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1、二极管器件第1页，此课件共12页哦 不可控器件不可控器件电力二极管电力二极管 1.PN结与电力二极管的工作原理结与电力二极管的工作原理 2.电力二极管的基本特性电力二极管的基本特性 3.电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数 4.电力二极管的主要类型电力二极管的主要类型第2页，此课件共12页哦 不可控器件不可控器件电力二极管电力二极管电力二极管电力二极管自自20世纪世纪50年代初期就获得应用，但其结构和原理简单，年代初期就获得应用，但其结构和原理简单，工作可靠，直到现在电力二极管仍然大量应用于许多电气设备当中。工作可靠，直到现在电力二极管仍然大量应用于许多电气设备当中。在采用全控型器件的电路
2、中电力二极管往往是不可缺少在采用全控型器件的电路中电力二极管往往是不可缺少的，特别是开通和关断速度很快的的，特别是开通和关断速度很快的快恢复二极管快恢复二极管和和肖特基肖特基二极管二极管，具有不可替代的地位。，具有不可替代的地位。整流二极管及模块整流二极管及模块第3页，此课件共12页哦AKAKa)IKAPNJb)c)AK 1.PN结与电力二极管的工作原理结与电力二极管的工作原理电力二极管是以半电力二极管是以半导体导体PN结结为基础的为基础的,实际上是由一个面积实际上是由一个面积较大的较大的PN结结和和两端引两端引线线以及以及封装封装组成的。组成的。从外形上看，可以有从外形上看，可以有螺栓型螺栓
3、型、平板型平板型等多等多种封装。种封装。图图2-2 电力二极管的外形、结构和电气图形符号电力二极管的外形、结构和电气图形符号 a)外形外形 b)基本结构基本结构 c)电气图形符号电气图形符号第4页，此课件共12页哦 1.PN结与电力二极管的工作原理结与电力二极管的工作原理二极管的基本原理二极管的基本原理PN结的结的单向导电性单向导电性 当当PN结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上则形成自结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上则形成自P区流入区流入而从而从N区流出的电流，称为区流出的电流，称为正向电流正向电流IF，这就是，这就是PN结的正向导通状态。结的正向导通状态。当当PN结外加反向电压
4、时（反向偏置）时，反向偏置的结外加反向电压时（反向偏置）时，反向偏置的PN结表现为结表现为高高阻态阻态，几乎没有电流流过，被称为反向截止状态。，几乎没有电流流过，被称为反向截止状态。PN结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大，反向结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大，反向电流将会急剧增大，破坏电流将会急剧增大，破坏PN结反向偏置为截止的工作状态，这就叫结反向偏置为截止的工作状态，这就叫反向击穿反向击穿。按照机理不同有按照机理不同有雪崩击穿雪崩击穿和和齐纳击穿齐纳击穿两种形式两种形式。反向击穿发生时，采取了措施将反向电流限制在一定范围内，反向击穿发生时，采取了措施将反向电流
5、限制在一定范围内，PN结仍可恢复原来的状态。结仍可恢复原来的状态。否则否则PN结因过热而烧毁，这就是结因过热而烧毁，这就是热击穿热击穿。第5页，此课件共12页哦 1.PN结与电力二极管的工作原理结与电力二极管的工作原理PN结的电容效应结的电容效应 称为称为结电容结电容CJ，又称为，又称为微分电容微分电容 按其产生机制和作用的差别分为按其产生机制和作用的差别分为势垒电容势垒电容CB和和扩散电容扩散电容CD 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。在正向偏置时，当正向电压较低时，势垒势垒电容作用越明显。在正向偏
6、置时，当正向电压较低时，势垒电容为主。电容为主。扩散电容仅在正向偏置时起作用。正向电压较高时，扩散电容为扩散电容仅在正向偏置时起作用。正向电压较高时，扩散电容为结电容主要成分。结电容主要成分。结电容影响结电容影响PN结的结的工作频率工作频率，特别是在高速开关的状态下，可，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。能使其单向导电性变差，甚至不能工作。第6页，此课件共12页哦 2.电力二极管的基本特性电力二极管的基本特性静态特性静态特性 主要是指其主要是指其伏安特性伏安特性 正向电压大到一定值（正向电压大到一定值（门槛门槛 电压电压UTO），正向电流才开始），正向电流才开始
7、明显增加，处于稳定导通状态。明显增加，处于稳定导通状态。与与IF对应的电力二极管两端的对应的电力二极管两端的 电压即为其电压即为其正向电压降正向电压降UF。承受反向电压时，只有承受反向电压时，只有少子少子 引起的微小而数值恒定的引起的微小而数值恒定的反向反向 漏电流漏电流。IOIFUTOUFU图图2-5 电力二极管的伏安特性电力二极管的伏安特性第7页，此课件共12页哦 2.电力二极管的基本特性电力二极管的基本特性a)IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdtub)UFPiiFuFtfrt02V 图图2-6 电力二极管的动态过程波形电力二极管的动态过程波形a)正
8、向偏置转换为反向偏置正向偏置转换为反向偏置 b)零偏置转换为正向偏置零偏置转换为正向偏置 动态特性动态特性 因为因为结电容结电容的存在，电压的存在，电压电流特性电流特性是随时间变化的，这就是电力二极管的是随时间变化的，这就是电力二极管的动态特性，并且往往专指反映通态和断动态特性，并且往往专指反映通态和断态之间转换过程的态之间转换过程的开关特性开关特性。由正向偏置转换为反向偏置由正向偏置转换为反向偏置 电力二极管并不能立即关断，而是电力二极管并不能立即关断，而是须经过一段短暂的时间才能重新获得反向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。阻断能力，进入截止状态。在关断之前有较大
9、的反向电流出现，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。并伴随有明显的反向电压过冲。t0:正向电正向电流降为零流降为零的时刻的时刻t1:反向电流反向电流达最大值的达最大值的时刻时刻t2:电流变化电流变化率接近于率接近于零的时刻零的时刻第8页，此课件共12页哦 3.电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数正向平均电流正向平均电流IF(AV)指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简称壳温，用指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简称壳温，用TC表示）和表示）和散热条件下，其允许流过的最大散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流工频正弦半波电流的平均值。的平均值。IF
10、(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等有效值相等的原则来的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。选取电流定额，并应留有一定的裕量。正向压降正向压降UF 指电力二极管在指定温度下，流过某一指定的指电力二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流稳态正向电流时对应的正向压降。时对应的正向压降。反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。使用时，应当留有使用时，应当留有两倍两倍的裕量。的裕量。第9页，此课件共12页哦 4.电力二极管的主要类型电力二
11、极管的主要类型按照正向压降、反向耐压、反向漏电流等性按照正向压降、反向耐压、反向漏电流等性能，特别是反向恢复特性的不同，介绍几种常用能，特别是反向恢复特性的不同，介绍几种常用的电力二极管。的电力二极管。普通二极管普通二极管 又称又称整流二极管整流二极管，多用于开关频率不高（，多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。以下）的整流电路中。其其反向恢复时间反向恢复时间较长，一般在较长，一般在5 s以上以上。其其正向电流定额正向电流定额和和反向电压定额反向电压定额可以达到很高。可以达到很高。第10页，此课件共12页哦 4.电力二极管的主要类型电力二极管的主要类型快恢复二极管快恢复二极管 恢复过
12、程恢复过程很短，特别是很短，特别是反向恢复过程反向恢复过程很短（一很短（一般在般在5 s以下）以下）。快恢复外延二极管快恢复外延二极管，采用，采用外延型外延型P-i-N结构结构，其反，其反向恢复时间更短（可低于向恢复时间更短（可低于50ns），正向压降也很低），正向压降也很低（0.9V左右）。左右）。从性能上可分为从性能上可分为快速恢复快速恢复和和超快速恢复超快速恢复两个等两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在在100ns以下，甚至达到以下，甚至达到2030ns。第11页，此课件共12页哦 4.电力二极管的主要类型电力二极管的主要类型肖
13、特基二极管（肖特基二极管（SBD）属于属于多子多子器件器件 优点在于：优点在于：反向恢复时间反向恢复时间很短（很短（1040ns），正向恢），正向恢复过程中也不会有明显的复过程中也不会有明显的电压过冲电压过冲；在反向耐压较低的情；在反向耐压较低的情况下其况下其正向压降正向压降也很小，明显低于快恢复二极管；因此，也很小，明显低于快恢复二极管；因此，其其开关损耗开关损耗和和正向导通损耗正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率都比快速二极管还要小，效率高。高。弱点在于：当所能承受的反向耐压提高时其弱点在于：当所能承受的反向耐压提高时其正向压降正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下的低压场以下的低压场合；合；反向漏电流反向漏电流较大且对较大且对温度温度敏感，因此敏感，因此反向稳态损耗反向稳态损耗不不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。第12页，此课件共12页哦