电力电子器件介绍.ppt

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1、电力电子器件二极管电力MOSFET绝缘栅双极型晶体管IGBTMOSFET及IGBT的驱动和保护功率模块及功率集成电路电力电子器件种类2.1二极管（输入整流、高频逆变整流、缓冲电路等）2.1.1结构和工作原理开关电源中应用的二极管除电压、电流等参数与电子电路中的二极管有较大差别外，其基本结构和工作原理是相同的，都是由半导体PN结构成。（多子、少子、扩散、漂移、空间电荷区（也称耗尽层、阻挡层或势垒区））正向导通状态：当PN结外加正向电压，即外加电压的正端接P区、负端接N区时，外加电场方向与内电场方向相反，内电场被削弱，使得多子的扩散运动大于少子的漂移运动，而在外电路上形成自P区至N区的电流，该电

2、流被称为正向电流，由于电导调制效应，正向PN结在流过较大正向电流时的压降很低，表现为正向导通状态。反向截止状态：当PN结外加反向电压，外加电场方向与内电场方向相同，使空间电荷区加宽，少子的漂移运动大于多子的扩散运动，产生自N区至P区的电流，该电流被称为反向电流。由于少子的浓度很小，因此此时的PN结表现为高阻态。击穿：当PN结承受反向电压时，随着反向电压的升高，空间电荷区的宽度及电场强度的峰值均随之增加，当电场强度超过一定限度时，就会击穿。PN结的电击穿有两种形式:雪崩击穿（低参杂、高反压、共价键）和齐纳击穿（高参杂、低反压、PN结薄）。反向击穿发生时，只要外电路中采取了措施，将反向电流限制在

3、一定范围内，保证PN结的耗散功率不超过允许值，PN结仍可恢复正常。如果超过了允许的耗散功率。就会导致PN结温度过高而烧毁，这种现象称为热击穿。2.1.2主要参数二极管静态特性：当二极管承受的正向电压大于门槛电压UTO，正向电流才开始明显增加，转为正向导通状态。导通时的正向电流IF由外电路决定。UF为正向压降。当二极管施加反向电压时，只有少数载流子引起的微小漏电流，其数值基本上不随电压而变化。当反向电压超过一定数值后，二极管的反向电流迅速增大，产生雪崩击穿。二极管1.正向平均电流IF(AV)：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。（降额）快恢复二极管经常用占空

4、比为一定数值（0.5）的方波电流的平均值标注二极管的额定电流。2.反向重复峰值电压URRM：是指对二极管所能重复施加的反向最高峰值电压，通常是雪崩击穿电压的2/3。3.正向压降UF：在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流对所对应的正向压降。（普通整流二极管压降低于快恢复二极管，具有负温度系数，温度上升压降略低）4.反向恢复电流IRP及反向恢复时间trr当给处于导通状态的二极管施加反向电压时，二极管不能立即转为截止状态，只有当存储电荷完全复合后，二极管才呈现高阻状态，这一过程称为二极管的反向恢复过程。反向恢复时间定义为从电流下降为零至反向电流衰减至反向恢复电流峰值25%的时间。主要类型：1.

5、普通二极管：普通二极管又称为整流二极管，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5微秒以上。其正向压降低，正向电流定额和反向电压可以达到很高，分别可达几千安和几千伏以上。二极管2.快恢复二极管：（FastRecoveryDiode—FRD）反向恢复过程很短的二极管（5us以下），也简称为快速二极管。工艺上多采用了掺金措施，结构上有的采用PN型结构，有的采用PiN结构。其正向压降高于普通二极管（1到2V），反向耐压多在1200V以下。从性能上，可分为快恢复和超快恢回复两个等级。前者反向恢复时间长，后者则在100ns以下，甚至达到20到30ns。3.肖特基二极管

6、(SchottkyDiodes)：在金属（例如铅）和半导体（N型硅片）的接触面上，用已形成的肖特基来阻挡反向电压。与以PN结为基础的二极管相比，肖特基二极管具有正向压降低(0.3-0.6V)、反向恢复时间很短(10到40ns)的优点。缺点在于反向耐压较低，一般低于150V，而且反向漏电流较大，所以肖特基二极管多用于低电压大电流和开关二极管场合。以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的！如何看二极管手册2.2电力MOSFET2.2.1结构和工作原理♥电力MOSFET按导电沟道可以分为P沟道和N沟道。♥应用最多的是绝缘栅N沟道增强型，属于单极性晶体管。♥结构大多采用垂直导电结构，以提高器件

7、的耐压和耐电流能力。♥现在应用最多的是具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET。电力MOSFET由多个小MOSFET元胞组成，不同厂家设计的元胞形状和排列方式不同。IR公司生产的具有六边形元胞结构，西门子公司采用正方形单元。图2-6a是N沟道增强型VDMOSFET中一个元胞的内部结构图，图2-6b为电力MOSFET的电气图形符号。+-+-反型区UGS=0,UDS=VS，P和N-形成的PN结反偏，无电流U