电力电子器件的基本模型12电力二极管

1、厦门职业技能学院教案纸课程名称电力电子技术教 师王雪瑶章节内容第1章 电力电子器件1、1电力电子器件的基本模型1、2电力二极管审 批 意 见授课班级授课日期授课时数2授课方法讲授、提问仪器教具挂图教 学目 的要 求理解电力电子器件的基本模型。掌握电力电子器件的基本模型与特性及分类。理解PN结及电力二极管的工作原理。掌握电力二极管的基本特性、主要参数及类型教学重点和难点重点：电力电子器件的分类与特性。 PN结及电力二极管的工作原理。难点：电力电子器件的基本模型与特性。 电力二极管的基本特性课堂练习题实例说明电力电子器件的特征。说明电力二极管与普通二极管的区别。作业布置补充题：画出电力电子器件分类

2、树图。 简述电力二极管的主要参数厦门职业技能学院教案纸教 学 内 容 、 方 法 和 过 程附 记复习提问w 1、电力电子的定义是什么？w 2、简要说明电力电子的发展史及地位？授新课 1、1电力电子器件的基本模型一、基本模型A、B为主电极 K为控制极二、基本模型的特性1） 电力电子器件一般工作在开关状态，往往用理想开关模型来代替。2） 电力电子器件的开关状态往往需要由外电路来控制。-驱动电路3） 在工作中器件的功率损耗很大。-装散热器通态损耗：器件导通时有通态压降形成的损耗。断态损耗：器件阻断时有漏电流流过形成的损耗。开关损耗：器件在开通和关断的转换过程中形成的损耗。导通时-接近于短路阻断时-

3、接 近于开路厦门职业技能学院教案纸教 学 内 容 、 方 法 和 过 程附 记 三、电力电子器件的分类w 按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类：w 1)不可控器件电力二极管2)半控型器件晶闸管3)全控型器件绝缘栅双极型晶体管功率场效应晶体管门极可关断晶闸管按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类：1)电流驱动型通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。2)电压驱动型仅通过在控制端和公共端之间场控器件厦门职业技能学院教案纸教 学 内 容 、 方 法 和 过 程附 记w 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类：1) 单极型器件由一种载流

4、子参与导电的器件。2)双极型器件由电子和空穴两种载流子参与导电的器件。3)复合型器件由单极型器件和双极型器件集成混合小结：1、电力电子器件的模型与特征。2、电力电子器件的分类。厦门职业技能学院教案纸教 学 内 容 、 方 法 和 过 程附 记1、2电力二极管 一、电力二极管的工作原理1、结构 3）电气图形符号 PN结厦门职业技能学院教案纸教 学 内 容 、 方 法 和 过 程附 记2、二极管PN结的单向导电性 1）正向导通状态： PN结呈低阻状态2）PN结的反向截止状态：PN结呈高阻状态3）PN结的反向击穿状态3、PN结的电容效应-结电容PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容

5、CJ，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CB和扩散电容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，势垒电容作用越明显。势垒电容的大小与PN结截面积成正比，与阻挡层厚度成反比。扩散电容仅在正向偏置时起作用。在正向偏置时，当正结电容二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。厦门职业技能学院教案纸二、电力二极管的特性与主要参数1) 静态特性伏安特性反向漏电流。-IRR4、UF=12V 2) 动态特性开关特性：反映通态和断态之间的转换过程动态特性因结电容的存在，三种状态之间的转换必然有一个过渡过程，此过程中的电压电流特性是随时间变化的。动态特性主要指

6、 开关特性(Switching Characteristic)。厦门职业技能学院教案纸*关断特性：正向偏置转换为反向偏置的过程。*开通特性：零偏置转换为正向偏置的过程。a) 正向偏置转换为反向偏置 b) 零偏置转换为正向偏置 电容特性 电感特性关断特性：延迟时间：tD= t1- t0电流下降时间：tf= t2- t1反向恢复时间：trr= td+ tf开通特性：电力二极管的正向压降先出现一个过冲UFP，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，达到稳态导通前管压降较大正向电流的上升会因器件自身的电

7、感而产生较大压降。电流上升率越大，UFP厦门职业技能学院教案纸教 学 内 容 、 方 法 和 过 程附 记3)电力二极管的主要类型（1）普通二极管：普通二极管又称整流管（Rectifier Diode），多用于开关频率在KHZ以下的整流电路中，其反向恢复时间在s以上，额定电流达数千安，额定电压达数千伏以上。 （2）快恢复二极管：反向恢复时间在s以下的称为快恢复二极管（Fast Recovery Diode简称FDR）。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。前者反向恢复时间为数百纳秒以上，后者则在100ns以下，其容量可达1200V/200A的水平, 多用于高频整流和逆变电路中。

8、 （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形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型值为0.40.6V，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但反向耐压在200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。4)、 电力二极管的主要参数1) 正向平均电流IF（AV）额定正向平均电流在指定的管壳温（简称壳温，用TC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。正向平均电流是按照电流的发热效应来定义的，因此使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。当用在频率较高的场合时，开关损耗造成的发热往往不能忽略,当采用反向漏电流较大的电力二极管时，其断态损耗造成的发热效应也不小。厦门职业技能学院教案纸教 学 内 容 、 方 法 和 过 程附 记2) 正向压降 UF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时对应的正向压降,有时参数表中也给出在指定温度下流过某一瞬态正向大电流时器件的最大瞬时正向压降。3) 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，通常是其雪崩击穿电压UB的2/3。使用时，往往按照电路中电力二极管可能承受的反向最高峰值电压的两倍来选定。4) 最高工作结温TJM结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示最高工作结温是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度，TJM通常在125175&