电力二极管ppt课件

电力二极管(自学）1电力二极管及其工作原理（1）电力二极管概述电力二极管也称为半导体整流器（SR），属不可控电力电子器件，是20世纪最早（50年代）获得应用的电力电子器件，它在中、高频整流和逆变以及低压高频整流的场合发挥着积极的作用，具有不可替代的地位。（2）电力二极管的结构与工作原理结构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PN结为基础。由一个面积较大的PN结和两端引线再加以封装就构成了电力二极管。,1,从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装，如下图所示。,2,二极管的基本原理PN结的单向导电性当PN结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上则形成自P区流入而从N区流出的电流，称为正向电流IF，这就是PN结的正向导通状态。当PN结外加反向电压时（反向偏置）时，反向偏置的PN结表现为高阻态，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，这就叫反向击穿。,3,2电力二极管的特性主要是指其伏安特性和开关特性。（1）电力二极管的伏安特性：其伏安特性曲线如图所示。,IF：正向电流UF：对应IF时的正向压降UTO：门槛电压，为0.60.7V以上IRR：反向漏电流UB：反向击穿电压,4,当电力二极管承受的正向电压大到门槛电压时，就有正向电流通过，正向电流随外加正向电压增大而迅速增加，二极管处于正向导通状态，呈现“低阻态”，此时管子两端的正向电压称为管压降，仅1V左右。当二极管承受反向电压时，只有很小的反向漏电流流过，器件反向截止，呈现“高阻态”。如果增加反向电压，达到反向击穿电压时，反向电流急剧增大，管子反向击穿。,5,（2）电力二极管的开关特性：也称动态特性指电力二极管工作状态在通态和断态之间转换时的特性。1）关断特性：关断：电力二极管由正向偏置的通态转换为反向偏置的断态的过程。关断过程中的电压、电流波形如图所示。,6,关断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（由于外电路电感存在）。,当原来处于正向导通的电力二极管外加电压在tF时刻突然从正向变为反向时，正向电流IF开始下降，下降速率由反向电压和电路中的电感决定，而管压降由于电导调制效应基本变化不大。到t0时刻正向电流降为零，此时器件并没有恢复反向阻断能力，而是在外加反向电压作用下形成较大的反向电流。直到t1时刻反向电流IRP（由URP产生的）达到最大值后，才开始恢复反向阻断，反向恢复电流迅速减小。到了t2时刻，电流变化率接近于零，管子两端的反向电压才降到外加反向电压UR，二极管完全恢复反向阻断能力。,原因：正向导通时在管子两侧储存有大量少子，它们在外加反向电压作用下被抽取出管子，因而形成较大的反向电流，当它们即将被抽尽时，管压降变为负极性。,URP：是外电路中电感产生的感应电动势使器件承受很高的反向电压。,7,从图中可定义：延迟时间：td=t1t0下降时间：tf=t2t1反向恢复时间：trr=tdtf此时间就是关断过程中，电流降到零时起到恢复反向阻断能力时止的时间。,8,（2）开通特性：开通：电力二极管由零偏置转换为正向偏置的通态的过程。开通过程中的电压、电流波形如图所示。,二极管在开通过程中，其正向压降先出现一个过冲UFP（几伏几十伏），经过一段时间才接近稳态值UF（12V）。这段时间称为正向恢复时间tfr。其原因：电导调制效应起作用需一定的时间来储存大量少子，在达到稳态导通前管压降较大。正向电流的上升会因器件自身的电感而产生较大压降，电流上升率越大，UFP越高。,9,3电力二极管的主要参数（1）额定正向平均电流IF（AV）：指器件长期运行在规定管壳温度和散热条件下允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。（2）正向压降UF：指规定条件下，流过稳定的正向电流时，器件两端的正向平均电压（又称管压降）。（3）反向重复峰值电压URRM：指器件能重复施加的反向最高峰值电压。此电压通常是击穿电压UB的2/3。使用时，往往按照电力二极管可能承受的反向最高峰值电压的2倍来选定。（4）反向漏电流IRR：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TJM：指器件中PN结不至于损坏的前提下所能承受的最高平均温度。它通常在125175范围内。其他参数详见有关参考文献。常用电力二极管的主要性能参数详见有关手册。,10,4电力二极管的主要类型电力二极管的应用范围广，种类也很多，主要有以下几种类型：（1）普通二极管：又称整流二极管。应用：多用于开关频率在1kHz以下的整流电路中。主要特性：其反向恢复时间在5s以上，这在开关频率不高时不重要。正向额定电流可达数千安，反向额定电压可达数千伏以上。,11,（2）快恢复二极管：反向恢复时间在5S以下的称为快恢复二极管。快速恢复二极管：反向恢复时间为数百纳秒以上。超快速恢复二极管：反向恢复时间在100nS以下，其容量可达1200V/200A的水平。应用：多用于高频整流和逆变电路中。（3）肖特基二极管：是一种金属同半导体相接触形