第2章电力电子器件

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1、第二章电力电子器件2.1电力电子器件概述2.2不可控器件——电力二极管2.3半控型器件——晶闸管2.4典型全控型器件2.5其他新型电力电子器件2.6功率集成电路与集成电力电子模块本章小结2.1电力电子器件概述2.1.1电力电子器件的概念和特征1、概念(1)主电路——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路(2)电力电子器件——可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件2.1电力电子器件概述2、特征1)能处理电功率的大小，也就是其承受电压和电流的能力，是其最重要的参数，一般都远大于处理信息的电子器件。2)为了减小本身的损耗，提

2、高效率，一般都工作在开关状态3)需要由信息电子电路来控制。在主电路和控制电路之间，需要中间电路——驱动电路，对控制电路的信号进行放大。4)工作时一般都要安装散热器2.1.1电力电子器件的概念和特征一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。电气隔离2.1.2应用电力电子器件的系统组成电气隔离保护电路2.1电力电子器件概述2.1.3电力电子器件的分类1、按照器件被控制电路信号所控制的程度，分为三类：1）不可控器件2)半控型器件3)全控型器件2、按照驱动信号的性质，分为两类：1）电流驱动型2）电压驱动型3、按照器件内部载流子参与导电的情

3、况，分为三类单极型器件——由一种载流子参与导电的器件双极型器件——由电子和空穴两种载流子参与导电的器件复合型器件——由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件2.1电力电子器件概述2.2不可控器件—电力二极管■电力二极管（PowerDiode）自20世纪50年代初期就获得应用，但其结构和原理简单，工作可靠，直到现在电力二极管仍然大量应用于许多电气设备当中。■在采用全控型器件的电路中电力二极管往往是不可缺少的，特别是开通和关断速度很快的快恢复二极管和肖特基二极管，具有不可替代的地位。由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的2.2不可控器件—电力二极管2.

4、2.1PN结与电力二极管的工作原理1、结构、外形、符号外形：螺栓型、平板型2、原理：与信息电子中类似――单向导电性PN结的正向导通状态：电导调制效应PN结的反向截止状态PN结的反向击穿结电容的影响：结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开关的状态下，可能使其单向导电性变差2.2.1PN结与电力二极管的工作原理2.2不可控器件—电力二极管3、造成电力二极管和普通二极管区别的一些因素：1)正向导通时要流过很大的电流，其电流密度较大，因而额外载流子的注入水平较高，电导调制效应不能忽略。2)因为电流大引线和焊接电阻的压降等都有明显的影响。3)承受的电流变化率di/

5、dt较大，因而其引线和器件自身的电感效应也会有较大影响。4)为了提高反向耐压，其掺杂浓度低也造成正向压降较大2.2.1PN结与电力二极管的工作原理2.2不可控器件—电力二极管2.2.2电力二极管的基本特性1、静态特性（伏安特性图）2.2不可控器件—电力二极管2、动态特性——反映通态和断态之间的转换过程1)关断过程：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2.2不可控器件—电力二极管2.2.2电力二极管的基本特性延迟时间电流下降时间反向恢复时间开通时出现电压过冲的原因：——电导调制效应

6、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感而产生较大压降。电流上升率越大，UFP越高。2)开通过程（零偏→正偏）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降的某个值2.2不可控器件—电力二极管2、动态特性——反映通态和断态之间的转换过程正向恢复时间2.2.3电力二极管的主要参数在指定的管壳温度和散热条件下，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，并应留有一定裕量1.正向通态平均电流IF(AV)（额定电流）2.正向压降UF在指定温度下，流过

7、某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。2.2不可控器件—电力二极管3.反向重复峰值电压URRM所能重复施加在管子上的反向最高峰值电压。通常是其雪崩击穿电压UB的2/3。4.最高工作结温TJM5.浪涌电流IFSM指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。2.2.3电力二极管的主要参数2.2不可控器件—电力二极管2.2.4电力二极管的主要类型2.快恢复二极管（FRD）1.普通二极管（整流二极管）（GeneralPurposeDiode）其反向恢复时间较长（5us以上），多用于开关频率不高（1kHz以

8、下）的整流电路中。正向电流定额和反向电压定额可以达到