第二章 電力電子器件1ppt課件

1、電 力 電 子 技 術(shù)楊淑英合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院Power Electronic Technology第第2 2章章 電力電子器件電力電子器件本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容1、電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)、電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)3、功率二極管、功率二極管SR）4、晶閘管、晶閘管SCR）5、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管GTO）6、電力晶體管、電力晶體管GTR）7、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）8、絕緣柵雙極晶體管、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）9、其他新型電力電子器件、其他新型電力電子器件10、電力電子器件的的發(fā)展趨勢(shì)、電力電子器件的的發(fā)展趨勢(shì)11、電力電子器件應(yīng)用共

2、性問(wèn)題、電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題2、電力電子器件基礎(chǔ)、電力電子器件基礎(chǔ)2.1 電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi) 2.1.1 電力電子器件的特點(diǎn) 2.1.2 電力電子器件的分類(lèi)2.1.1 2.1.1 電力電子器件的特點(diǎn)電力電子器件的特點(diǎn)電力電子器件電力電子器件Power Electronic Power Electronic DeviceDevice）可直接用于處理電能的主電路可直接用于處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。 主電路Main Power Circuit）電氣 設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路。2.1.1 2.1.1 電

3、力電子器件的特點(diǎn)電力電子器件的特點(diǎn)2.1.1 2.1.1 電力電子器件的特點(diǎn)電力電子器件的特點(diǎn) 廣義上電力電子器件可分為電真空器件和半導(dǎo)體器件兩類(lèi)。 兩類(lèi)中，自20世紀(jì)50年代以來(lái)，真空管Vacuum Valve僅在頻率很高如微波的大功率高頻電源中還在使用，而電力半導(dǎo)體器件已取代了汞弧整流器、閘流管等電真空器件，成為絕對(duì)主力。因而，電力電子器件目前也往往專指電力半導(dǎo)體器件。 電力半導(dǎo)體器件所采用的主要材料仍然是硅(鍺、硒、灰錫、金剛石等單元素材料；砷化鎵、碳化硅等化合物）。2.1.1 2.1.1 電力電子器件的特點(diǎn)電力電子器件的特點(diǎn)同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的同處理信息的電子器件相

4、比，電力電子器件的一般特征：一般特征：1 1具有較大的耗散功率具有較大的耗散功率 處理功率較大，具有較高的導(dǎo)通電流和阻斷電壓處理功率較大，具有較高的導(dǎo)通電流和阻斷電壓 器件自身的非理想性導(dǎo)通電阻、阻斷漏電流等）器件自身的非理想性導(dǎo)通電阻、阻斷漏電流等） 一般都需要安裝散熱器一般都需要安裝散熱器2.1.1 2.1.1 電力電子器件的特點(diǎn)電力電子器件的特點(diǎn)2.1.1 2.1.1 電力電子器件的特點(diǎn)電力電子器件的特點(diǎn)電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)導(dǎo)通時(shí)通態(tài)阻抗很小，接近于短路，管壓降接近導(dǎo)通時(shí)通態(tài)阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，而電流由外電路決定于零，而電流由

5、外電路決定阻斷時(shí)斷態(tài)阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為阻斷時(shí)斷態(tài)阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，而管子兩端電壓由外電路決定零，而管子兩端電壓由外電路決定電力電子器件的動(dòng)態(tài)特性開(kāi)關(guān)特性和參數(shù)，也是電力電子器件的動(dòng)態(tài)特性開(kāi)關(guān)特性和參數(shù)，也是電力電子器件特性很重要的方面，有些時(shí)候甚至上升電力電子器件特性很重要的方面，有些時(shí)候甚至上升為第一位的重要問(wèn)題。為第一位的重要問(wèn)題。作電路分析時(shí)，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)往往用理想開(kāi)關(guān)來(lái)代替作電路分析時(shí)，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)往往用理想開(kāi)關(guān)來(lái)代替有時(shí)將其稱之為電力電子開(kāi)關(guān)或電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。有時(shí)將其稱之為電力電子開(kāi)關(guān)或電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。2.1.1 2.1.1 電力電子器件的特點(diǎn)電力電子器件

6、的特點(diǎn)電力電子器件往往需要專門(mén)的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制電力電子器件往往需要專門(mén)的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)放大，這就是電路對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)放大，這就是電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路(Driving Circuit(Driving Circuit）2.1.1 2.1.1 電力電子器件的特點(diǎn)電力電子器件的特點(diǎn)4 4電力電子器件往往需要緩沖和保護(hù)電路電力電子器件往往需要緩沖和保護(hù)電路 電力電子器件的過(guò)壓、過(guò)流能力較弱電力電子器件的過(guò)壓、過(guò)流能力較弱 開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓、電流會(huì)發(fā)生急劇變化，為了增強(qiáng)可

7、靠性開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓、電流會(huì)發(fā)生急劇變化，為了增強(qiáng)可靠性通常需要緩沖電路抑制電壓電流變化率通常需要緩沖電路抑制電壓電流變化率 保護(hù)電路用于防止電壓和電流超過(guò)器件極限值保護(hù)電路用于防止電壓和電流超過(guò)器件極限值 與過(guò)電流相比，電力電子器件過(guò)電壓能力更弱。與過(guò)電流相比，電力電子器件過(guò)電壓能力更弱。電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路 和以電和以電力電子器件為核心的主電路組成。力電子器件為核心的主電路組成?？刂齐娐稲L主電路V1V2檢測(cè)電路驅(qū)動(dòng)電路保護(hù)電路在主電路和控制電路中附加一些電路，以保證電力電子器件和整個(gè)系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)行電氣隔離控制電路電力電子

8、器件有三個(gè)端子組成2.1.1 2.1.1 電力電子器件的特點(diǎn)電力電子器件的特點(diǎn)2.1.2 2.1.2 電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi)2.1.2 2.1.2 電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi)1 1、按照器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度，分為以下三類(lèi)：、按照器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度，分為以下三類(lèi)：1 1半控型器件半控型器件(Semi-controlled Device) (Semi-controlled Device) 通過(guò)控制信號(hào)可以通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的

9、電壓和電流決定晶閘管晶閘管ThyristorThyristor及其大部分派生器件及其大部分派生器件2.1.2 2.1.2 電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi)全控型器件全控型器件(Full-controlled Device)(Full-controlled Device)通過(guò)控制信號(hào)既可通過(guò)控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管Insulated-Gate Bipolar TransistorInsulated-Gate Bipolar TransistorIGBTIGBT）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管

10、Power MOSFETPower MOSFET，簡(jiǎn)稱為電力，簡(jiǎn)稱為電力MOSFETMOSFET）門(mén)極可關(guān)斷晶閘管門(mén)極可關(guān)斷晶閘管Gate-Turn-Off Thyristor GTOGate-Turn-Off Thyristor GTO）GTRGTR、SITSIT、 SITH SITH、 IGCT IGCT等等2.1.2 2.1.2 電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi)不可控器件不可控器件(Uncontrolled Device)(Uncontrolled Device)不能用控制信號(hào)來(lái)控不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通斷，因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路制其通斷，因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路功率二極管功率二極管P

11、ower DiodePower Diode）只有兩個(gè)端子，器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和只有兩個(gè)端子，器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的電流決定的2.1.2 2.1.2 電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件可控器件非可控器件整流二極管自關(guān)斷器件非自關(guān)斷器件普通晶閘管(SCR)快速晶閘管(FST)雙向晶閘管(TRIAC)逆導(dǎo)晶閘管(RCT)光控晶閘管(LTT)晶體管晶閘管雙極型電力晶體管(GTR)電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PMOSFET)絕緣柵雙極電力晶體管(IGBT)靜電感應(yīng)型晶體管(SIT)門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(GTO)場(chǎng)控晶閘管(MCT)靜電感應(yīng)型晶閘管(SITH

12、)電力電子器件分類(lèi)樹(shù)電力電子器件分類(lèi)樹(shù)1 12.1.2 2.1.2 電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi)2、按照驅(qū)動(dòng)電路加在器件控制端和公共端之間信號(hào)的性質(zhì)，分為兩類(lèi)：電流驅(qū)動(dòng)型(Current Driving Type)通過(guò)從控制端注入或者抽出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。如GTO、GTR電壓驅(qū)動(dòng)型(Voltage Driving Type)僅通過(guò)在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。又稱為場(chǎng)控器件，或場(chǎng)效應(yīng)器件。如MOSFET2.1.2 2.1.2 電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi)3、按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類(lèi)：?jiǎn)螛O型器件(Uni

13、polar Device)：由一種載流子參與導(dǎo)電的器件MOSFET, SIT, 肖特基二極管）雙極型器件(Bipolar Device)：由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件GTR, GTO, SITH，SR）復(fù)合型器件(Complex Device)：由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件IGBT,MCT,IGCT） 2.1.2 2.1.2 電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi) 電力電子器件分類(lèi)樹(shù)電力電子器件分類(lèi)樹(shù)2 22.2 2.2 電力電子器件基礎(chǔ)電力電子器件基礎(chǔ) PN結(jié)原理 電力電子器件的封裝2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理 半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。

14、其導(dǎo)電能力受到外部條件如光、熱等影響。半導(dǎo)體是否純凈也會(huì)影響其導(dǎo)電能力。 本征instinct半導(dǎo)體：是一種完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 溫度溫度光照光照自由電子自由電子空穴空穴本征激發(fā)本征激發(fā)空穴空穴共價(jià)鍵中的空位共價(jià)鍵中的空位空穴的移動(dòng)空穴的移動(dòng)空穴的運(yùn)空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次充填空穴來(lái)價(jià)電子依次充填空穴來(lái)實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)的。由熱激發(fā)或光照而產(chǎn)生由熱激發(fā)或光照而產(chǎn)生自由電子和空穴對(duì)。自由電子和空穴對(duì)。溫度溫度 載流子濃度載流子濃度2.2.1 PN2

15、.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理 載流子：（電流的載體，源于金屬導(dǎo)體），載流子：（電流的載體，源于金屬導(dǎo)體），電流是電子在導(dǎo)體中的定向流動(dòng)，而在金屬電流是電子在導(dǎo)體中的定向流動(dòng)，而在金屬導(dǎo)體中能夠運(yùn)載電流的只有其中的自由電子，導(dǎo)體中能夠運(yùn)載電流的只有其中的自由電子，他們是金屬原子結(jié)合成固體時(shí)釋放出來(lái)的供他們是金屬原子結(jié)合成固體時(shí)釋放出來(lái)的供全體原子共有的最外層電子，即價(jià)電子，為全體原子共有的最外層電子，即價(jià)電子，為了區(qū)別于被束縛的內(nèi)層電子，人們將其稱之了區(qū)別于被束縛的內(nèi)層電子，人們將其稱之為載流子。為載流子。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4

16、N型半導(dǎo)體電子型半導(dǎo)體）型半導(dǎo)體電子型半導(dǎo)體）在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)的元素(磷、砷、銻 )多余電子，多余電子，成為自由電子成為自由電子+5自由電子自由電子雜質(zhì)半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。+52.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理施主雜質(zhì)施主雜質(zhì)+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3P型半導(dǎo)體空穴型半導(dǎo)體）型半導(dǎo)體空穴型半導(dǎo)體）在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)的元素硼）+3空穴空穴2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理受主受主雜質(zhì)雜質(zhì)PN結(jié)：是指半導(dǎo)體的結(jié)：是指半導(dǎo)體的P型導(dǎo)電區(qū)和型導(dǎo)電區(qū)和N型導(dǎo)電區(qū)的結(jié)合部。型導(dǎo)電區(qū)的結(jié)合部。

17、 界面兩側(cè)分別留下了帶正、負(fù)電荷但不能任意移動(dòng)的雜質(zhì)離子，稱為空間電荷。2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合后，交界處電子和空穴的濃度差別，造成了各區(qū)的多子向另一區(qū)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，到對(duì)方區(qū)內(nèi)成為少子。2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理 空間電荷建立的電場(chǎng)被稱為內(nèi)電場(chǎng)或空間電荷建立的電場(chǎng)被稱為內(nèi)電場(chǎng)或自建電場(chǎng)，其方向是阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的，自建電場(chǎng)，其方向是阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的，另一方面又吸引對(duì)方區(qū)內(nèi)的少子對(duì)另一方面又吸引對(duì)方區(qū)內(nèi)的少子對(duì)本區(qū)而言則為多子向本區(qū)運(yùn)動(dòng)，即本區(qū)而言則為多子向本區(qū)運(yùn)動(dòng)，即漂移運(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)。 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)既相互聯(lián)系又是擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)既相互聯(lián)系又是矛

18、盾的，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，正、負(fù)矛盾的，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，正、負(fù)空間電荷量達(dá)到穩(wěn)定值，形成了一個(gè)空間電荷量達(dá)到穩(wěn)定值，形成了一個(gè)穩(wěn)定的由空間電荷構(gòu)成的范圍，被稱穩(wěn)定的由空間電荷構(gòu)成的范圍，被稱為空間電荷區(qū)，按所強(qiáng)調(diào)的角度不同為空間電荷區(qū)，按所強(qiáng)調(diào)的角度不同也被稱為耗盡層、阻擋層或勢(shì)壘區(qū)也被稱為耗盡層、阻擋層或勢(shì)壘區(qū)BarrierBarrier）。）。接觸電位差2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理 正向偏置正向偏置2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理 正向偏置正向偏置1P區(qū)和N區(qū)多子在外電場(chǎng)作用下發(fā)生飄逸運(yùn)動(dòng)2P區(qū)和N區(qū)多子穿過(guò)耗盡層，到達(dá)對(duì)方，稱為少子注入，這是正向偏置傳導(dǎo)電流的

19、根本方式2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理 正向偏置正向偏置3P區(qū)和N區(qū)的注入少子將產(chǎn)生積累和復(fù)合，這是維持正向?qū)ǖ母驹?隨著正向偏置電壓的增加，內(nèi)電場(chǎng)將逐漸消弱直至消失此時(shí)對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極和陰極間的電壓成為門(mén)檻電壓），PN結(jié)導(dǎo)通電流迅速增大，進(jìn)而完成PN結(jié)的正向?qū)ā?.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理 反向偏置反向偏置1） 空間電荷區(qū)電場(chǎng)增強(qiáng)，強(qiáng)化了載流子的飄逸運(yùn)動(dòng)，即N區(qū)邊界的空穴將被空間電荷的強(qiáng)電場(chǎng)掃向P區(qū)，類(lèi)似的情況也發(fā)生在P區(qū)邊界2邊界載流子被掃走之后，中性區(qū)內(nèi)少子通過(guò)擴(kuò)散流向邊界，從而形成了反向電流2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理 反向偏置反向偏置3

20、） 這種形成反向漏電流的方式為少子抽取，不同于正偏時(shí)的少子注入，因本體少子密度有限，使得反向漏電流大小不取決于反偏電壓，而取決于少子來(lái)源的豐富程度。4在很大的電壓范圍內(nèi)，它大小不隨電壓變化，因此通常將其稱之為反向飽和電流。2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理 反向偏置反向偏置5） 隨著反偏電壓的增大，會(huì)出現(xiàn)穿通和擊穿現(xiàn)象，從而造成反向電流急劇上升。穿通：空間電荷區(qū)隨著反偏電壓的升高而展開(kāi)，直到與電極接通，從而直接從電極抽取載流子，于是反向電流急劇增大，形成短路現(xiàn)象。擊穿：雪崩擊穿、齊納擊穿2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理 反向偏置反向偏置5） 隨著反偏電壓的增大，會(huì)出現(xiàn)穿通

21、和擊穿現(xiàn)象，從而造成反向電流急劇上升。雪崩擊穿：隨著外加反向偏壓的增雪崩擊穿：隨著外加反向偏壓的增加，空間電荷區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng)，邊界加，空間電荷區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng)，邊界飄逸進(jìn)入空間電荷區(qū)的載流子受電飄逸進(jìn)入空間電荷區(qū)的載流子受電場(chǎng)加速獲得很高的動(dòng)能，高能量載場(chǎng)加速獲得很高的動(dòng)能，高能量載流子與在空間電荷區(qū)與點(diǎn)陣原子碰流子與在空間電荷區(qū)與點(diǎn)陣原子碰撞使之電離，并形成新的高能載流撞使之電離，并形成新的高能載流子，進(jìn)而一而二、二而四的倍增下子，進(jìn)而一而二、二而四的倍增下去，反向電流如同雪崩一樣增大。去，反向電流如同雪崩一樣增大。2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理 反向偏置反向偏置5） 隨著反偏電壓的

22、增大，會(huì)出現(xiàn)穿通和擊穿現(xiàn)象，從而造成反向電流急劇上升。齊納擊穿：隨著外加反向偏壓的增齊納擊穿：隨著外加反向偏壓的增加使得空間電荷區(qū)的電場(chǎng)超過(guò)某一加使得空間電荷區(qū)的電場(chǎng)超過(guò)某一臨界值時(shí)，無(wú)需被電場(chǎng)加速的高速臨界值時(shí)，無(wú)需被電場(chǎng)加速的高速載流子，空間電荷區(qū)的原子直接被載流子，空間電荷區(qū)的原子直接被電離形成載流子源，使得反向電流電離形成載流子源，使得反向電流迅速增加。迅速增加。反向擊穿時(shí)雪崩、齊納是可恢反向擊穿時(shí)雪崩、齊納是可恢復(fù)性的。復(fù)性的。2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理 反向偏置反向偏置反向擊穿時(shí)雪崩、齊納是可恢反向擊穿時(shí)雪崩、齊納是可恢復(fù)性的。復(fù)性的。若此時(shí)外部電路采取措施限制反

23、向若此時(shí)外部電路采取措施限制反向電流，當(dāng)反向電流降低后，電流，當(dāng)反向電流降低后，PN結(jié)仍結(jié)仍可恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。可恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。反之，如果反向電壓和反向電流乘反之，如果反向電壓和反向電流乘積過(guò)大，超過(guò)積過(guò)大，超過(guò)PN結(jié)的耗散功率，導(dǎo)結(jié)的耗散功率，導(dǎo)致熱量無(wú)法及時(shí)散發(fā)，致熱量無(wú)法及時(shí)散發(fā)，PN結(jié)的結(jié)溫結(jié)的結(jié)溫上升至過(guò)熱而燒壞，這便發(fā)生了熱上升至過(guò)熱而燒壞，這便發(fā)生了熱擊穿，實(shí)際應(yīng)極力避免之。擊穿，實(shí)際應(yīng)極力避免之。2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理JdQCdU 結(jié)電容結(jié)電容PN結(jié)的電荷量隨外加電壓的變化而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容。因空間電荷區(qū)寬度的變化而呈現(xiàn)的電荷效應(yīng)，稱之為勢(shì)壘電容

24、CB）。存儲(chǔ)效應(yīng)：正向偏置時(shí)空間電荷區(qū)變小，如同將載流子存儲(chǔ)于存儲(chǔ)效應(yīng)：正向偏置時(shí)空間電荷區(qū)變小，如同將載流子存儲(chǔ)于空間電荷區(qū)一樣，這一現(xiàn)象成為存儲(chǔ)效應(yīng)。空間電荷區(qū)一樣，這一現(xiàn)象成為存儲(chǔ)效應(yīng)。2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理JdQCdU 結(jié)電容結(jié)電容PN結(jié)的電荷量隨外加電壓的變化而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容。因載流子的擴(kuò)散、積累而形成的電容效應(yīng)，稱之為擴(kuò)散電容CD）。2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理 結(jié)電容結(jié)電容結(jié)電容CJ又稱微分電容，包括勢(shì)壘電容CB和擴(kuò)散電容CD）。勢(shì)壘電容CB只在外加電壓變化時(shí)才起作用，且外加電壓頻率越高，勢(shì)壘電容越明顯。其大小與PN結(jié)截面積成

25、正比，與阻擋層厚度成反比。擴(kuò)散電容CB僅在正偏時(shí)才起作用。正偏時(shí)，電壓較低時(shí)勢(shì)壘電容為主，電壓較高時(shí)擴(kuò)散容為主。2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)原理結(jié)原理 結(jié)電容結(jié)電容PN結(jié)正向偏置時(shí)，結(jié)電阻非常小，結(jié)電容CJ主要是擴(kuò)散電容，盡管結(jié)電容較大，但其影響較小。PN結(jié)反向偏置時(shí)，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，結(jié)電容主要是勢(shì)壘電容，盡管結(jié)電容較小，但其影響不可忽視高頻工作時(shí)，結(jié)電容將對(duì)其工作產(chǎn)生較大影響。2.2.2 2.2.2 電力電子器件的封裝電力電子器件的封裝2.3 2.3 功率二極管功率二極管2.3 2.3 功率二極管功率二極管1功率二極管Power Diode屬于不可控電力電子器件2功率二極管有時(shí)也稱

26、為半導(dǎo)體整流器Semiconductor Rectifier）3最早應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域的半導(dǎo)體器件2.3 2.3 功率二極管功率二極管 結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理 結(jié)型功率二極管的基本特性 功率二極管的主要參數(shù) 功率二極管的分類(lèi) 功率二極管的應(yīng)用特點(diǎn)2.3.1 2.3.1 結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理作原理 功率二極管Power Diode基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣以PN結(jié)為基礎(chǔ) 由一個(gè)面積較大的PN結(jié)PNjunction和兩端引線以及封裝組成的N-區(qū)2.3.1 2.3.1 結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理作原理

27、 N-區(qū)的存在產(chǎn)生的影響： 1提高器件的耐壓 2造成器件通態(tài)壓降的升高 3能夠減小結(jié)電容的作用，提高器件的工作頻率電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)：當(dāng)二極管導(dǎo)通，正向電流較大時(shí)，空穴穿過(guò)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)：當(dāng)二極管導(dǎo)通，正向電流較大時(shí)，空穴穿過(guò)PN-結(jié)，進(jìn)入結(jié)，進(jìn)入N-區(qū)，并在區(qū)，并在N-區(qū)得到積累，使得區(qū)得到積累，使得N-區(qū)空穴濃度增區(qū)空穴濃度增加，為了維持其電中性的條件其電子濃度也將增加，從而使其加，為了維持其電中性的條件其電子濃度也將增加，從而使其電阻率明顯下降。電阻率明顯下降。2.3.1 2.3.1 結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工結(jié)型功率二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理作原理外形外形構(gòu)造構(gòu)造電氣符號(hào)電氣符號(hào)2.3.2 2.

28、3.2 功率二極管的基本特性功率二極管的基本特性靜態(tài)特性靜態(tài)特性Static State CharacteristicStatic State Characteristic）主 要 指 其 伏 安 特 性主 要 指 其 伏 安 特 性 ( V o l t - A m p e r e ( V o l t - A m p e r e Characteristic)Characteristic)TS(e1)VVII 式中IS 為反向飽和電流，V 為二極管兩端的電壓降，VT =kT/q 稱為溫度的電壓當(dāng)量，k為玻耳茲曼常數(shù)1.381023），q 為電子電荷量1.61019）， ，T 為熱力學(xué)溫度。對(duì)于

29、室溫相當(dāng)T=300 K），則有VT=26 mV。2.3.2 2.3.2 功率二極管的基本特性功率二極管的基本特性靜態(tài)特性靜態(tài)特性Static State CharacteristicStatic State Characteristic）主 要 指 其 伏 安 特 性主 要 指 其 伏 安 特 性 ( V o l t - A m p e r e ( V o l t - A m p e r e Characteristic)Characteristic)門(mén)檻電壓反向飽和電流少子抽?。┱?qū)娏魃僮幼⑷耄┖谋M層變窄擊穿2.3.2 2.3.2 功率二極管的基本特性功率二極管的基本特性 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)

30、特性(Dynamic Characteristic)(Dynamic Characteristic) 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性因結(jié)電容的存在，零偏置、正向偏因結(jié)電容的存在，零偏置、正向偏置、反向偏置等狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一個(gè)過(guò)渡置、反向偏置等狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，此過(guò)程中的電壓過(guò)程，此過(guò)程中的電壓電流特性是隨時(shí)間變化電流特性是隨時(shí)間變化的。的。 動(dòng) 態(tài) 特 性 主 要 指 開(kāi) 關(guān) 特 性動(dòng) 態(tài) 特 性 主 要 指 開(kāi) 關(guān) 特 性 ( S w i t c h i n g ( S w i t c h i n g Characteristic)Characteristic)，開(kāi)關(guān)特性反映通態(tài)和斷

31、態(tài)之，開(kāi)關(guān)特性反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程。間的轉(zhuǎn)換過(guò)程。2.3.2 2.3.2 功率二極管的基本特性功率二極管的基本特性 開(kāi)通過(guò)程開(kāi)通過(guò)程(Turn-on Transient)(Turn-on Transient)： 功率二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過(guò)沖功率二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過(guò)沖UFPUFP，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值如降的某個(gè)值如 2V 2V）。）。 電壓過(guò)沖物理機(jī)制主要有兩個(gè)：電壓過(guò)沖物理機(jī)制主要有兩個(gè)： a.a.阻性機(jī)制：阻性機(jī)制： 電導(dǎo)調(diào)制作用。電導(dǎo)調(diào)制作用。I I N N區(qū)的有效電阻區(qū)的有效電阻 管壓降也降低，形管壓降也降低，形成峰值

32、成峰值UFPUFP。b.感性機(jī)制：正向電流感性機(jī)制：正向電流內(nèi)部電感上壓降，內(nèi)部電感上壓降，且且 電流變化率越高，電壓過(guò)沖越大。電流變化率越高，電壓過(guò)沖越大。正向恢復(fù)時(shí)間正向電壓從零開(kāi)始經(jīng)峰值正向恢復(fù)時(shí)間正向電壓從零開(kāi)始經(jīng)峰值電壓電壓UFP再降至穩(wěn)態(tài)電壓再降至穩(wěn)態(tài)電壓UF所需要的時(shí)間所需要的時(shí)間tfr)影響因素：結(jié)溫影響因素：結(jié)溫 、開(kāi)通前偏置、開(kāi)通前偏置2.3.2 2.3.2 功率二極管的基本特性功率二極管的基本特性關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷過(guò)程(Turn-off Transient)(Turn-off Transient)：DCFiVdidtLIFUFt功率二極管的關(guān)斷過(guò)程功率二極管的關(guān)斷過(guò)程電路電感作

33、用復(fù)合存儲(chǔ)電荷反向偏置狀態(tài)建立體電阻壓降所致外部電感決定0.25倍反向峰值電流2.3.2 2.3.2 功率二極管的基本特性功率二極管的基本特性關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷過(guò)程(Turn-off Transient)(Turn-off Transient)： 特征：1在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過(guò)沖2須經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)2.3.2 2.3.2 功率二極管的基本特性功率二極管的基本特性 關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷過(guò)程(Turn-off Transient)(Turn-off Transient)：延遲時(shí)間(Delay Time)：td= t1- t0, 電流下降時(shí)

34、間(Current Fall Time)：tf= t2- t1反向恢復(fù)時(shí)間(Reverse Recovery Time)：trr= td+ tf恢復(fù)系數(shù)：Srtf /td，也即恢復(fù)特性的軟度反向恢復(fù)時(shí)間、反向恢復(fù)電壓）名詞：名詞：二極管的反向恢復(fù)特性是針對(duì)特定溫度、特定正向電流和正二極管的反向恢復(fù)特性是針對(duì)特定溫度、特定正向電流和正向電流下降率而言的向電流下降率而言的2.3.3 2.3.3 功率二極管的主要參數(shù)功率二極管的主要參數(shù)正向平均電流正向平均電流 IF(AV) IF(AV)正向平均電流額定電流）：在指定的管殼溫度簡(jiǎn)稱殼正向平均電流額定電流）：在指定的管殼溫度簡(jiǎn)稱殼溫，用溫，用TCTC表

35、示和散熱條件下，其允許流過(guò)的最大工頻正表示和散熱條件下，其允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值，在此情況下因管子正向壓降損耗的弦半波電流的平均值，在此情況下因管子正向壓降損耗的結(jié)溫不會(huì)超過(guò)所容許的最高結(jié)溫。結(jié)溫不會(huì)超過(guò)所容許的最高結(jié)溫。當(dāng)用在頻率較高的場(chǎng)合時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗造成的發(fā)熱往往不能當(dāng)用在頻率較高的場(chǎng)合時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗造成的發(fā)熱往往不能忽略忽略當(dāng)采用反向漏電流較大的功率二極管時(shí)，其斷態(tài)損耗造成當(dāng)采用反向漏電流較大的功率二極管時(shí)，其斷態(tài)損耗造成的發(fā)熱效應(yīng)也不小的發(fā)熱效應(yīng)也不小 2.3.3 2.3.3 功率二極管的主要參數(shù)功率二極管的主要參數(shù) 正向壓降正向壓降 UF UF 指功率二極管在指定溫度下

36、，流過(guò)某一指定的穩(wěn)態(tài)正指功率二極管在指定溫度下，流過(guò)某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降 有時(shí)參數(shù)表中也給出在指定溫度下流過(guò)某一瞬態(tài)正向有時(shí)參數(shù)表中也給出在指定溫度下流過(guò)某一瞬態(tài)正向大電流時(shí)器件的最大瞬時(shí)正向壓降大電流時(shí)器件的最大瞬時(shí)正向壓降 反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URPMURPM額定電壓額定反向電壓）額定電壓額定反向電壓） 指對(duì)功率二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓指對(duì)功率二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓 通常是其雪崩擊穿電壓通常是其雪崩擊穿電壓UBUB的的2/32/3 實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)計(jì)算功率二極管可能承受的反向最高電實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)計(jì)算功率二極管可能承受的

37、反向最高電壓，并留有壓，并留有2 23 3倍的裕量。倍的裕量。 2.3.3 2.3.3 功率二極管的主要參數(shù)功率二極管的主要參數(shù)最高工作結(jié)溫最高工作結(jié)溫TJMTJM結(jié)溫是指管芯結(jié)溫是指管芯PNPN結(jié)的平均溫度，用結(jié)的平均溫度，用TJTJ表示，注意結(jié)溫與管克溫表示，注意結(jié)溫與管克溫度不同度不同最高工作結(jié)溫是指在最高工作結(jié)溫是指在PNPN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度均溫度TJMTJM通常在通常在125125175175C C范圍之內(nèi)范圍之內(nèi)反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間trrtrrtrr= td+ tf trr= td+ tf ，關(guān)斷過(guò)程中，電流降到，關(guān)斷過(guò)

38、程中，電流降到0 0起到恢復(fù)反向阻斷能起到恢復(fù)反向阻斷能力止的時(shí)間力止的時(shí)間浪涌電流浪涌電流IFSMIFSM指功率二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過(guò)電指功率二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過(guò)電流。一般用額定正向平均電流倍數(shù)和浪涌周期即工頻周波數(shù)流。一般用額定正向平均電流倍數(shù)和浪涌周期即工頻周波數(shù)來(lái)規(guī)定。來(lái)規(guī)定。 2.3.3 2.3.3 功率二極管的主要參數(shù)功率二極管的主要參數(shù)型號(hào)額定正向平均電流/A反向重復(fù)峰值電壓/V正向峰值浪涌電流/A正向平均電壓/V結(jié)構(gòu)形式額定結(jié)溫/oC冷卻方式ZP555016001300.65螺栓140風(fēng)冷ZP10105016003100.65螺

39、栓140風(fēng)冷ZP20205016005700.65螺栓140風(fēng)冷ZP505050160012600.7螺栓140風(fēng)冷2.3.4 2.3.4 功率二極管的主要應(yīng)用功率二極管的主要應(yīng)用 功率二極管的主要應(yīng)用： 整流：利用單向?qū)щ娦?。最廣泛的應(yīng)用02tu2ud02tVD1單相交流udRu22.3.4 2.3.4 功率二極管的主要應(yīng)用功率二極管的主要應(yīng)用 功率二極管的主要應(yīng)用： 續(xù)流：2.3.4 2.3.4 功率二極管的主要應(yīng)用功率二極管的主要應(yīng)用 功率二極管的主要應(yīng)用： 限幅：限制輸入信號(hào)電壓在某個(gè)范圍內(nèi) 鉗位：2.3.5 2.3.5 功率二極管的主要類(lèi)型功率二極管的主要類(lèi)型 按照正向壓降、反向耐壓

40、、反向漏電流等性能，特別是反向恢復(fù)特性的不同，可分成普通二極管、快恢復(fù)二極管、與肖特基二極管。 在應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同場(chǎng)合的不同要求選擇不同類(lèi)型的功率二極管。 性能上的不同是由半導(dǎo)體物理結(jié)構(gòu)和工藝上的差別造成的。2.3.5 2.3.5 功率二極管的主要類(lèi)型功率二極管的主要類(lèi)型 普通二極管普通二極管 普通二極管又稱整流二極管普通二極管又稱整流二極管Rectifier DiodeRectifier Diode） 多用于開(kāi)關(guān)頻率不高多用于開(kāi)關(guān)頻率不高1kHz1kHz以下的整流電路中以下的整流電路中 其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5 5s s以上，這在開(kāi)以上，這在開(kāi)關(guān)頻率不高時(shí)并不

41、重要關(guān)頻率不高時(shí)并不重要 正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到很高，分正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上2.3.5 2.3.5 功率二極管的主要類(lèi)型功率二極管的主要類(lèi)型型號(hào)額定正向平均電流/A反向重復(fù)峰值電壓/V正向峰值浪涌電流/A正向平均電壓/V結(jié)構(gòu)形式額定結(jié)溫/oC冷卻方式ZP555016001300.65螺栓140風(fēng)冷ZP10105016003100.65螺栓140風(fēng)冷ZP20205016005700.65螺栓140風(fēng)冷ZP505050160012600.7螺栓140風(fēng)冷2.3.5 2.3.5 功率二極管的主要類(lèi)型功率二極管的主要類(lèi)型

42、快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管Fast Recovery DiodeFRDFast Recovery DiodeFRD）恢復(fù)過(guò)程很短特別是反向恢復(fù)過(guò)程很短恢復(fù)過(guò)程很短特別是反向恢復(fù)過(guò)程很短(5(5s s以下以下) )的二極的二極管，也簡(jiǎn)稱快速二極管管，也簡(jiǎn)稱快速二極管工藝上多采用在硅材料中摻入金或鉑等雜質(zhì)，提高少子復(fù)工藝上多采用在硅材料中摻入金或鉑等雜質(zhì)，提高少子復(fù)合率減少過(guò)剩載流子，縮短反向恢復(fù)時(shí)間合率減少過(guò)剩載流子，縮短反向恢復(fù)時(shí)間trrtrr結(jié)構(gòu)上增加結(jié)構(gòu)上增加N-N-層，形成層，形成PN-NPN-N結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)

43、。2.3.5 2.3.5 功率二極管的主要類(lèi)型功率二極管的主要類(lèi)型 快速恢復(fù)二極管反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更短，而超快恢復(fù)二極管則在100ns以下，甚至達(dá)到20 - 30ns。 主要用于開(kāi)關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電路中，作為整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。 2.3.5 2.3.5 功率二極管的主要類(lèi)型功率二極管的主要類(lèi)型型號(hào)額定正向平均電流/A反向重復(fù)峰值電壓/V正向峰值浪涌電流/A正向平均電壓/V結(jié)構(gòu)形式額定結(jié)溫/oC反向恢復(fù)時(shí)間（微秒）ZK5510012001800.65螺栓10025ZK101010012003100.65螺栓10025ZK202010012005700

44、.65螺栓10025ZK505010012001260IG1IGIG2IG1IG2.4.2 2.4.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性正向特性反向擊穿正向阻斷反向阻斷當(dāng)AK兩端施加反壓時(shí)，即使有門(mén)極信號(hào)也不可能在晶閘管內(nèi)部產(chǎn)生電流正反饋。當(dāng)反向電壓過(guò)大而達(dá)到反向折轉(zhuǎn)電壓，則反向漏電流迅速上升。類(lèi)似二極管。2.4.2 2.4.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性晶閘管陽(yáng)極伏安特性晶閘管陽(yáng)極伏安特性IG2IG1IGIG2IG1IG晶閘管陽(yáng)極伏安特性晶閘管陽(yáng)極伏安特性2.4.2 2.4.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性IG=0時(shí)，器件兩端施加正向電壓，只有很小的正向漏電流流過(guò)，正向電壓超過(guò)臨界

45、極限即正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開(kāi)通。這種開(kāi)通叫“硬開(kāi)通”，一般不允許硬開(kāi)通。隨著IG幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低當(dāng)IG增加到超過(guò)某一臨界值以后，正向阻斷區(qū)幾乎消失，類(lèi)似于二極管的正向伏安特性。晶閘管陽(yáng)極伏安特性晶閘管陽(yáng)極伏安特性IG2IG1IGIG2IG1IG晶閘管陽(yáng)極伏安特性晶閘管陽(yáng)極伏安特性2.4.2 2.4.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性 有外加正向電壓，只要加至晶閘管上IG超過(guò)某一臨界值，晶閘管會(huì)立即導(dǎo)通，等效于一個(gè)正向?qū)щ姸O管。 導(dǎo)通期間，如果門(mén)極電流為零，并且陽(yáng)極電流降至接近于零的某一數(shù)值IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài)。IH稱為維持電流。晶閘管陽(yáng)極伏

46、安特性晶閘管陽(yáng)極伏安特性IG2IG1IGIG2IG1IG晶閘管陽(yáng)極伏安特性晶閘管陽(yáng)極伏安特性2.4.2 2.4.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性轉(zhuǎn)變區(qū)亞穩(wěn)態(tài)）維持電流擎住電流2.4.2 2.4.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性門(mén)極伏安特性門(mén)極伏安特性門(mén)極觸發(fā)電流門(mén)極觸發(fā)電流IGTIGT，室溫條件下，室溫條件下，陽(yáng)極陰極間施加陽(yáng)極陰極間施加6V6V或或12V12V電壓電壓時(shí)，能使器件導(dǎo)通所需要的最小時(shí)，能使器件導(dǎo)通所需要的最小門(mén)極直流電流，與此對(duì)應(yīng)的直流門(mén)極直流電流，與此對(duì)應(yīng)的直流電壓為門(mén)極觸發(fā)電壓電壓為門(mén)極觸發(fā)電壓UGTUGT。門(mén)極不觸發(fā)電流門(mén)極不觸發(fā)電流IGDIGD，額定結(jié)溫下，額定

47、結(jié)溫下，當(dāng)器件端電壓為斷態(tài)重復(fù)峰值，當(dāng)器件端電壓為斷態(tài)重復(fù)峰值電壓電壓UDRMUDRM時(shí)，保持器件不導(dǎo)通所時(shí)，保持器件不導(dǎo)通所容許施加的最大門(mén)極直流電流，容許施加的最大門(mén)極直流電流，與其對(duì)應(yīng)的電壓為門(mén)極不觸發(fā)電與其對(duì)應(yīng)的電壓為門(mén)極不觸發(fā)電壓壓UGDUGD。2.4.2 2.4.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性門(mén)極伏安特性門(mén)極伏安特性晶閘管門(mén)極伏安特性晶閘管門(mén)極伏安特性指門(mén)極電壓和門(mén)極電指門(mén)極電壓和門(mén)極電流之間的關(guān)系，呈現(xiàn)流之間的關(guān)系，呈現(xiàn)二極管的伏安特性。二極管的伏安特性。與二極管特性有所不與二極管特性有所不同，正向電壓中同，正向電壓中P2P2橫橫向電阻壓降占的比重向電阻壓降占的比重較大，且

48、不同器件電較大，且不同器件電阻差異較大；阻差異較大；門(mén)極電壓可從幾伏到門(mén)極電壓可從幾伏到幾十伏，門(mén)極電流可幾十伏，門(mén)極電流可從幾毫安到幾百毫安從幾毫安到幾百毫安；通常以一條典型的極通常以一條典型的極限高阻抗門(mén)極伏安曲限高阻抗門(mén)極伏安曲線和一條極限低阻抗線和一條極限低阻抗門(mén)極伏安曲線表示門(mén)門(mén)極伏安曲線表示門(mén)極特性極特性2.4.2 2.4.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性門(mén)極伏安特性門(mén)極伏安特性不觸發(fā)區(qū)可靠觸發(fā)區(qū)不可靠觸發(fā)區(qū)門(mén)極極高阻抗曲線門(mén)極極低阻抗曲線平均功率損耗曲線2.4.2 2.4.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性反映晶閘管在開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特性反映晶閘管

49、在開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特性1 1開(kāi)通過(guò)程開(kāi)通過(guò)程 延遲時(shí)間延遲時(shí)間td： 1+2向向1逼近的過(guò)程，晶閘管電逼近的過(guò)程，晶閘管電流不大，主要電子、空流不大，主要電子、空穴向穴向J2移動(dòng)的渡越時(shí)間；移動(dòng)的渡越時(shí)間；影響延遲時(shí)間的因素：影響延遲時(shí)間的因素： 觸觸發(fā)脈沖的前沿陡度和幅發(fā)脈沖的前沿陡度和幅值；值；2.4.2 2.4.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性反映晶閘管在開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特性反映晶閘管在開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特性1 1開(kāi)通過(guò)程開(kāi)通過(guò)程上升時(shí)間上升時(shí)間tr： J2靠近門(mén)極靠近門(mén)極的區(qū)域開(kāi)始導(dǎo)通的區(qū)域開(kāi)始導(dǎo)通擴(kuò)展時(shí)間擴(kuò)展時(shí)間ts： J2導(dǎo)通區(qū)由導(dǎo)通

50、區(qū)由門(mén)極橫向擴(kuò)展門(mén)極橫向擴(kuò)展開(kāi)通時(shí)間：開(kāi)通時(shí)間：tgt=td+tr 影響上升時(shí)間的因素：影響上升時(shí)間的因素： 回回路阻抗路阻抗2.4.2 2.4.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性反映晶閘管在開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特性反映晶閘管在開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特性1 1開(kāi)通過(guò)程開(kāi)通過(guò)程擴(kuò)展時(shí)間擴(kuò)展時(shí)間ts： J2導(dǎo)通區(qū)由門(mén)極橫向擴(kuò)展導(dǎo)通區(qū)由門(mén)極橫向擴(kuò)展2.4.2 2.4.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性反映晶閘管在開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特性反映晶閘管在開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特性2 2關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷過(guò)程 強(qiáng)迫關(guān)斷：強(qiáng)迫關(guān)斷： 陽(yáng)極陰極間陽(yáng)極陰極間施加反

51、壓完成關(guān)斷；施加反壓完成關(guān)斷；在反向電壓和電路電感的作用下電流衰減與二極管類(lèi)似，電流過(guò)零與二極管類(lèi)似，電流過(guò)零后體內(nèi)大量的非平衡載后體內(nèi)大量的非平衡載流子需靠反向電流抽??；流子需靠反向電流抽取；2.4.2 2.4.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性反映晶閘管在開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特性反映晶閘管在開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特性2 2關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷過(guò)程電流到達(dá)反向最大值后，迅速衰減，J1、J3恢復(fù)反向阻斷能力，trr反向恢復(fù)時(shí)間；J2結(jié)電子需要較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行復(fù)合，tgr正向阻斷時(shí)間；關(guān)斷時(shí)間：tq=trr+tgr2.4.2 2.4.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性動(dòng)態(tài)特性

52、動(dòng)態(tài)特性反映晶閘管在開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特性反映晶閘管在開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特性2 2關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷過(guò)程在正向阻斷恢復(fù)時(shí)間內(nèi)如果重新對(duì)晶閘管施加正向電壓，晶閘管會(huì)重新正向?qū)? 實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)對(duì)晶閘管施加足夠長(zhǎng)時(shí)間的反向電壓，使晶閘管充分恢復(fù)其對(duì)正向電壓的阻斷能力，電路才能可靠工作2.4.2 2.4.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性反映晶閘管在開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特性反映晶閘管在開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的特性2 2關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷過(guò)程影響關(guān)斷時(shí)間的因素：從應(yīng)用電路設(shè)計(jì)看，有結(jié)溫，反向恢復(fù)電流下降率，反向電壓及再加的du/dt等。以結(jié)溫和反向電壓對(duì)關(guān)斷時(shí)間影響最大

53、，結(jié)溫越高，關(guān)斷時(shí)間越長(zhǎng)，反向電壓增高，關(guān)斷時(shí)間縮短。電壓定額電壓定額注意：晶閘管正向既可處于阻斷狀態(tài)又可處于導(dǎo)注意：晶閘管正向既可處于阻斷狀態(tài)又可處于導(dǎo)通狀態(tài)。通狀態(tài)。斷態(tài)重復(fù)峰值電壓斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRMUDRM在門(mén)極斷路而結(jié)溫為在門(mén)極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的 正向峰值電壓正向峰值電壓國(guó)標(biāo)規(guī)定重復(fù)頻率國(guó)標(biāo)規(guī)定重復(fù)頻率50Hz50Hz，持續(xù)時(shí)間不超過(guò)，持續(xù)時(shí)間不超過(guò)10ms,UDRM=90%UDSMUbo ) 10ms,UDRM=90%UDSMUbo ) 。反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URRM URRM 在門(mén)極斷路而結(jié)溫為在門(mén)極斷路而結(jié)溫

54、為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓( (國(guó)標(biāo)中有類(lèi)似規(guī)定）。國(guó)標(biāo)中有類(lèi)似規(guī)定）。通態(tài)峰值電壓通態(tài)峰值電壓UTMUTM晶閘管通以某一規(guī)定倍晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。額定電壓額定電壓UNUNMinMinUDRMUDRM，URRMURRM），選用時(shí)，要留），選用時(shí)，要留有一定安全裕量，一般取有一定安全裕量，一般取UNUN（2 23 3晶閘管所晶閘管所承受峰值電壓承受峰值電壓2.4.3 2.4.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)電流定額電流定額通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流 IT(AV

55、) IT(AV)：晶閘管在環(huán)境溫度為：晶閘管在環(huán)境溫度為4040C C和規(guī)定和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫時(shí)所允許流過(guò)的的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫時(shí)所允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值最大工頻正弦半波電流的平均值額定電流額定電流使用時(shí)應(yīng)按實(shí)際電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原則來(lái)使用時(shí)應(yīng)按實(shí)際電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原則來(lái)選取晶閘管選取晶閘管應(yīng)留一定的裕量，一般取應(yīng)留一定的裕量，一般取1.51.52 2倍倍2.4.3 2.4.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)維持電流維持電流 IH IH晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通以后，在室溫和門(mén)極開(kāi)路條件下，使晶閘管維持導(dǎo)通晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通以

56、后，在室溫和門(mén)極開(kāi)路條件下，使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流所必需的最小電流一般為幾十到幾百毫安，與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，則一般為幾十到幾百毫安，與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，則IHIH越小越小3 3） 擎住電流擎住電流 IL IL晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后，能維持導(dǎo)通所需的最小晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后，能維持導(dǎo)通所需的最小電流電流同一晶閘管來(lái)說(shuō)，通常同一晶閘管來(lái)說(shuō)，通常ILIL約為約為IHIH的的2 24 4倍倍4 4） 浪涌電流浪涌電流ITSMITSM指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過(guò)額定結(jié)溫的不重復(fù)最大正向指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過(guò)額定結(jié)溫的不重復(fù)最大正向過(guò)載

57、電流過(guò)載電流2.4.3 2.4.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)動(dòng)態(tài)參數(shù)動(dòng)態(tài)參數(shù) 除開(kāi)通時(shí)間除開(kāi)通時(shí)間tgttgt和關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間tqtq外，還有：外，還有：斷態(tài)電壓臨界上升率斷態(tài)電壓臨界上升率du/dtdu/dt防止位移電流致使其防止位移電流致使其導(dǎo)通）導(dǎo)通）指在額定結(jié)溫和門(mén)極開(kāi)路的情況下，不導(dǎo)致晶閘指在額定結(jié)溫和門(mén)極開(kāi)路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率通態(tài)電流臨界上升率通態(tài)電流臨界上升率di/dtdi/dt考慮導(dǎo)通時(shí)的擴(kuò)展時(shí)考慮導(dǎo)通時(shí)的擴(kuò)展時(shí)間）間）指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無(wú)有害影響的指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受

58、而無(wú)有害影響的最大通態(tài)電流上升率最大通態(tài)電流上升率2.4.3 2.4.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)2.4.3 2.4.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) 快速晶閘管快速晶閘管Fast Switching ThyristorFast Switching ThyristorFST)FST) 包括所有專為快速應(yīng)用而設(shè)計(jì)的晶閘管，有常規(guī)快包括所有專為快速應(yīng)用而設(shè)計(jì)的晶閘管，有常規(guī)快速晶閘管和高頻晶閘管速晶閘管和高頻晶閘管 管芯結(jié)構(gòu)和制造工藝進(jìn)行了改進(jìn)，開(kāi)關(guān)時(shí)間以及管芯結(jié)構(gòu)和制造工藝進(jìn)行了改進(jìn)，開(kāi)關(guān)時(shí)間以及du/dtdu/dt和和di/dtdi/dt耐量都有明顯改善耐量都有明顯改善 普通晶閘管關(guān)斷時(shí)間數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)十微普通晶