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1、第二章第二章 电力电子器件电力电子器件Chapter1PowerElectronicDevices1本章主要内容本章主要内容 电力电子器件的概念,特点和分类电力电子器件的概念,特点和分类电力电子器件的概念,特点和分类电力电子器件的概念,特点和分类 常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的问题数以及选择和使用中应注意的问题数以及选择和使用中应注意的问题数以及选择和使用中应注意的问题 电力二极管电力二极管电力二极管电力二极管 晶闸管晶闸管
2、晶闸管晶闸管 全控型器件全控型器件全控型器件全控型器件 了解各种器件的结构和工作原理了解各种器件的结构和工作原理了解各种器件的结构和工作原理了解各种器件的结构和工作原理 重点掌握各种器件的动态特性、主要参数以及如何重点掌握各种器件的动态特性、主要参数以及如何重点掌握各种器件的动态特性、主要参数以及如何重点掌握各种器件的动态特性、主要参数以及如何 选择选择选择选择电子技术的基础电子技术的基础电子技术的基础电子技术的基础电子器件:晶体管和集成电路电子器件:晶体管和集成电路电子器件:晶体管和集成电路电子器件:晶体管和集成电路电力电子电路的基础电力电子电路的基础电力电子电路的基础电力电子电路的基础电力
3、电子器件电力电子器件电力电子器件电力电子器件22.1 电力电子器件概述电力电子器件概述Introductoryoverviewofpowerelectronicdevies3Theconceptofpowerelectronicdevices电力电子器件:用于电力电子器件:用于处理电能处理电能的的主电路主电路中实中实现现电能的变换或控制电能的变换或控制的器件。的器件。Powerelectronicdevicesaretheelectronicdevicesthatcanbedirectlyusedinthepowerprocessingcircuitstoconvertorcontrolele
4、ctricpower.4Theconceptofpowerelectronicdevices电力电子器件电力电子器件 Powerelectronicdevices 电真空器件电真空器件电真空器件电真空器件 VacuumdevicesVacuumdevices汞弧整流器汞弧整流器汞弧整流器汞弧整流器 MercuryarcrectifierMercuryarcrectifier闸流管闸流管闸流管闸流管 thyratronthyratron,etc.Seldomin,etc.Seldominusetodayusetoday 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件Semiconductordevic
5、esSemiconductordevicesmajorpowerelectronicdevicesmajorpowerelectronicdevicesVeryoften:Veryoften:Powerelectronicdevices=Powerelectronicdevices=PowersemiconductordevicesPowersemiconductordevicesMajormaterialusedinpowerMajormaterialusedinpowersemiconductordevicessemiconductordevicesSiliconSilicon5电力电子器
6、件的特征电力电子器件的特征Featuresofpowerelectronicdevices电力电子器件电力电子器件电力电子器件电力电子器件直接用于直接用于直接用于直接用于处理电能处理电能处理电能处理电能,有特征:,有特征:,有特征:,有特征:处处处处理理理理功功功功率率率率能能能能力力力力远远远远大大大大于于于于处处处处理理理理信信信信息息息息类类类类器器器器件件件件处处处处理理理理功功功功率率率率的的的的能能能能力力力力,可从毫瓦级到兆瓦级;可从毫瓦级到兆瓦级;可从毫瓦级到兆瓦级;可从毫瓦级到兆瓦级;工作在开关状态工作在开关状态工作在开关状态工作在开关状态处理功率大,减小本身的损耗;处理功率
7、大,减小本身的损耗;处理功率大,减小本身的损耗;处理功率大,减小本身的损耗;需信息电子电路控制,中间加驱动放大电路;需信息电子电路控制,中间加驱动放大电路;需信息电子电路控制,中间加驱动放大电路;需信息电子电路控制,中间加驱动放大电路;器器器器件件件件损损损损耗耗耗耗大大大大,器器器器件件件件设设设设计计计计和和和和封封封封装装装装方方方方面面面面必必必必须须须须考考考考虑虑虑虑散散散散热热热热,工工工工作时还必须考虑散热器。作时还必须考虑散热器。作时还必须考虑散热器。作时还必须考虑散热器。6理想电力电子开关理想电力电子开关开开关关处处于于关关断断状状态态Off-state时时能能承承受受高高
8、的的端电压,并且端电压,并且漏电流漏电流为零。为零。开开关关处处于于导导通通状状态态On-state时时能能流流过过大大电电流,且端电压(流,且端电压(导通压降导通压降)为零。)为零。导通、关断切换时所需导通、关断切换时所需开关时间开关时间为零。为零。小小信信号号也也能能导导通通、关关断断,对对信信号号的的延延迟迟时时间间为零。为零。反复开关不老化。反复开关不老化。7电力电子器件的损耗电力电子器件的损耗通态损耗通态损耗通态损耗通态损耗是器件功率损耗的主要成因。是器件功率损耗的主要成因。是器件功率损耗的主要成因。是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率较高时,器件开关频率较高时,器件开关频率较高时
9、,器件开关频率较高时,开关损耗开关损耗开关损耗开关损耗可能成为器件可能成为器件可能成为器件可能成为器件功率损耗的主要因素功率损耗的主要因素功率损耗的主要因素功率损耗的主要因素。主要损耗主要损耗主要损耗主要损耗通态损耗通态损耗通态损耗通态损耗 on-statelosson-stateloss断态损耗断态损耗断态损耗断态损耗 off-statelossoff-stateloss开关损耗开关损耗开关损耗开关损耗SwitchingSwitchinglossloss关断损耗关断损耗关断损耗关断损耗 turn-offlossturn-offloss开通损耗开通损耗开通损耗开通损耗 turn-onlosst
10、urn-onlossPowerlossesonpowersemiconductorPowerlossesonpowersemiconductordevicesdevices8应用电力电子器件的系统组成应用电力电子器件的系统组成电力电子系统:电力电子系统:电力电子系统:电力电子系统:由由由由控制电路控制电路控制电路控制电路(controlcircuit)(controlcircuit)、驱动驱动驱动驱动电路电路电路电路(drivecircuit)(drivecircuit)、保护电路保护电路保护电路保护电路(protectioncircuit)(protectioncircuit)和以电力电子器
11、件为核心的和以电力电子器件为核心的和以电力电子器件为核心的和以电力电子器件为核心的主电路主电路主电路主电路(powercircuit)(powercircuit)组组组组成。成。成。成。图图图图1-11-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成电力电子器件在实际应用中的系统组成电力电子器件在实际应用中的系统组成电力电子器件在实际应用中的系统组成在主电路和在主电路和在主电路和在主电路和控制电路中控制电路中控制电路中控制电路中附加一些电附加一些电附加一些电附加一些电路,以保证路,以保证路,以保证路,以保证电力电子器电力电子器电力电子器电力电子器件和整个系件和整个系件和整个系件和整个系统正常可靠统正常
12、可靠统正常可靠统正常可靠运行运行运行运行控控控控制制制制电电电电路路路路检测检测检测检测电路电路电路电路驱动驱动驱动驱动电路电路电路电路R RL L主电路主电路主电路主电路V V1 1V V2 2保护保护保护保护电路电路电路电路电气隔离电气隔离电气隔离电气隔离ElectricisolationElectricisolation控制电路控制电路控制电路控制电路9电力电子器件的分类电力电子器件的分类按照电力电子器件的开关控制能力分按照电力电子器件的开关控制能力分 不可控器件不可控器件(Uncontrollabledevice)半控型器件半控型器件(Half-controllabledevice)全
13、控型器件全控型器件(Fully-controllabledevice)ClassificationofpowerelectronicdevicesClassificationofpowerelectronicdevices10不可控器件不可控器件(Uncontrollabledevice)不能用控制信号来控制通断,不需驱动电路。不能用控制信号来控制通断,不需驱动电路。两两个个端端子子,器器件件通通断断由由它它在在主主电电路路中中承承受受的的电电压和电流决定。压和电流决定。单向导电。单向导电。典型器件:功率二极管典型器件:功率二极管(PowerDiode)。)。onlytwoterminalsa
14、ndcannotbeonlytwoterminalsandcannotbecontrolledbycontrolsignal.controlledbycontrolsignal.TheonandoffstatesofthedeviceareTheonandoffstatesofthedevicearedeterminedbythepowercircuit.determinedbythepowercircuit.11半控型器件半控型器件(Half-controllabledevice)可可控控制制器器件件开开通通但但不不能能控控制制关关断断,控控制制端端在在器器件件导导通通后后失失去去控控制制能
15、能力力,即即无无法法通通过过控控制制端端来来关关断断器器件件,器器件件关关断断决决定定于于外外部部条条件件,即器件在主电路中承受的电压和电流。即器件在主电路中承受的电压和电流。Half-controlleddeviceisturned-onbyacontrolsignalandturned-offbythepowercircuit 三端器件。三端器件。典型器件:晶闸管典型器件:晶闸管(Thyristor)及派及派 生器件。生器件。12全控型器件全控型器件(Full-controllabledevice)v 既能控制开通,又能控制关断,又叫自关既能控制开通,又能控制关断,又叫自关断器件。断器件。
16、Theonandoffstatesofthedevicearecontrolledbycontrolsignals.v 常用的有常用的有 功率场效应管功率场效应管(PowerMOSFET)绝缘栅极双极型晶体管绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管(GTO)等等 。13其它分类方法其它分类方法Otherclassifications按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质不同划分不同划分不同划分不同划分电流控制型器件电流
17、控制型器件电流控制型器件电流控制型器件Current-driven(current-Current-driven(current-controlled)devicescontrolled)devices 通过向控制端注入或从控制端抽出电流实现器通过向控制端注入或从控制端抽出电流实现器通过向控制端注入或从控制端抽出电流实现器通过向控制端注入或从控制端抽出电流实现器件的开通、关断。件的开通、关断。件的开通、关断。件的开通、关断。电压控制型器件电压控制型器件电压控制型器件电压控制型器件Voltage-driven(voltage-Voltage-driven(voltage-controlled)d
18、evices(Field-controlleddevices)controlled)devices(Field-controlleddevices)器件的开通、关断控制是通过加在控制端与公器件的开通、关断控制是通过加在控制端与公器件的开通、关断控制是通过加在控制端与公器件的开通、关断控制是通过加在控制端与公共端之间的电压来实现的,又叫场控型器件或场效共端之间的电压来实现的,又叫场控型器件或场效共端之间的电压来实现的,又叫场控型器件或场效共端之间的电压来实现的,又叫场控型器件或场效应器件。电压控制型器件需要的控制极驱动功率要应器件。电压控制型器件需要的控制极驱动功率要应器件。电压控制型器件需要的
19、控制极驱动功率要应器件。电压控制型器件需要的控制极驱动功率要小得多小得多小得多小得多。14其它分类方法其它分类方法Otherclassifications按照器件内部载流子的类型分类按照器件内部载流子的类型分类单极型单极型UnipolardevicesMajoritycarrierdevices 双极型双极型BipolardevicesMinoritycarrierdevices 复合型复合型 Compositedevices15单极型单极型Unipolardevices一种载流子(一般为多数载流子)参与导电的器件。一种载流子(一般为多数载流子)参与导电的器件。一种载流子(一般为多数载流子)参
20、与导电的器件。一种载流子(一般为多数载流子)参与导电的器件。如功率场效应管,静电感应晶体管如功率场效应管,静电感应晶体管如功率场效应管,静电感应晶体管如功率场效应管,静电感应晶体管(SITSIT)。)。)。)。特点:特点:特点:特点:只只只只有有有有多多多多数数数数载载载载流流流流子子子子导导导导电电电电,无无无无少少少少子子子子存存存存储储储储效效效效应应应应,开开开开通通通通关关关关断断断断时时时时间间间间短短短短,典典典典型型型型值值值值为为为为2020nsns。以以以以功功功功率率率率场场场场效效效效应应应应管管管管为为为为例例例例,小容量器件工作频率可达小容量器件工作频率可达小容量器
21、件工作频率可达小容量器件工作频率可达500kH500kH。输入阻抗很高,通常大于输入阻抗很高,通常大于输入阻抗很高,通常大于输入阻抗很高,通常大于4040兆欧,电压控制型。兆欧,电压控制型。兆欧,电压控制型。兆欧,电压控制型。电电电电流流流流有有有有负负负负温温温温度度度度系系系系数数数数,不不不不易易易易产产产产生生生生局局局局部部部部热热热热点点点点,二二二二次次次次击击击击穿穿穿穿可能性极小可能性极小可能性极小可能性极小 。通态压降高,电压和电流额定值比双极型器件小。通态压降高,电压和电流额定值比双极型器件小。通态压降高,电压和电流额定值比双极型器件小。通态压降高,电压和电流额定值比双极
22、型器件小。适用于功率较小、工作频率高的电力电子设备适用于功率较小、工作频率高的电力电子设备适用于功率较小、工作频率高的电力电子设备适用于功率较小、工作频率高的电力电子设备 。16双极型双极型Bipolardevices电子和空穴两种载流子都参与导电。电子和空穴两种载流子都参与导电。如晶闸管、如晶闸管、GTO等。等。特点:特点:通态压降较低。通态压降较低。阻断电压高。阻断电压高。电压和电流额定值较高,适用于大中电压和电流额定值较高,适用于大中 容量的变流设备。容量的变流设备。17复合型复合型 Compositedevices由单极型器件和双极型器件组合而成,如由单极型器件和双极型器件组合而成,如
23、IGBT。特点:特点:既有晶闸管、既有晶闸管、GTO等双极型器件的电流等双极型器件的电流密度高、密度高、导通压降低等优点,又具有功率场导通压降低等优点,又具有功率场效应管等单极型器件的输入阻抗高、响应速度效应管等单极型器件的输入阻抗高、响应速度快的特点,是一类综合性能较好、具有发展前快的特点,是一类综合性能较好、具有发展前途的电力电子器件。途的电力电子器件。182.2不可控器件不可控器件(Uncontrollabledevice)电力二极管电力二极管PowerDiodel结构和原理简单,工作可靠,结构和原理简单,工作可靠,结构和原理简单,工作可靠,结构和原理简单,工作可靠,l快恢复和肖特基二极
24、管,分别在中、高频整流、逆变快恢复和肖特基二极管,分别在中、高频整流、逆变快恢复和肖特基二极管,分别在中、高频整流、逆变快恢复和肖特基二极管,分别在中、高频整流、逆变及低压高频整流场合,有不可替代的地位。及低压高频整流场合,有不可替代的地位。及低压高频整流场合,有不可替代的地位。及低压高频整流场合,有不可替代的地位。l功率二极管主要作整流、续流和隔离等。功率二极管主要作整流、续流和隔离等。功率二极管主要作整流、续流和隔离等。功率二极管主要作整流、续流和隔离等。整流二极管及模块整流二极管及模块整流二极管及模块整流二极管及模块19电力二极管电力二极管PowerDiode结构和原理与信息电子电路二极
25、管一样。结构和原理与信息电子电路二极管一样。结构和原理与信息电子电路二极管一样。结构和原理与信息电子电路二极管一样。一个面积较大一个面积较大一个面积较大一个面积较大的的的的PNPN结和两端引线封装组成。结和两端引线封装组成。结和两端引线封装组成。结和两端引线封装组成。外形:螺栓型和平板型。外形:螺栓型和平板型。外形:螺栓型和平板型。外形:螺栓型和平板型。图图图图1-21-2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)a)外形外形外形外形 b)b)结构结构结构结构 c)c)电气图形符号电气图
26、形符号电气图形符号电气图形符号A AKKA AKKa)a)I IKKAAP PNNJ Jb)b)c)c)AAKKStructureStructureSymbolSymbolAnodeAnodeCathodeCathodeAppearanceAppearance20PNJunctionPNPN结结结结:N N型型型型半半半半导导导导体体体体(N-type(N-typesemiconductor)semiconductor)和和和和P P型半导体结合成型半导体结合成型半导体结合成型半导体结合成扩散扩散扩散扩散(diffusion)(diffusion)空间电荷空间电荷空间电荷空间电荷建立建立建立建
27、立内电场内电场内电场内电场或或或或自建电场自建电场自建电场自建电场,阻止扩散,阻止扩散,阻止扩散,阻止扩散漂移漂移漂移漂移(drifting)(drifting)稳定的稳定的稳定的稳定的空间电荷区空间电荷区空间电荷区空间电荷区或或或或耗尽层耗尽层耗尽层耗尽层,阻挡层阻挡层阻挡层阻挡层,势垒区势垒区势垒区势垒区。21电导调制效应电导调制效应ConductivityModulation结导通,流过较小电流时,电阻主要为结导通,流过较小电流时,电阻主要为基底低掺杂区的基底低掺杂区的欧姆电阻欧姆电阻,为,为常量常量,此时,此时管压降随电流上升增加。管压降随电流上升增加。结流过较大电流时,注入并积累在低
28、掺结流过较大电流时,注入并积累在低掺杂区的少子空穴浓度很大,为维持半导体中杂区的少子空穴浓度很大,为维持半导体中性,多子浓度也增大,电阻率下降,即性,多子浓度也增大,电阻率下降,即电导电导调制效应调制效应。此时压降左右,低阻状态。此时压降左右,低阻状态。电导调制效应的存在,可允许器件流过较大电导调制效应的存在,可允许器件流过较大电流。电流。22 状态状态状态状态参数参数参数参数正向导通正向导通正向导通正向导通反向截止反向截止反向截止反向截止反向击穿反向击穿反向击穿反向击穿电流电流电流电流正向大正向大正向大正向大几乎为零几乎为零几乎为零几乎为零反向大反向大反向大反向大电压电压电压电压维持约维持约
29、维持约维持约1V1V反向大反向大反向大反向大反向小反向小反向小反向小阻态阻态阻态阻态低阻态低阻态低阻态低阻态高阻态高阻态高阻态高阻态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结的单向导电性这一结的单向导电性这一结的单向导电性这一结的单向导电性这一主要特征。主要特征。主要特征。主要特征。PNPN结的反向击穿(两种形式结的反向击穿(两种形式结的反向击穿(两种形式结的反向击穿(两种形式)雪崩击穿雪崩击穿雪崩击穿雪崩击穿齐纳击穿齐纳击穿齐纳击穿齐纳击穿均可能导致热击穿均可能导致热击穿均可能导致热击穿均可能导致热击穿 PNPN结的结的结的结的状态状态
30、状态状态电力二极管的工作原理电力二极管的工作原理23电力二极管的工作原理电力二极管的工作原理PNPN结结结结电电电电荷荷荷荷量量量量随随随随外外外外加加加加电电电电压压压压变变变变化化化化,呈呈呈呈现现现现电电电电容容容容效效效效应应应应,称称称称为结电容为结电容为结电容为结电容C CJ J,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。结结结结电电电电容容容容按按按按其其其其产产产产生生生生机机机机制制制制和和和和作作作作用用用用的的的的差差差差别别别别分分分分为为为为势势势势垒垒垒垒电电电电容容容容(Potential(Potentialbarrierbarriercap
31、acitor)Ccapacitor)CBB和和和和扩扩扩扩散散散散电电电电容容容容(Diffusioncapacitor)C(Diffusioncapacitor)CDD。电电电电容容容容影影影影响响响响PNPN结结结结的的的的工工工工作作作作频频频频率率率率,尤尤尤尤其其其其是是是是高高高高速速速速的的的的开开开开关关关关状状状状态。态。态。态。PNPN结的结电容结的结电容结的结电容结的结电容JunctioncapacitorJunctioncapacitor24电力二极管和信息二极管不同的因素:电力二极管和信息二极管不同的因素:正正向向导导通通时时流流过过大大电电流流,电电流流密密度度大大
32、,额额外外载流子注入水平高,电导调制效应明显。载流子注入水平高,电导调制效应明显。引线和焊接电阻压降有明显影响。引线和焊接电阻压降有明显影响。电电流流变变化化率率di/dt较较大大,引引线线和和器器件件自自身身的的电感效应有较大影响。电感效应有较大影响。为为提提高高反反向向耐耐压压,掺掺杂杂浓浓度度低低,造造成成正正向向压压降较大,降较大,1V左右,一般的为左右,一般的为0.7V。电力二极管的工作原理电力二极管的工作原理25电力二极管的基本特性电力二极管的基本特性主要指其伏安特性主要指其伏安特性主要指其伏安特性主要指其伏安特性I-VcharacteristicI-Vcharacteristic
33、门门门门槛槛槛槛电电电电压压压压U UTOTO,正正正正向向向向电电电电流流流流I IF F开开开开始始始始明明明明显显显显增增增增加加加加所所所所对对对对应应应应的的的的电压。电压。电压。电压。与与与与I IF F对对对对应应应应的的的的电电电电压压压压即即即即为为为为正正正正向向向向压降压降压降压降U UF F。反向时,只有漏电流。反向时,只有漏电流。反向时,只有漏电流。反向时,只有漏电流。图图图图1-41-4电力二极管的伏安特性电力二极管的伏安特性电力二极管的伏安特性电力二极管的伏安特性I IOOI IF FU UTOTOU UF FU U静态特性静态特性Staticcharacteri
34、stics26电力二极管的基本特性电力二极管的基本特性动态特性动态特性Switching(dynamic)characteristicsSwitching(dynamic)characteristics偏偏偏偏值值值值状状状状态态态态改改改改变变变变时时时时的的的的过过过过渡渡渡渡过过过过程。程。程。程。电压电流特性随时间变化。电压电流特性随时间变化。电压电流特性随时间变化。电压电流特性随时间变化。由于结电容的存在。由于结电容的存在。由于结电容的存在。由于结电容的存在。b)UFPuiiFuFtfrt02V图图图图1-51-5电力二极管的动态过程波形电力二极管的动态过程波形电力二极管的动态过程波
35、形电力二极管的动态过程波形 a)a)正向偏置转换为反向偏置正向偏置转换为反向偏置正向偏置转换为反向偏置正向偏置转换为反向偏置 b)b)零偏置转换为正向偏置零偏置转换为正向偏置零偏置转换为正向偏置零偏置转换为正向偏置延迟时间:延迟时间:延迟时间:延迟时间:t t t td d d d=t t t t1 1 1 1-t t t t0 0 0 0,电流下降时间:电流下降时间:电流下降时间:电流下降时间:t t t tf f f f=t t t t2 2 2 2-t t t t1 1 1 1反向恢复时间反向恢复时间反向恢复时间反向恢复时间:t t t trrrrrrrr=t t t td d d d+
36、t t t tf f f f恢复特性的软度:下降时间与恢复特性的软度:下降时间与恢复特性的软度:下降时间与恢复特性的软度:下降时间与延迟时间的比值延迟时间的比值延迟时间的比值延迟时间的比值t t t tf f f f /t t t td d d d,或称恢或称恢或称恢或称恢复系数,复系数,复系数,复系数,用用用用S S S Sr r r r表示。表示。表示。表示。a)FUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt27电力二极管的动态特性电力二极管的动态特性 关断过程关断过程关断过程关断过程须须须须经经经经短短短短暂暂暂暂时时时时间间间间才才才才能能能能重重重重新新新
37、新获获获获得得得得反反反反向向向向阻阻阻阻断断断断能能能能力力力力,进进进进入入入入截截截截止状态。止状态。止状态。止状态。关关关关断断断断前前前前有有有有较较较较大大大大反反反反向向向向电电电电流流流流,并伴随明显反向电压过冲。并伴随明显反向电压过冲。并伴随明显反向电压过冲。并伴随明显反向电压过冲。IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt图图1-5(b)1-5(b)关断过程关断过程Turn-offtransientReverse-recoveryprocess:Reverse-recoverytime,reverse-recoverycharge,reve
38、rse-recoverypeakcurrent.28电力二极管的动态特性电力二极管的动态特性正正正正向向向向压压压压降降降降先先先先出出出出现现现现过过过过冲冲冲冲U UFPFP,经经经经一一一一段段段段时时时时间间间间趋趋趋趋于于于于稳稳稳稳态态态态压压压压降降降降的的的的某个值(如某个值(如某个值(如某个值(如 2V2V)。)。)。)。正向恢复时间正向恢复时间正向恢复时间正向恢复时间t tfr fr电电电电流流流流上上上上升升升升率率率率越越越越大大大大,U UFPFP越越越越高高高高。UFPuiiFuFtfrt02V图1-5(b)开通过程 开通过程:开通过程:开通过程:开通过程:Turn
39、-ontransientTurn-ontransientforward-recoverytimeforward-recoverytime29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(额定电流)正向平均电流(额定电流)正向平均电流(额定电流)正向平均电流(额定电流)AveragerectifiedforwardcurrentIAveragerectifiedforwardcurrentIF(AV)F(AV)定义:功率二极管长期运行时,在指定的管壳温度定义:功率二极管长期运行时,在指定的管壳温度定义:功率二极管长期运行时,在指定的管壳温度定义:功率二极管长期运行时,在指定的管壳温度(即
40、壳温)和散热条件下,结温稳定且不超过所允许(即壳温)和散热条件下,结温稳定且不超过所允许(即壳温)和散热条件下,结温稳定且不超过所允许(即壳温)和散热条件下,结温稳定且不超过所允许的最高工作结温,所允许流过的最大的最高工作结温,所允许流过的最大的最高工作结温,所允许流过的最大的最高工作结温,所允许流过的最大工频正弦半波工频正弦半波工频正弦半波工频正弦半波电电电电流的流的流的流的平均值平均值平均值平均值,即为正向平均电流。将此电流值取规定,即为正向平均电流。将此电流值取规定,即为正向平均电流。将此电流值取规定,即为正向平均电流。将此电流值取规定系列的电流等级值,即为元件的额定电流。系列的电流等级
41、值,即为元件的额定电流。系列的电流等级值,即为元件的额定电流。系列的电流等级值,即为元件的额定电流。SpecificationsofpowerdiodeSpecificationsofpowerdiode30电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数注意:注意:注意:注意:正向平均电流按照正向平均电流按照正向平均电流按照正向平均电流按照发热条件发热条件发热条件发热条件定义。使用时,应按电定义。使用时,应按电定义。使用时,应按电定义。使用时,应按电流有效值相等原则选取,并留裕量。流有效值相等原则选取,并留裕量。流有效值相等原则选取,并留裕量。流有效值相等原则选取,并留裕量。工作频率较高时,不能忽略
42、开关损耗。工作频率较高时,不能忽略开关损耗。工作频率较高时,不能忽略开关损耗。工作频率较高时,不能忽略开关损耗。采用反向漏电流较大的管子,应考虑断态损耗。采用反向漏电流较大的管子,应考虑断态损耗。采用反向漏电流较大的管子,应考虑断态损耗。采用反向漏电流较大的管子,应考虑断态损耗。SpecificationsofpowerdiodeSpecificationsofpowerdiode换算关系:正弦半波电流有效值和平均值换算关系:正弦半波电流有效值和平均值换算关系:正弦半波电流有效值和平均值换算关系:正弦半波电流有效值和平均值I IF(AV)F(AV)比:比:比:比:31电力二极管的主要参数电力二
43、极管的主要参数正向压降正向压降定定义义:在在指指定定温温度度下下,流流过过某某一一指指定定的的稳稳态态正正向向电电流流时时对对应应的的正正向向压压降降。有有时时也也指指在在指指定定温温度度下下流流过过某某一一瞬瞬态态正正向向大大电电流时功率二极管的最大瞬时正向压降。流时功率二极管的最大瞬时正向压降。ForwardvoltageUF FSpecificationsofpowerdiodeSpecificationsofpowerdiode32电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压U URRMRRM 定义:二极管能重复施加的反向最高
44、峰值电压,通常是定义:二极管能重复施加的反向最高峰值电压,通常是定义:二极管能重复施加的反向最高峰值电压,通常是定义:二极管能重复施加的反向最高峰值电压,通常是雪崩击穿电压雪崩击穿电压雪崩击穿电压雪崩击穿电压U UB B的的的的2/32/3。一般按电路中二极管可能承受。一般按电路中二极管可能承受。一般按电路中二极管可能承受。一般按电路中二极管可能承受的最高峰值电压的两倍选取。的最高峰值电压的两倍选取。的最高峰值电压的两倍选取。的最高峰值电压的两倍选取。最高工作结温最高工作结温最高工作结温最高工作结温T TJMJM结温结温结温结温T TJ J是是是是pnpn结的平均温度。最高工作结温指在结的平均
45、温度。最高工作结温指在结的平均温度。最高工作结温指在结的平均温度。最高工作结温指在pnpn结结结结不损坏前提下所能承受的最高平均温度不损坏前提下所能承受的最高平均温度不损坏前提下所能承受的最高平均温度不损坏前提下所能承受的最高平均温度T TJMJM,通常在,通常在,通常在,通常在125C-175C125C-175C。PeakrepetitivereversevoltagePeakrepetitivereversevoltageMaximumjunctiontemperatureMaximumjunctiontemperature33电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数反向恢复时间反向恢复时
46、间 指功率二极管由导通到关断时,从正向电流过零指功率二极管由导通到关断时,从正向电流过零指功率二极管由导通到关断时,从正向电流过零指功率二极管由导通到关断时,从正向电流过零到反向电流下降到峰值的到反向电流下降到峰值的到反向电流下降到峰值的到反向电流下降到峰值的25%25%25%25%时的时间间隔。它与时的时间间隔。它与时的时间间隔。它与时的时间间隔。它与反向电流上升率、结温及正向导通时的最大正向反向电流上升率、结温及正向导通时的最大正向反向电流上升率、结温及正向导通时的最大正向反向电流上升率、结温及正向导通时的最大正向电流有关。电流有关。电流有关。电流有关。浪涌电流浪涌电流IFSMFSM指指指
47、指功功功功率率率率二二二二极极极极管管管管所所所所能能能能承承承承受受受受的的的的最最最最大大大大的的的的连连连连续续续续一一一一个个个个或或或或几几几几个个个个工工工工频频频频周周周周期期期期的的的的过过过过电电电电流流流流。一一一一般般般般用用用用额额额额定定定定正正正正向向向向平平平平均均均均电电电电流流流流的的的的倍数和相应的浪涌时间(工频周波数)来规定。倍数和相应的浪涌时间(工频周波数)来规定。倍数和相应的浪涌时间(工频周波数)来规定。倍数和相应的浪涌时间(工频周波数)来规定。Reverse-recoverytimetrrrr34电力二极管的主要类型电力二极管的主要类型按按照照正正向
48、向压压降降、反反向向耐耐压压、反反向向漏漏电电流流等等性能,特别是反向恢复特性的不同分类。性能,特别是反向恢复特性的不同分类。整流二极管整流二极管(RectifierDiode)快恢复二极管快恢复二极管(FastRecoveryDiode)肖特基二极管肖特基二极管(SchottkyDiode)35即整流二极管即整流二极管(RectifierDiode););多多用用于于频频率率不不高高(1kHz以以下下)的的整整流流电电路;路;反向恢复时间较长反向恢复时间较长,5,5微秒以上;微秒以上;正向电流定额和反向电压定额高。正向电流定额和反向电压定额高。普通二极管普通二极管(GerneralPurpo
49、seDiode)36快恢复二极管快恢复二极管(FastRecoveryDiode)l恢恢复复过过程程短短,特特别别是是反反向向恢恢复复过过程程较较短短(在在5微秒以下);微秒以下);l分为快速恢复和超快速恢复。分为快速恢复和超快速恢复。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长;前者反向恢复时间为数百纳秒或更长;后者则在后者则在100ns以下,甚至达到以下,甚至达到20-30ns。37肖特基二极管肖特基二极管(SchottkyBarrierDiode)以以以以金金金金属属属属和和和和半半半半导导导导体体体体接接接接触触触触形形形形成成成成的的的的势势势势垒垒垒垒为为为为基基基基础础础础的的的的为为为为肖
50、肖肖肖特特特特基基基基势势势势 垒垒垒垒 二二二二 极极极极 管管管管(SchottkySchottky BarrierBarrier DiodeDiodeSBDSBD),简称肖特基二极管。简称肖特基二极管。简称肖特基二极管。简称肖特基二极管。优优优优点点点点:反反反反向向向向恢恢恢恢复复复复时时时时间间间间很很很很短短短短(10-4010-40nsns);正正正正向向向向恢恢恢恢复复复复过过过过程程程程无无无无有有有有明明明明显显显显电电电电压压压压超超超超调调调调;反反反反向向向向耐耐耐耐压压压压较较较较低低低低时时时时正正正正向向向向压压压压降降降降小小小小,明明明明显显显显低低低低于于