电力电子器件 22 电力二极管

1、2.1电力电子器件的概要、2.1.1电力电子器件的概念和特征2.1.2应用电力电子器件的系统构成2.1.3电力电子器件的分类2.1.4本章内容和学习要点， 2.1.1电力电子器件的概念和特征电力电子电路的基础电力电子器件概念：在主电路电气设备和电力系统中，直接承担电能转换和控制的电路电力电子器件， 可直接应用于处理电能的主电路中的实现电能转换或控制的电子器件广义上可分为两种：电真空器件(汞弧整流器、晶闸管等电真空器件)半导体器件(采用的主要材料仍然是硅) 导通时：元件阻抗小，接近短路，管电压降几乎为0，电流由外电路决定切断时：元件阻抗大，接近切断，电流几乎为0，管两端的电压由外电路决定。 (3

2、)在实用上，电力电子器件需要由信息电子电路控制，但电力电子器件处理的电力大，一般的信息电子电路能够直接控制电力电子器件的接通断开，为了适当放大这些信号需要一定的中间电路。 该电路中，驱动电路(4)电力电子器件的电力损失通常远大于信息电子器件，SF空冷式散热器、SZ SL螺杆式散热器、SS水冷式散热器、散热器外形尺寸、主要损失、导通损失：导通时器件上有一定的导通电压降、截止关断时器件中流过微小的关断漏电流，对于开关损失：导通损失一部分器件来说，驱动电路注入的电力也是器件发热的原因之一，通常电力电子器件的关断漏电流极小，因此导通损失是器件电力损失的主要原因如果器件开关频率高电力电子系统：由以控制电

3、路、驱动电路及电力电子设备为中心的主电路构成，控制、控制、电气、电路、检测、电路驱动、电路在实用的系统配置中，控制电路根据系统的操作请求来生成控制信号，并且通过驱动电路来控制主电路中电子设备的开/关，从而完成整个系统的功能。 一些电力电子系统需要检测电路。 广义上多与驱动电路等主电路以外的电路一起集中在控制电路中，一般来说电力电子系统由主电路和控制电路构成。 主电路中的电压和电流一般较大，控制电路的部件只能承受较小的电压和电流，因此需要主电路和控制电路的连接部位、驱动电路和控制信号的连接部位、主电路和检测电路的连接部位等电隔离，但在主电路中，电力电子器件一般比主电路中的普通部件昂贵由于接受过电

4、压和过电流的能力稍差，因此在主电路和控制电路中添加保护电路，保证电力电子器件和整个电力电子系统正常工作也是非常必要的。设备有三个端子(或极或脚引脚)，其中两个连接到主电路，第三个端子称为控制端子(或控制极)。 装置的开启/关断通过将一定信号施加在其控制端子与一个主电路端子之间来控制。 该主电路端子是驱动电路和主电路的公共端子，一般主电路电流流过器件的端子。 2.1.3电力电子设备的分类取决于该设备能够由控制电路信号控制的程度，半控制设备、晶闸管以及其中大部分的派生设备的断开(off )取决于在主电路中接收到的电压和电流，并且该开启可以由控制信号来控制、全控制型器件、绝缘栅双极晶体管(insul

5、ated-gatebipolartransistorigbt )电力场效应晶体管(功率MOSFET )栅极可截止晶闸管(GTO )根据控制信号而截止功率二极管只有两个端子，器件的开关由主电路接受的电压和电流决定。 另外，因为不能通过控制信号控制其导通/关断，所以也不需要驱动电路。 1 )电流驱动器3360借助于在装置控制端子和cn 10201761202 aa说明书4/5页公用端子之间所施加的信号的性质，1 )通过从控制端子注入或提取电流，来提供导通或关断的控制，以及电压驱动器3360借助于在控制端子和公用端子之间施加恒定的电压信号，来提供导通或关断的控制1 )单极型设备3360是一种载流子参

6、与导电的设备；2 )双极型设备3360是电子和空穴两种载流子参与导电的设备； 有单极型器件和双极型器件集成混合的器件、锗管、硅管等，根据器件制造材料的不同，可以主要从以下5个方面考察功率用半导体器件的性能特性：导通电压降运行频率器件容量耐冲击能力可靠性，其他控制功率、串并联运行功率半导体器件的发展水平，在整流管类中，高速恢复二极管在高压直流输电中有很大发展，晶闸管(光控晶闸管)有很好的发展机会。 功率晶体管类中，IGBT发展最快，是2.1.4本章的内容和学习要点，本章内容：介绍了各种器件的工作原理、基本特性、主要关残奥仪表及选择和使用应注意的几个问题。 并归纳阐述了电力电子器件的驱动、保护和串

7、行、并行使用三个问题。 学习点：最重要的是掌握其基本特性以及掌握电力电子设备的型号命名方法和其残奥仪表和特性曲线的使用方法。 这是实际正确应用电力电子器件的两个基本要求，根据电力电子电路的工作特性和状况，与电力电子器件相同的主电路的其他电路部件，例如变压器、电感、电容、电阻等与普通电路有所不同，2.2无法控制的器件电力二极管、ppm 高速恢复二极管和肖特基二极管分别在中、高频整流和逆变流以及低压高频整流的情况下具有不可替代的地位。2.2.1电力二极管的工作原理和基本特性、基本结构和工作原理与信息电子电路的二极管一样，以半导体PN结为基础，在由面积大的PN结、两端引线和封装构成的外形上，主要有螺

8、栓型和平板型两种封装，平板型因与散热器的接触良好而功率高(200A ) 功率二极管的外形、构造和电气图形符号a )外形b )构造c )电气图形符号、普通整流管凹板式凸板式、普通整流管螺栓式、边界电子和空穴的浓度差会引起各区多子向其他区的扩散运动，在对方区内成为少子，界面两侧分别带有正、负电荷，但不能任意移动由空间电荷产生的电场被称为内部电场或自制电场，其方向阻止扩散运动，另一方面，对方区内的少子(对本区来说是多子)向本区移动，即吸引漂移运动。 扩散运动和漂移运动最终达到动平衡，正、负空间电荷量达到稳定值，形成由稳定的空间电荷组成的范围，称为空间电荷区，根据增强的角度，也称为耗尽层、势垒层或势垒

9、区。 由于PN结的正向导通状态电导调制效果，PN结即使在正向电流大时电压降也低，维持在1V左右，所以正向偏置的PN结显示低电阻状态。 PN结的反关断状态；PN结的单向导电性。 二极管的基本原理是PN结的单向导电性的主要特征。 PN结的反向破坏有雪崩破坏和齐纳破坏两种形式，可能引起热破坏。 1.2.2电力二极管的基本特性、1 .静态特性：主要指其伏安特性，当电力二极管受到的正向电压增大到一定值(阈值电压UTO )时，正向电流开始明显增加，处于稳定的导通状态。 与顺向电流IF对应的功率二极管的两端的电压UF为其顺向电压降。 如果对电力二极管施加反向的电压，则由于少子而产生的微小的数值一定的反向漏电

10、流。 功率二极管的伏安特性、2 .动态特性主要是施加在二极管两端的电压发生变化时的器件的过渡过程，例如首先施加正向电压，然后施加反向电压，最后施加正向电压、正向电压、反向电压、正向电压、开、关如果对导通特性：截止特性：导通的二极管突然施加反向电压，则反向阻止能力的恢复也需要时间，在空间电荷区域薄的情况下，电压的急剧的反向在二极管的截止能力未恢复之前成为短路状态的图中， 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 (通常功率二极管的反向恢复时间trr=25S )恢复特性的软度：电流下降时间和延迟时间之比tf/即1 .正向平均电流IF(AV

11、)额定电流在指定的封装温度(简单地为壳温度在散热条件下，是容许其流动的最大商用频率正弦波半波电流的平均值，如果将该正弦波半波电流的峰值设为Im，则额定电流(平均电流)为： 其关断损耗的发热效应也不小，正向平均电流由电流的发热效应定义，应选择电流额定值使有效值相等，留下1.52倍的裕度。反向重复峰值电压URRM在可重复施加于功率二极管的反向最高峰值电压通常为其雪崩击穿电压UB的2/3、且其雪崩击穿电压UB的2/3的使用时，成为电路中的功率二极管可接受的反向的最高峰值电流最高工作结温度是指PN结能够在不破损的情况下承受的最高平均温度。 TJM通常在125175C的范围内。 5 .反向恢复时间trr

12、 trr=td tf，切断中电流变为零，到恢复回声切断能力为止的时间。 6 .浪涌电流IFSM是指功率二极管可承受的最大连续的一个或多个商用频率周期的过电流。 1.2.3电力二极管的主要类型根据正向压降、反向耐压、反向漏电流等性能，特别是反向恢复特性进行介绍。 应用时，请根据需要选择不同类型的功率二极管。 性能上的不同是由于半导体的物理结构和工艺上的不同。 1 .普通二极管也称为整流二极管，在开关频率不高(1kHz以下)的整流器电路中，反向恢复时间长，通常为5s以上，因此开关频率高正向电流额定值和反向电压额定值高，分别可达数千安和数千伏以上。 2、快速恢复二极管、恢复过程短，特别是反向恢复过程

13、短(5s以下)的二极管快速二极管过程多采用掺金措施， 既有采用PN结型结构，也有采用外延型PiN结构的快速恢复外延二极管(fastrecoveryepitaxialdiodesfred )，其反向恢复时间更短(能够低于50ns ) 前者的反向恢复时间达到数百纳秒以上，后者达到100ns以下，进而达到2030ns。 高速恢复二极管230PIV600BAA-44 600V/60A绝缘铜基板，内部是完全独立的2个高速恢复二极管，2个模块可以构成600V/60A高速桥。 3个模块可构成600V/90A高速三相整流桥。 单价18元，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(Schottky Barrier DiodeSBD )，自20世纪80年代以来简称为肖特基二极管， 由于工艺的发展，在电力电子电路中广泛应用的肖特基二极管的优点反向恢复时间短(1040ns )正向恢复过程中，明显的电压过冲在反向耐压低的情况下，正向电压降也小，显然与