形系数，用Kf表示：额定电流有效值为:（1）额定正向平均电流IF(AV)第22页/共155页第二十三页，共155页。（1 1）额定正向）额定正向）额定正向）额定正向(zhn(zhn xin xin)平均电流平均电流平均电流平均电流IF(AV)IF(AV)（续）（续）（续）（续）正向平均电流是按照电流的正向平均电流是按照电流的发热效应来定义发热效应来定义(dngy)的，的，因此使用时应按有效值相等的因此使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留原则来选取电流定额，并应留有有1.52倍的裕量。倍的
41、裕量。当用在频率较高的场合时，当用在频率较高的场合时，开关损耗造成的发热往往不能开关损耗造成的发热往往不能忽略。忽略。当采用反向漏电流较大的电当采用反向漏电流较大的电力二极管时，其断态损耗造成力二极管时，其断态损耗造成的发热效应也不小的发热效应也不小。第23页/共155页第二十四页，共155页。n n 指指指指器器器器件件件件(qjin)(qjin)(qjin)(qjin)中中中中结结结结不不不不至至至至于于于于损损损损坏坏坏坏的的的的前前前前提提提提下下下下所所所所能能能能承承承承受受受受的的的的最最最最高高高高平平平平均均均均温温温温度度度度。jMjMjMjM通通通通常常常常在在在在125
42、125125125175175175175范范范范围围围围内。内。内。内。3 3、电力、电力(dinl)(dinl)二极管的主要参二极管的主要参数数（2）反向重复(chngf)峰值电压RRM：指器件能重复施加的反向最高峰值电压（额定电压）此电压通常为击穿电压U的2/3。l（3）正向压降F：指规定条件下，流过稳定的额定电流时，器件两端的正向平均电压(又称管压降)。（4）反向漏电流RR：指器件对应于反向重复峰值电压时的反向电流。（5）最高工作结温jM：第24页/共155页第二十五页，共155页。vv *、电力电子器件的基本模型、电力电子器件的基本模型、电力电子器件的基本模型、电力电子器件的基本模型
43、(mxng)(mxng)vv 1.2 1.2、电力二极管、电力二极管、电力二极管、电力二极管 vv 1.3 1.3、晶闸管、晶闸管、晶闸管、晶闸管vv 可关断晶闸管可关断晶闸管可关断晶闸管可关断晶闸管 vv 1.4 1.4、电力晶体管、电力晶体管、电力晶体管、电力晶体管 vv 1.5 1.5、电力场效应晶体管、电力场效应晶体管、电力场效应晶体管、电力场效应晶体管 vv 1.6 1.6、绝缘栅双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管 vv 1.7 1.7、其它新型电力电子器件、其它新型电力电子器件、其它新型电力电子器件、其它新型电力电子器件第一章、电力第一章、电力
44、(dinl)电子器件电子器件第25页/共155页第二十六页，共155页。1.3、晶闸管晶闸管 P8P8n n晶闸管及其工作晶闸管及其工作(gngzu)(gngzu)原理原理n n晶闸管的特性与主要参数晶闸管的特性与主要参数 n n晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件 第26页/共155页第二十七页，共155页。1.3、晶闸管晶闸管 晶晶闸闸管管(Thirsted)(Thirsted)包包括括：普普通通晶晶闸闸管管(SCR)(SCR)、快快速速晶晶闸闸管管(FST)(FST)、双双向向晶晶闸闸管管(TRIAC)(TRIAC)、逆逆导导晶晶闸闸管管(RCT)(RCT)、可可关关断断晶闸管晶闸管(GTO
45、)(GTO)和光控晶闸管等。和光控晶闸管等。由由于于普普通通晶晶闸闸管管面面世世早早，应应用用极极为为广广泛泛,因因此此在在无无特特别别说说明明的的情情况况下下,本本书书所所说说的晶闸管都为普通晶闸管。的晶闸管都为普通晶闸管。普普通通晶晶闸闸管管：也也称称可可控控硅硅整整流流管管(Silicon(Silicon Controlled Controlled Rectifier),Rectifier),简简称称SCRSCR。由由于于它它电电流流容容量量大大,电电压压耐耐量量高高以以及及开开通通(kitng)(kitng)的的可可控控性性(目目前前生生产产水水平平：4500A/8000V)4500A
46、/8000V)已已被被广广泛泛应应用用于于相相控控整整流流、逆逆变变、交交流流调调压压、直直流流变变换换等等领领域域,成成为为特特大大功功率率低低频频(200Hz(200Hz以以下下)装置中的主要器件。装置中的主要器件。第27页/共155页第二十八页，共155页。晶闸管及其工作晶闸管及其工作晶闸管及其工作晶闸管及其工作(gngzu)(gngzu)(gngzu)(gngzu)原理原理原理原理n n （1 1 1 1）外形封装形式）外形封装形式）外形封装形式）外形封装形式:可分为小电流可分为小电流可分为小电流可分为小电流(dinli)(dinli)(dinli)(dinli)塑封式、塑封式、塑封式
47、、塑封式、小电流小电流小电流小电流(dinli)(dinli)(dinli)(dinli)螺旋式、大电流螺旋式、大电流螺旋式、大电流螺旋式、大电流(dinli)(dinli)(dinli)(dinli)螺旋式和大电螺旋式和大电螺旋式和大电螺旋式和大电流流流流(dinli)(dinli)(dinli)(dinli)平板式平板式平板式平板式(额定电流额定电流额定电流额定电流(dinli)(dinli)(dinli)(dinli)在在在在200A200A200A200A以上以上以上以上),),),),分分分分别由图、别由图、别由图、别由图、(b)(b)(b)(b)、(c)(c)(c)(c)、(d)(
48、d)(d)(d)所示。所示。所示。所示。n n （2 2 2 2）晶闸管有三个电极）晶闸管有三个电极）晶闸管有三个电极）晶闸管有三个电极,它们是阳极它们是阳极它们是阳极它们是阳极A,A,A,A,阴极阴极阴极阴极K K K K和门极和门极和门极和门极(或称栅极或称栅极或称栅极或称栅极)G,)G,)G,)G,它的电气符号如图所示。它的电气符号如图所示。它的电气符号如图所示。它的电气符号如图所示。l图晶闸管的外型及符号(fho)1、晶闸管的结构：第28页/共155页第二十九页，共155页。1 1、晶闸管的结构、晶闸管的结构、晶闸管的结构、晶闸管的结构(jigu)(jigu)（续）（续）（续）（续）晶
49、闸管是大功率器件晶闸管是大功率器件晶闸管是大功率器件晶闸管是大功率器件,工作时产生大量的热，因此必须安装散热器。工作时产生大量的热，因此必须安装散热器。工作时产生大量的热，因此必须安装散热器。工作时产生大量的热，因此必须安装散热器。螺螺螺螺旋旋旋旋式式式式晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管紧紧紧紧栓栓栓栓在在在在铝铝铝铝制制制制散散散散热热热热器器器器上上上上,采采采采用用用用自自自自然然然然散散散散热热热热冷冷冷冷却却却却方方方方式式式式,如如如如图图图图所所所所示。示。示。示。平平平平板板板板式式式式晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管由由由由两两两两个个个个彼彼彼彼此此此此绝绝绝绝缘缘缘缘(juyun)(ju
50、yun)(juyun)(juyun)的的的的散散散散热热热热器器器器紧紧紧紧夹夹夹夹在在在在中中中中间间间间,散散散散热热热热方方方方式可以采用风冷或水冷式可以采用风冷或水冷式可以采用风冷或水冷式可以采用风冷或水冷,以获得较好的散热效果以获得较好的散热效果以获得较好的散热效果以获得较好的散热效果,如图、如图、如图、如图、(c)(c)(c)(c)所示。所示。所示。所示。图晶闸管的散热器第29页/共155页第三十页，共155页。常用(chnyn)晶闸管的结构螺栓(lushun)型晶闸管晶闸管模块(m kui)平板型晶闸管外形及结构第30页/共155页第三十一页，共155页。2 2、晶闸管的工作、晶