《新能源汽车电机及传动系统拆装与检测》课件-资讯一 二极管

学习情境四功率半导体器件对新能源汽车驱动电机进行控制离不开功率半导体器件。那么什么是功率半导体器件？它与普通的电子元器件有何区别？学习情景描述功率半导体器件，以前也被称为电力电子器件，简单来说，就是进行功率处理的，具有处理高电压，大电流能力的半导体器件。电压处理范围从几十V~几千V，电流能力最高可达几千A。典型的功率处理，包括变频、变压、变流、功率管理等等。

早期的功率半导体器件：大功率二极管、晶闸管等等，主要用于工业和电力系统（正因如此，早期才被称为电力电子器件）

后来，随着以功率MOSFET（也就是场效应晶体管）器件为代表的新型功率半导体器件的迅速发展，现在功率半导体器件已经非常广泛。由功率与电流电压之间关系P=IV，得出功率的控制就需要对电压电流的运用进行有效的控制，这就与功率器件密不可分！

功率半导体器件，在大多数情况下，是被作为开关使用（switch），开关，简单的说，就是用来控制电流的通过和截断。那么，一个理想的开关，应该具有两个基本的特性：

1，电流通过的时候，这个理想开关两端的电压降是零

2，电流截断的时候，这个理想开关两端可以承受的电压可以是任意大小，也就是0~无穷大

因此，功率半导体器件的研究和发展，就是围绕着这个目标不断前进的。现在的功率半导体器件，已经具有很好的性能了，在要求的电压电流处理范围内，可以接近一个比较理想的开关。学习目标1.了解二极管；2.了解场效应晶体管；3.了解绝缘栅双极型晶体管；4.了解交流电力电子开关。工作任务1.在教师的指导下，制订功率半导体器件的认知计划；2.根据认知计划对功率半导体器件进行认知。目标和任务一、课前任务单根据查找的资料，完成下列课前任务单（见表4-1）。表4-1功率半导体器件课前任务单学习内容1.新能源汽车常用的功率半导体器件有（）、（）和（）。2.场效应晶体管的电气图形符号是怎样的？3.绝缘栅双极型晶体管的电气图形符号是怎样的？功率变换技术是新能源汽车调速和转向等动力控制系统的关键技术，其基本作用就是通过合理有效地控制电源系统电压、电流的输出和驱动电机电压、电流的输入，完成对驱动电机的转矩、转速和旋转方向的控制。电力电子器件是电力电子变换技术的物质基础。电力电子器件的发展水平直接决定着电力电子装置的水平，电力电子器件在电力电子变换技术中具有十分重要的地位和作用。电力电子器件正向着大容量、高可靠性、装置体积小、节约电能和智能化方向发展。除了早期使用的二极管、晶闸管外，目前常用的器件主要有门极可关断晶闸管、大功率晶体管、场效应晶体管、MOS控制晶闸管等。学习内容相关资讯

1.二极管的主要类型二极管的类型主要有三种。（1）普通二极管。普通二极管又称整流二极管，如图4-1所示，多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。其反向恢复时间较长，一般在5μs以上，这在开关频率不高时并不重要；正向电流定额和反向电压定额可以达到很高的数千安和数千伏。相关资讯资讯一二极管图4-1普通二极管（2）快速恢复二极管。快速恢复二极管如图4-2所示，可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。其中前者反向恢复时间为数百纳秒或更长；后者反向恢复时间则在100ns以下，甚至低至20ns。快速恢复二极管工艺上通常分为PN结构和PIN结构。采用外延型PN结构的快速恢复外延二极管（FRED），其反向恢复时间比较短（可低于50ns），正向压降也很低（0.9V左右），但其反向耐压多在1200V以下。资讯一二极管图4-2快速恢复二极管（3）肖特基二极管。以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管（SBD，简称肖特基二极管），如图4-3所示。自20世纪80年代以来，随着工艺的发展，肖特基二极管在电力电子电路中得到广泛应用。肖特基二极管的优点是：反向恢复时间很短（10～40ns），正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲；在反向耐压较低的情况下，其正向压降也很小（通常在0.5V左右），明显低于快速恢复二极管（通常在1V左右或更大），其开关损耗和正向导通损耗都比快速恢复二极管要小。资讯一二极管图4-3肖特基二极管2.PN结型二极管的基本结构PN结型二极管的基本结构是半导体PN结，具有单向导电性，正向偏置时表现为低阻态，形成正向电流，称为正向导通；而反向偏置时表现为高阻态，几乎没有电流流过，称为反向截止。根据容量和型号，PN结型二极管有各种不同的封装。其电气符号如图4-4所示，它有两个电极，分别是阳极A和阴极K。资讯一二极管图4-4PN结型二极管的电气符号3.肖特基二极管的工作原理与应用肖特基二极管是利用金属与N型半导体表面接触形成势垒的非线性特性制成的二极管。由于N型半导体中存在大量的电子，而金属中仅有极少量的自由电子，当金属与N型半导体接触后，电子便从浓度高的N型半导体中向浓度低的金属中扩散。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒，如图4-5所示。资讯一二极管图4-5N型基片和阳极金属之间形成肖特基势垒当SBD处于正向偏置时（外加电压金属为正、半导体为负），合成势垒高度下降，这将有利于硅中电子向金属转移，从而形成正向电流；相反，当SBD处于反向偏置时，合成势垒高度升高，硅中电子转移比零偏置（无外部电压）时更困难。尽管肖特基