第二 電力電子器件

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1、會(huì)計(jì)學(xué)1第二第二電力電子器件電力電子器件2.12.12.12.1、電力電子器件的基本模型、電力電子器件的基本模型、電力電子器件的基本模型、電力電子器件的基本模型 電力半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)及其應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。電力電電力半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)及其應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。電力電電力半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)及其應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。電力電電力半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)及其應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。電力電子技術(shù)的發(fā)展取決于電力電子器件的研制與應(yīng)用。子技術(shù)的發(fā)展取決于電力電子器件的研制與應(yīng)用。子技術(shù)的發(fā)展取決于電力電子器件的研制與應(yīng)用。子技術(shù)的發(fā)展取決于電力電子器件的研制與應(yīng)用。定義：定義：定義：定義：電力電子電路中能實(shí)現(xiàn)電

2、能的變換和控制的半導(dǎo)體電子器件電力電子電路中能實(shí)現(xiàn)電能的變換和控制的半導(dǎo)體電子器件電力電子電路中能實(shí)現(xiàn)電能的變換和控制的半導(dǎo)體電子器件電力電子電路中能實(shí)現(xiàn)電能的變換和控制的半導(dǎo)體電子器件稱為電力電子器件（稱為電力電子器件（稱為電力電子器件（稱為電力電子器件（Power Electronic DevicePower Electronic Device）。）。）。）。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，本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，本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，本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，本書涉及的器件都是指

3、半導(dǎo)體電力電子器件。書涉及的器件都是指半導(dǎo)體電力電子器件。書涉及的器件都是指半導(dǎo)體電力電子器件。書涉及的器件都是指半導(dǎo)體電力電子器件。第1頁/共208頁電力電子器件的電力電子器件的電力電子器件的電力電子器件的基本模型與特性基本模型與特性基本模型與特性基本模型與特性 n n 在對(duì)電能的變換和控制過程中，電力電子器件可以抽在對(duì)電能的變換和控制過程中，電力電子器件可以抽在對(duì)電能的變換和控制過程中，電力電子器件可以抽在對(duì)電能的變換和控制過程中，電力電子器件可以抽象成下圖所示的理想開關(guān)模型，它有三個(gè)電極，其中象成下圖所示的理想開關(guān)模型，它有三個(gè)電極，其中象成下圖所示的理想開關(guān)模型，它有三個(gè)電極，其中象成

4、下圖所示的理想開關(guān)模型，它有三個(gè)電極，其中A A和和和和B B代表開關(guān)的兩個(gè)主電極，代表開關(guān)的兩個(gè)主電極，代表開關(guān)的兩個(gè)主電極，代表開關(guān)的兩個(gè)主電極，K K是控制開關(guān)通斷的控制極。是控制開關(guān)通斷的控制極。是控制開關(guān)通斷的控制極。是控制開關(guān)通斷的控制極。它只工作在它只工作在它只工作在它只工作在“通態(tài)通態(tài)通態(tài)通態(tài)”和和和和“斷態(tài)斷態(tài)斷態(tài)斷態(tài)”兩種情況，在通態(tài)時(shí)其電兩種情況，在通態(tài)時(shí)其電兩種情況，在通態(tài)時(shí)其電兩種情況，在通態(tài)時(shí)其電阻為零，斷態(tài)時(shí)其電阻無窮大。導(dǎo)通、截止兩種瞬態(tài)。阻為零，斷態(tài)時(shí)其電阻無窮大。導(dǎo)通、截止兩種瞬態(tài)。阻為零，斷態(tài)時(shí)其電阻無窮大。導(dǎo)通、截止兩種瞬態(tài)。阻為零，斷態(tài)時(shí)其電阻無窮大。

5、導(dǎo)通、截止兩種瞬態(tài)。圖電力電子器件的理想開關(guān)模型圖電力電子器件的理想開關(guān)模型l一、基本模型：一、基本模型：第2頁/共208頁電力電子器件的電力電子器件的電力電子器件的電力電子器件的基本模型與特性基本模型與特性基本模型與特性基本模型與特性n n二、基本特性：二、基本特性：（1）電電力力電電子子器器件件一一般般都都工工作作在開關(guān)狀態(tài)。在開關(guān)狀態(tài)。（2）電電力力電電子子器器件件的的開開關(guān)關(guān)狀狀態(tài)態(tài)由外電路（驅(qū)動(dòng)電路）來控制。由外電路（驅(qū)動(dòng)電路）來控制。（3）在在工工作作中中器器件件的的功功率率損損耗耗（通通態(tài)態(tài)、斷斷態(tài)態(tài)開開關(guān)關(guān)損損耗耗）很很大大。為為保保證證不不至至因因損損耗耗散散發(fā)發(fā)的的熱熱量量

6、導(dǎo)導(dǎo)致致器器件件溫溫度度過過高高而而損損壞壞，在在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。第3頁/共208頁電力電子器件的種類電力電子器件的種類電力電子器件的種類電力電子器件的種類 一、按器件的開關(guān)控制特性可以分為以下三類：一、按器件的開關(guān)控制特性可以分為以下三類：一、按器件的開關(guān)控制特性可以分為以下三類：一、按器件的開關(guān)控制特性可以分為以下三類：不可控器件：不可控器件：不可控器件：不可控器件：器件本身沒有導(dǎo)通、關(guān)斷控制功能，而需要器件本身沒有導(dǎo)通、關(guān)斷控制功能，而需要器件本身沒有導(dǎo)通、關(guān)斷控制功能，而需要器件本身沒有導(dǎo)通、關(guān)斷控制功能，而需要根據(jù)電路條件決定其導(dǎo)通、關(guān)斷狀態(tài)的

7、器件稱為不可控器根據(jù)電路條件決定其導(dǎo)通、關(guān)斷狀態(tài)的器件稱為不可控器根據(jù)電路條件決定其導(dǎo)通、關(guān)斷狀態(tài)的器件稱為不可控器根據(jù)電路條件決定其導(dǎo)通、關(guān)斷狀態(tài)的器件稱為不可控器件。件。件。件。如：電力二極管（如：電力二極管（如：電力二極管（如：電力二極管（Power DiodePower Diode）；）；）；）；半控型器件：半控型器件：半控型器件：半控型器件：通過控制信號(hào)只能控制其導(dǎo)通，不能控制其關(guān)通過控制信號(hào)只能控制其導(dǎo)通，不能控制其關(guān)通過控制信號(hào)只能控制其導(dǎo)通，不能控制其關(guān)通過控制信號(hào)只能控制其導(dǎo)通，不能控制其關(guān)斷的電力電子器件稱為半控型器件。斷的電力電子器件稱為半控型器件。斷的電力電子器件稱為半

8、控型器件。斷的電力電子器件稱為半控型器件。如：晶閘管（如：晶閘管（如：晶閘管（如：晶閘管（ThyristorThyristor）及其大部分派生器件等；）及其大部分派生器件等；）及其大部分派生器件等；）及其大部分派生器件等；全控型器件：全控型器件：全控型器件：全控型器件：通過控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷通過控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷通過控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷通過控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷的器件，稱為全控型器件。的器件，稱為全控型器件。的器件，稱為全控型器件。的器件，稱為全控型器件。如：門極可關(guān)斷晶閘管（如：門極可關(guān)斷晶閘管（如：門極可關(guān)斷晶閘管（如：門極

9、可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-Off Thyristor Gate-Turn-Off Thyristor）、）、）、）、功率場效應(yīng)管（功率場效應(yīng)管（功率場效應(yīng)管（功率場效應(yīng)管（Power MOSFETPower MOSFET）和絕緣柵雙極型）和絕緣柵雙極型）和絕緣柵雙極型）和絕緣柵雙極型 晶體管（晶體管（晶體管（晶體管（Insulated-Gate Bipolar TransistorInsulated-Gate Bipolar Transistor）等。）等。）等。）等。第4頁/共208頁二、電力電子器件按門極控制信號(hào)二、電力電子器件按門極控制信號(hào)二、電力電子器件按門極控制信號(hào)二、電力電

10、子器件按門極控制信號(hào) 的性質(zhì)不同又可分為兩種：的性質(zhì)不同又可分為兩種：的性質(zhì)不同又可分為兩種：的性質(zhì)不同又可分為兩種：電流控電流控制型器件：制型器件：此類器此類器件采用電流件采用電流信號(hào)來實(shí)現(xiàn)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或關(guān)斷導(dǎo)通或關(guān)斷控制。控制。如：晶閘如：晶閘管、門極可管、門極可關(guān)斷晶閘管、關(guān)斷晶閘管、功率晶體管、功率晶體管、IGCT等；等；電壓控制型器電壓控制型器件：件：這類器件采這類器件采用電壓控制（場用電壓控制（場控原理控制）它控原理控制）它的通、斷，輸入的通、斷，輸入控制端基本上不控制端基本上不流過控制電流信流過控制電流信號(hào)，用小功率信號(hào)，用小功率信號(hào)就可驅(qū)動(dòng)它工號(hào)就可驅(qū)動(dòng)它工作。作。如：代表性

11、器件如：代表性器件為為 P-MOSFET管和管和IGBT管。管。第5頁/共208頁qq附表主要電力半導(dǎo)體器件附表主要電力半導(dǎo)體器件附表主要電力半導(dǎo)體器件附表主要電力半導(dǎo)體器件 的特性及其應(yīng)用領(lǐng)域的特性及其應(yīng)用領(lǐng)域的特性及其應(yīng)用領(lǐng)域的特性及其應(yīng)用領(lǐng)域器件種類器件種類開關(guān)開關(guān)功能功能器件特性概略器件特性概略應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域電力電力二極管二極管不可不可控控5 5 k k V V/3 3 k k A A4 40 00 0H Hz z各種整流裝置各種整流裝置晶閘管晶閘管半控半控導(dǎo)通導(dǎo)通6kV/6kA6kV/6kA400Hz400Hz8kV/3.5kA8kV/3.5kA光光控控SCRSCR煉煉鋼鋼廠廠、軋

12、軋鋼鋼機(jī)機(jī)、直直流流輸輸電電、電解用整流器電解用整流器可關(guān)斷可關(guān)斷晶閘管晶閘管自關(guān)自關(guān)斷型斷型（全（全控）控）6kV/6kA500Hz工工業(yè)業(yè)逆逆變變器器、電電力力機(jī)機(jī)車車用用逆逆變變器、無功補(bǔ)償器器、無功補(bǔ)償器P-MOSFETP-MOSFET600V/70A100kHz開開關(guān)關(guān)電電源源、小小功功率率UPSUPS、小小功功率逆變器率逆變器IGBTIGBT1200V1200V/1200A20kHz4.5kV/1.2kA2kHz各各種種整整流流/逆逆變變器器（UPSUPS、變變頻頻器器、家家電電）、電電力力機(jī)機(jī)車車用用逆逆變變器、中壓變頻器器、中壓變頻器第6頁/共208頁第二章、第二章、電力電子器

13、件電力電子器件vv2.1、電力電子器件的基、電力電子器件的基本模型本模型 vv2.2、電力二極管電力二極管 vv2.3、晶閘管晶閘管vv2.4、可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管 vv2.5、電力晶體管電力晶體管 vv2.6、電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管 vv2.7、絕緣柵雙極型晶體絕緣柵雙極型晶體管管 vv2.8、其它新型電力電子其它新型電力電子器件器件vv2.9、電力電子器件的驅(qū)、電力電子器件的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)動(dòng)與保護(hù)第7頁/共208頁1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)2、工作原、工作原理理3、特性、特性4、參數(shù)、參數(shù)第8頁/共208頁2.2 電力二極管電力二極管 n n電力二極管及其工作原理電力二極管及其工作原理電力二

14、極管及其工作原理電力二極管及其工作原理n n電力二極管的特性與參數(shù)電力二極管的特性與參數(shù)電力二極管的特性與參數(shù)電力二極管的特性與參數(shù) 第9頁/共208頁電力二極管及其工作原理電力二極管及其工作原理電力二極管及其工作原理電力二極管及其工作原理一、電力二極管一、電力二極管：1 1 1 1、電力二極管（、電力二極管（、電力二極管（、電力二極管（Power DiodePower Diode）也稱為半）也稱為半）也稱為半）也稱為半導(dǎo)體整流器（導(dǎo)體整流器（導(dǎo)體整流器（導(dǎo)體整流器（Semiconductor RectifierSemiconductor Rectifier，簡稱，簡稱，簡稱，簡稱SRSR），

15、屬不可控電力電子器件，是），屬不可控電力電子器件，是），屬不可控電力電子器件，是），屬不可控電力電子器件，是2020世紀(jì)最世紀(jì)最世紀(jì)最世紀(jì)最早獲得應(yīng)用的電力電子器件。早獲得應(yīng)用的電力電子器件。早獲得應(yīng)用的電力電子器件。早獲得應(yīng)用的電力電子器件。2 2 2 2、在中、高頻整流和逆變以及低壓高頻整、在中、高頻整流和逆變以及低壓高頻整、在中、高頻整流和逆變以及低壓高頻整、在中、高頻整流和逆變以及低壓高頻整流的場合發(fā)揮著積極的作用流的場合發(fā)揮著積極的作用流的場合發(fā)揮著積極的作用流的場合發(fā)揮著積極的作用,具有不可替代的具有不可替代的具有不可替代的具有不可替代的地位。地位。地位。地位。第10頁/共208頁

16、二、二、二、二、PNPN結(jié)與結(jié)與結(jié)與結(jié)與電力二極管工作原理：電力二極管工作原理：電力二極管工作原理：電力二極管工作原理：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?；窘Y(jié)構(gòu)和工作、原理與信息電子電路中的二極管一樣?；窘Y(jié)構(gòu)和工作、原理與信息電子電路中的二極管一樣。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。以半導(dǎo)體以半導(dǎo)體以半導(dǎo)體以半導(dǎo)體PNPNPNPN結(jié)結(jié)結(jié)結(jié)為基礎(chǔ)。為基礎(chǔ)。為基礎(chǔ)。為基礎(chǔ)。由一個(gè)面積較大的由一個(gè)面積較大的由一個(gè)面積較大的由一個(gè)面積較大的PNPN結(jié)和兩端引線以及封裝組成。結(jié)和兩端引線以及封裝組成。結(jié)和兩端引線以及封裝組成。結(jié)和兩端引線以及封裝組成。從外形上看，主要

17、有螺栓型和平板型兩種。從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種。從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種。從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種。圖電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符圖電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符a）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)b）外形）外形c）電氣圖形）電氣圖形第11頁/共208頁二、二、二、二、PNPN結(jié)與結(jié)與結(jié)與結(jié)與電力二極管工作原理：電力二極管工作原理：電力二極管工作原理：電力二極管工作原理：NN型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體結(jié)合后構(gòu)成型半導(dǎo)體結(jié)合后構(gòu)成型半導(dǎo)體結(jié)合后構(gòu)成型半導(dǎo)體結(jié)合后構(gòu)成PNPN結(jié)結(jié)結(jié)結(jié):空間電荷空間電荷空間電荷空間電荷:交界處電子和空穴的濃度差別，

18、造成了各區(qū)的多子向另一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)的區(qū)的區(qū)的區(qū)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，到對(duì)方區(qū)內(nèi)成為少子，在界面兩側(cè)分別留下了帶正、，到對(duì)方區(qū)內(nèi)成為少子，在界面兩側(cè)分別留下了帶正、，到對(duì)方區(qū)內(nèi)成為少子，在界面兩側(cè)分別留下了帶正、，到對(duì)方區(qū)內(nèi)成為少子，在界面兩側(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。這些不能移動(dòng)的正、負(fù)電荷稱負(fù)電荷但不能任意移動(dòng)的雜質(zhì)離子。這些不能移動(dòng)的正、負(fù)電荷稱負(fù)電荷但不能任意移動(dòng)的雜質(zhì)離子。這些不能移動(dòng)的正、負(fù)電荷稱負(fù)電荷但不能任

19、意移動(dòng)的雜質(zhì)離子。這些不能移動(dòng)的正、負(fù)電荷稱為為為為空間電荷。空間電荷。空間電荷?？臻g電荷。空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)空間電荷區(qū):擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，正、負(fù)空間電擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，正、負(fù)空間電擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，正、負(fù)空間電擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，正、負(fù)空間電荷量擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，正、負(fù)空間電荷量達(dá)荷量擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，正、負(fù)空間電荷量達(dá)荷量擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，正、負(fù)空間電荷量達(dá)荷量擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)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)穩(wěn)定的由空間電荷構(gòu)成的

20、范圍，被稱為到穩(wěn)定值，形成了一個(gè)穩(wěn)定的由空間電荷構(gòu)成的范圍，被稱為到穩(wěn)定值，形成了一個(gè)穩(wěn)定的由空間電荷構(gòu)成的范圍，被稱為到穩(wěn)定值，形成了一個(gè)穩(wěn)定的由空間電荷構(gòu)成的范圍，被稱為空間空間空間空間電荷區(qū)電荷區(qū)電荷區(qū)電荷區(qū)，按所強(qiáng)調(diào)的角度不同也被稱為，按所強(qiáng)調(diào)的角度不同也被稱為，按所強(qiáng)調(diào)的角度不同也被稱為，按所強(qiáng)調(diào)的角度不同也被稱為耗盡層、阻擋層或勢壘區(qū)。耗盡層、阻擋層或勢壘區(qū)。耗盡層、阻擋層或勢壘區(qū)。耗盡層、阻擋層或勢壘區(qū)。內(nèi)電場內(nèi)電場內(nèi)電場內(nèi)電場:空間電荷建立的電場空間電荷建立的電場空間電荷建立的電場空間電荷建立的電場,也稱也稱也稱也稱自建電場自建電場自建電場自建電場，其方向是阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，其方向

21、是阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，其方向是阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，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)本區(qū)而言則為多子）向本的，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）向本的，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）向本的，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)，即區(qū)運(yùn)動(dòng)，即區(qū)運(yùn)動(dòng)，即區(qū)運(yùn)動(dòng)，即漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)。第12頁/共208頁 二、二、二、二、PNPN結(jié)與結(jié)與結(jié)與結(jié)與電力二極管工作原理：電力二極管工作原理：電力二極管工作原理：電力二極管工作原理：PNPN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)：結(jié)的正向?qū)顟B(tài)：結(jié)的正向?qū)顟B(tài)：結(jié)的正向?qū)顟B(tài)：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使

22、得電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得PNPN結(jié)在正向電流較大結(jié)在正向電流較大結(jié)在正向電流較大結(jié)在正向電流較大時(shí)壓降仍然很低，維持在時(shí)壓降仍然很低，維持在時(shí)壓降仍然很低，維持在時(shí)壓降仍然很低，維持在1V1V左右，所以正左右，所以正左右，所以正左右，所以正向偏置的向偏置的向偏置的向偏置的PNPN結(jié)表現(xiàn)為低阻態(tài)。結(jié)表現(xiàn)為低阻態(tài)。結(jié)表現(xiàn)為低阻態(tài)。結(jié)表現(xiàn)為低阻態(tài)。PNPN結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài)：結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài)：結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài)：結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài)：流過反向飽和漏電流，為高阻狀態(tài)。流過反向飽和漏電流，為高阻狀態(tài)。流過反向飽和漏電流，為高阻狀態(tài)。流過反向飽和漏電流，為高阻狀態(tài)。PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

23、：結(jié)的單向?qū)щ娦裕航Y(jié)的單向?qū)щ娦裕航Y(jié)的單向?qū)щ娦裕憾O管的基本原理就在于二極管的基本原理就在于二極管的基本原理就在于二極管的基本原理就在于PNPN結(jié)的單結(jié)的單結(jié)的單結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一主要特征。向?qū)щ娦赃@一主要特征。向?qū)щ娦赃@一主要特征。向?qū)щ娦赃@一主要特征。PNPN結(jié)的反向擊穿：結(jié)的反向擊穿：結(jié)的反向擊穿：結(jié)的反向擊穿：有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式，可能導(dǎo)致熱擊穿。有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式，可能導(dǎo)致熱擊穿。有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式，可能導(dǎo)致熱擊穿。有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式，可能導(dǎo)致熱擊穿。PNPN結(jié)的電容效應(yīng)：結(jié)的電容效應(yīng)：結(jié)的電容效應(yīng)：結(jié)的電容效應(yīng)：PNPN結(jié)的電荷量隨外加電壓而

24、變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容C CJ J，又稱為微分電容。，又稱為微分電容。，又稱為微分電容。，又稱為微分電容。結(jié)電容按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢壘電容結(jié)電容按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢壘電容結(jié)電容按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢壘電容結(jié)電容按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢壘電容C CB B和擴(kuò)散電容和擴(kuò)散電容和擴(kuò)散電容和擴(kuò)散電容C CDD 。l圖電力二極管的伏安特性曲線圖電力二極管的伏安特性曲線第13頁/共208頁勢壘電容勢壘電容勢壘電

25、容勢壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用只在外加電壓變化時(shí)才起作用只在外加電壓變化時(shí)才起作用只在外加電壓變化時(shí)才起作用,空間電空間電空間電空間電荷變化引起。外加電壓頻率越高，勢壘電容作荷變化引起。外加電壓頻率越高，勢壘電容作荷變化引起。外加電壓頻率越高，勢壘電容作荷變化引起。外加電壓頻率越高，勢壘電容作用越明顯。勢壘電容的大小與用越明顯。勢壘電容的大小與用越明顯。勢壘電容的大小與用越明顯。勢壘電容的大小與PNPN結(jié)截面積成結(jié)截面積成結(jié)截面積成結(jié)截面積成正比，與阻擋層厚度成反比。（反向電壓及較正比，與阻擋層厚度成反比。（反向電壓及較正比，與阻擋層厚度成反比。（反向電壓及較正比，與阻擋層厚度成反比。（

26、反向電壓及較小的正向電壓時(shí)電容效應(yīng)明顯）小的正向電壓時(shí)電容效應(yīng)明顯）小的正向電壓時(shí)電容效應(yīng)明顯）小的正向電壓時(shí)電容效應(yīng)明顯）擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容僅在正向偏置時(shí)起作用，多數(shù)載流子僅在正向偏置時(shí)起作用，多數(shù)載流子僅在正向偏置時(shí)起作用，多數(shù)載流子僅在正向偏置時(shí)起作用，多數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)引起。運(yùn)動(dòng)引起。運(yùn)動(dòng)引起。運(yùn)動(dòng)引起。在正向偏置時(shí)，當(dāng)正向電壓較低時(shí)，勢壘電容在正向偏置時(shí)，當(dāng)正向電壓較低時(shí)，勢壘電容在正向偏置時(shí)，當(dāng)正向電壓較低時(shí)，勢壘電容在正向偏置時(shí)，當(dāng)正向電壓較低時(shí)，勢壘電容為主；正向電壓較高時(shí)，擴(kuò)散電容為結(jié)電容主為主；正向電壓較高時(shí)，擴(kuò)散電容為結(jié)電容主為主；正向電壓較高時(shí)，擴(kuò)散電容為結(jié)電

27、容主為主；正向電壓較高時(shí)，擴(kuò)散電容為結(jié)電容主要成分。要成分。要成分。要成分。結(jié)電容結(jié)電容結(jié)電容結(jié)電容影響影響影響影響PNPN結(jié)的工作頻率，特別是在高速結(jié)的工作頻率，特別是在高速結(jié)的工作頻率，特別是在高速結(jié)的工作頻率，特別是在高速開關(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾?，甚開關(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾?，甚開關(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾?，甚開關(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾?，甚至不能工作，?yīng)用時(shí)應(yīng)加以注意。至不能工作，應(yīng)用時(shí)應(yīng)加以注意。至不能工作，應(yīng)用時(shí)應(yīng)加以注意。至不能工作，應(yīng)用時(shí)應(yīng)加以注意。二、二、二、二、PNPN結(jié)與結(jié)與結(jié)與結(jié)與電力二極管工作原理：電力二極管工作原理：電力二極管工

28、作原理：電力二極管工作原理：第14頁/共208頁勢壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢壘電容的示意圖如下。第15頁/共208頁擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時(shí)，由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過來的電子就堆積在P區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。擴(kuò)散電容示意圖第16頁/共208頁2.2 電力二極管電力二極管n n電力二極管及其工作原理電力二極管及其工作原理電力二極管及其工作

29、原理電力二極管及其工作原理n n電力二極管的特性與參數(shù)電力二極管的特性與參數(shù)電力二極管的特性與參數(shù)電力二極管的特性與參數(shù) 第17頁/共208頁電力二極管的特性與參數(shù)電力二極管的特性與參數(shù)電力二極管的特性與參數(shù)電力二極管的特性與參數(shù)n n1 1、電力二極管的伏安特性、電力二極管的伏安特性、電力二極管的伏安特性、電力二極管的伏安特性n n2 2、電力二極管的開關(guān)特性、電力二極管的開關(guān)特性、電力二極管的開關(guān)特性、電力二極管的開關(guān)特性n n3 3、電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù) 第18頁/共208頁1、電力二極管的伏安特性、電力二極管的伏安特性當(dāng)當(dāng)電電

30、力力二二極極管管承承受受的的正正向向電電壓壓大大到到一一定定值值（門門檻檻電電壓壓UTO），正正向向電電流流才才開開始始明明顯顯增增加加，處處于于穩(wěn)穩(wěn)定定導(dǎo)導(dǎo)通通狀狀態(tài)態(tài)。與與正正向向電電流流IF對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的電電力力二二極極管管兩兩端端的的電電壓壓UF即為其正向電壓降。即為其正向電壓降。當(dāng)當(dāng)電電力力二二極極管管承承受受反反向向電電壓壓時(shí)時(shí)，只只有有少少子子引引起起的的微微小小而而數(shù)數(shù)值值恒恒定定的的反反向向漏電流。漏電流。圖電力二極管的圖電力二極管的伏安特性曲線伏安特性曲線特性曲線特性曲線:第19頁/共208頁電力二極管的特性與參數(shù)電力二極管的特性與參數(shù)n n1 1、電力二極管的伏安特性、電力

31、二極管的伏安特性、電力二極管的伏安特性、電力二極管的伏安特性n n2 2、電力二極管的開關(guān)特性、電力二極管的開關(guān)特性、電力二極管的開關(guān)特性、電力二極管的開關(guān)特性n n3 3、電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù) 第20頁/共208頁開關(guān)過程，由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為阻開關(guān)過程，由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為阻斷狀態(tài)并不是立即完成，它要斷狀態(tài)并不是立即完成，它要經(jīng)歷一個(gè)短時(shí)的過渡過程；經(jīng)歷一個(gè)短時(shí)的過渡過程；此過程的長短、過渡過程的波此過程的長短、過渡過程的波形對(duì)不同性能的二極管有很大形對(duì)不同性能的二極管有很大差異；差異；理解開關(guān)過程對(duì)今后選用電力理解開關(guān)過程對(duì)今后選用電力電子

32、器件，理解電力電子電路電子器件，理解電力電子電路的運(yùn)行是很有幫助的，因此應(yīng)的運(yùn)行是很有幫助的，因此應(yīng)對(duì)二極管的開關(guān)特性有較清晰對(duì)二極管的開關(guān)特性有較清晰的了解。的了解。狀態(tài)：狀態(tài)：過程：過程：導(dǎo)通、阻斷開通、關(guān)斷2 2、電力二極管的開關(guān)特性、電力二極管的開關(guān)特性、電力二極管的開關(guān)特性、電力二極管的開關(guān)特性定義：定義：反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程（反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程（關(guān)斷過程、開通過程關(guān)斷過程、開通過程）。）。第21頁/共208頁（1 1 1 1）關(guān)斷特性）關(guān)斷特性）關(guān)斷特性）關(guān)斷特性：電力二極管電力二極管電力二極管電力二極管由正向偏置的通態(tài)轉(zhuǎn)換為反向偏置的斷由正向偏置的通態(tài)轉(zhuǎn)換為反向

33、偏置的斷由正向偏置的通態(tài)轉(zhuǎn)換為反向偏置的斷由正向偏置的通態(tài)轉(zhuǎn)換為反向偏置的斷態(tài)過程。態(tài)過程。態(tài)過程。態(tài)過程。如圖（如圖（如圖（如圖（a a a a）所示。電源電壓從正向突然轉(zhuǎn)為反向。）所示。電源電壓從正向突然轉(zhuǎn)為反向。）所示。電源電壓從正向突然轉(zhuǎn)為反向。）所示。電源電壓從正向突然轉(zhuǎn)為反向。vv 須經(jīng)過一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止須經(jīng)過一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止須經(jīng)過一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止須經(jīng)過一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。狀態(tài)。狀態(tài)。狀態(tài)。vv 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在關(guān)

34、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沖。（出現(xiàn)時(shí)間段不同，電流先出現(xiàn)電壓后出現(xiàn)）過沖。（出現(xiàn)時(shí)間段不同，電流先出現(xiàn)電壓后出現(xiàn)）過沖。（出現(xiàn)時(shí)間段不同，電流先出現(xiàn)電壓后出現(xiàn)）過沖。（出現(xiàn)時(shí)間段不同，電流先出現(xiàn)電壓后出現(xiàn)）圖電力二極管開關(guān)過程中電壓、電流波形圖電力二極管開關(guān)過程中電壓、電流波形第22頁/共208頁 二極管反向恢復(fù)過程示意圖二極管反向恢復(fù)過程示意圖第23頁/共208頁 電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過沖電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過沖電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)

35、一個(gè)過沖電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過沖U U U UFPFPFPFP，經(jīng)過一段時(shí)間才趨，經(jīng)過一段時(shí)間才趨，經(jīng)過一段時(shí)間才趨，經(jīng)過一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值（如于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值（如于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值（如于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值（如 2V2V2V2V）。這一動(dòng)態(tài)過程時(shí)間被稱為正向）。這一動(dòng)態(tài)過程時(shí)間被稱為正向）。這一動(dòng)態(tài)過程時(shí)間被稱為正向）。這一動(dòng)態(tài)過程時(shí)間被稱為正向恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間t t t tfrfrfrfr。vv 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用需一定的時(shí)間來儲(chǔ)存大量非平衡少子，達(dá)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用需一定的時(shí)間來儲(chǔ)存大量非平衡少子，達(dá)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用需一定的時(shí)間來儲(chǔ)存

36、大量非平衡少子，達(dá)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用需一定的時(shí)間來儲(chǔ)存大量非平衡少子，達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大。到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大。到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大。到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大。vv 正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上升率越大，升率越大，升率越大，升率越大，U U U UFPFPFPFP越高越高越高越高 。（2 2）開通特性）開通特性：如圖（：如圖（b b）所示）所示 電力二極管由零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置的通態(tài)過程。電力二極管由

37、零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置的通態(tài)過程。圖電力二極管開關(guān)過程中電壓、電流波形圖電力二極管開關(guān)過程中電壓、電流波形第24頁/共208頁n n延遲時(shí)間：延遲時(shí)間：延遲時(shí)間：延遲時(shí)間：t td d=t=t1 1-t-t0 0 電流下降時(shí)間：電流下降時(shí)間：電流下降時(shí)間：電流下降時(shí)間：t tf f=t=t2 2-t-t1 1n n反向恢復(fù)時(shí)間：反向恢復(fù)時(shí)間：反向恢復(fù)時(shí)間：反向恢復(fù)時(shí)間：t trr rr=t=td d+t+tf fn n恢復(fù)特性的軟度：恢復(fù)特性的軟度：恢復(fù)特性的軟度：恢復(fù)特性的軟度：下降時(shí)間與延遲時(shí)間的比值下降時(shí)間與延遲時(shí)間的比值下降時(shí)間與延遲時(shí)間的比值下降時(shí)間與延遲時(shí)間的比值t tf f/t/t

38、d d，或稱恢復(fù)系數(shù)，用或稱恢復(fù)系數(shù)，用或稱恢復(fù)系數(shù)，用或稱恢復(fù)系數(shù)，用s sr r表示。表示。表示。表示。T Tf f大，大，大，大，S Sr r越大越大越大越大，反向電流反向電流反向電流反向電流變化慢，反向尖峰電壓越小。變化慢，反向尖峰電壓越小。變化慢，反向尖峰電壓越小。變化慢，反向尖峰電壓越小。圖電力二極管開關(guān)過程中電壓、電流波形圖電力二極管開關(guān)過程中電壓、電流波形第25頁/共208頁電力二極管的特性與參數(shù)電力二極管的特性與參數(shù)電力二極管的特性與參數(shù)電力二極管的特性與參數(shù)（1 1 1 1）普通二極管）普通二極管）普通二極管）普通二極管：普通二極管又稱整流管（普通二極管又稱整流管（普通二極

39、管又稱整流管（普通二極管又稱整流管（Rectifier Rectifier DiodeDiode），），），），多用于開關(guān)頻率在多用于開關(guān)頻率在多用于開關(guān)頻率在多用于開關(guān)頻率在KHKHZ Z以下的整流電路中，以下的整流電路中，以下的整流電路中，以下的整流電路中，其反向恢復(fù)時(shí)間在其反向恢復(fù)時(shí)間在其反向恢復(fù)時(shí)間在其反向恢復(fù)時(shí)間在usususus以上，額定電流達(dá)數(shù)千安，額以上，額定電流達(dá)數(shù)千安，額以上，額定電流達(dá)數(shù)千安，額以上，額定電流達(dá)數(shù)千安，額定電壓達(dá)數(shù)千伏以上。定電壓達(dá)數(shù)千伏以上。定電壓達(dá)數(shù)千伏以上。定電壓達(dá)數(shù)千伏以上。（2 2 2 2）快恢復(fù)二極管：）快恢復(fù)二極管：）快恢復(fù)二極管：）快恢復(fù)二

40、極管：反向恢復(fù)時(shí)間在反向恢復(fù)時(shí)間在反向恢復(fù)時(shí)間在反向恢復(fù)時(shí)間在usususus以下的稱為快恢以下的稱為快恢以下的稱為快恢以下的稱為快恢復(fù)二極管（復(fù)二極管（復(fù)二極管（復(fù)二極管（Fast Recovery DiodeFast Recovery DiodeFast Recovery DiodeFast Recovery Diode簡稱簡稱簡稱簡稱FDRFDRFDRFDR）?？旎謴?fù)）?？旎謴?fù)）?？旎謴?fù)）?？旎謴?fù)二極管從性能上可分為二極管從性能上可分為二極管從性能上可分為二極管從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)二極管快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)二極管快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)二極管快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)二極管。前者反向

41、恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒以上，后者則在前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒以上，后者則在前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒以上，后者則在前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒以上，后者則在100ns100ns100ns100ns以以以以下，其容量可達(dá)下，其容量可達(dá)下，其容量可達(dá)下，其容量可達(dá)1200V/200A1200V/200A1200V/200A1200V/200A的水平的水平的水平的水平,多用于高頻整流多用于高頻整流多用于高頻整流多用于高頻整流和逆變電路中和逆變電路中和逆變電路中和逆變電路中。（3 3 3 3）肖特基二極管：）肖特基二極管：）肖特基二極管：）肖特基二極管：肖特基二極管是一種金屬同半導(dǎo)體相肖特基二極管是一種金

42、屬同半導(dǎo)體相肖特基二極管是一種金屬同半導(dǎo)體相肖特基二極管是一種金屬同半導(dǎo)體相接觸形成整流特性的單極型器件，其導(dǎo)通壓降的典型接觸形成整流特性的單極型器件，其導(dǎo)通壓降的典型接觸形成整流特性的單極型器件，其導(dǎo)通壓降的典型接觸形成整流特性的單極型器件，其導(dǎo)通壓降的典型值為值為值為值為0.40.40.40.40.6V0.6V0.6V0.6V，而且它的反向恢復(fù)時(shí)間短，為幾十納，而且它的反向恢復(fù)時(shí)間短，為幾十納，而且它的反向恢復(fù)時(shí)間短，為幾十納，而且它的反向恢復(fù)時(shí)間短，為幾十納秒（秒（秒（秒（10-40ns10-40ns10-40ns10-40ns）。但反向耐壓在。但反向耐壓在。但反向耐壓在。但反向耐壓在2

43、00200200200以下。以下。以下。以下。它常被用它常被用它常被用它常被用于高頻低壓開關(guān)電路或高頻低壓整流電路中于高頻低壓開關(guān)電路或高頻低壓整流電路中于高頻低壓開關(guān)電路或高頻低壓整流電路中于高頻低壓開關(guān)電路或高頻低壓整流電路中。電力二極管的主要類型：電力二極管的主要類型：第26頁/共208頁電力二極管的特性與參數(shù)電力二極管的特性與參數(shù)n n1、電力二極管的伏安特性、電力二極管的伏安特性n n2、電力二極管的開關(guān)特性、電力二極管的開關(guān)特性n n3、電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)第27頁/共208頁3 3、電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參

44、數(shù)（選擇二極管依據(jù)）（選擇二極管依據(jù)）（選擇二極管依據(jù)）（選擇二極管依據(jù)）額定正向平均電流額定正向平均電流額定正向平均電流額定正向平均電流在指定的管殼溫度（簡稱殼溫，用在指定的管殼溫度（簡稱殼溫，用在指定的管殼溫度（簡稱殼溫，用在指定的管殼溫度（簡稱殼溫，用T TC C表示）表示）表示）表示）和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。設(shè)該正弦半波電流的峰值為設(shè)該正弦半波電流的峰值為設(shè)該正弦半波電流的峰值為設(shè)該正弦半

45、波電流的峰值為I Imm,則額定電流則額定電流則額定電流則額定電流(平均電流平均電流平均電流平均電流)為為為為:（）（）（）（）（）（）（）（）可求出正弦半波電流的波形系數(shù)可求出正弦半波電流的波形系數(shù):定義某電流波形的有效值與平均值之比為這個(gè)電流波形的定義某電流波形的有效值與平均值之比為這個(gè)電流波形的波形系數(shù)（脈動(dòng)系數(shù)），用波形系數(shù)（脈動(dòng)系數(shù)），用K Kf f表示：表示：額定電流有效值為額定電流有效值為:（1）額定正向平均電流）額定正向平均電流IF(AV)第28頁/共208頁 正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定正向平均電

46、流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，因此使用時(shí)應(yīng)按流過二極管實(shí)際波形義的，因此使用時(shí)應(yīng)按流過二極管實(shí)際波形義的，因此使用時(shí)應(yīng)按流過二極管實(shí)際波形義的，因此使用時(shí)應(yīng)按流過二極管實(shí)際波形電流與工頻正弦半波平均電流熱效應(yīng)相等電流與工頻正弦半波平均電流熱效應(yīng)相等電流與工頻正弦半波平均電流熱效應(yīng)相等電流與工頻正弦半波平均電流熱效應(yīng)相等（即有效值相等）的原則來選取電流定額，（即有效值相等）的原則來選取電流定額，（即有效值相等）的原則來選取電流定額，（即有效值相等）的原則來選取電流定額，并應(yīng)留有并應(yīng)留有并應(yīng)留有并應(yīng)留有1.521.52倍倍倍倍的的的的裕量裕量裕量裕量。當(dāng)用在頻率較高的場合時(shí)，當(dāng)用在頻率較高的場合

47、時(shí)，當(dāng)用在頻率較高的場合時(shí)，當(dāng)用在頻率較高的場合時(shí)，開關(guān)損耗開關(guān)損耗開關(guān)損耗開關(guān)損耗造成的造成的造成的造成的發(fā)熱往往不能忽略。發(fā)熱往往不能忽略。發(fā)熱往往不能忽略。發(fā)熱往往不能忽略。當(dāng)采用反向漏電流較大的電力二極管時(shí)，其當(dāng)采用反向漏電流較大的電力二極管時(shí)，其當(dāng)采用反向漏電流較大的電力二極管時(shí)，其當(dāng)采用反向漏電流較大的電力二極管時(shí)，其斷態(tài)損耗斷態(tài)損耗斷態(tài)損耗斷態(tài)損耗造成的發(fā)熱效應(yīng)也不小造成的發(fā)熱效應(yīng)也不小造成的發(fā)熱效應(yīng)也不小造成的發(fā)熱效應(yīng)也不小 。第29頁/共208頁選擇二極管電流定額的過程：選擇二極管電流定額的過程：求出電路中流過二極管電流的有效值求出電路中流過二極管電流的有效值I IF F ；

48、求二極管電流定額求二極管電流定額I IFAVFAV，等于，等于有效值有效值I IF F 除以除以1.571.57；將選定的定額放大將選定的定額放大1.51.5到到2 2倍以保證安全。倍以保證安全。IF(AV)=(1.52)IF/1.57第30頁/共208頁如手冊(cè)上某電力二極管的額定電流為100A，說明：允許通過平均值為允許通過平均值為100A的正弦半波電流；的正弦半波電流；允許通過正弦半波電流的幅值為允許通過正弦半波電流的幅值為314A；允許通過任意波形的有效值為允許通過任意波形的有效值為157A的電流；的電流；在以上所有情況下其功耗發(fā)熱不超過允許值。在以上所有情況下其功耗發(fā)熱不超過允許值。第

49、31頁/共208頁n n 指指指指器器器器件件件件中中中中結(jié)結(jié)結(jié)結(jié)不不不不至至至至于于于于損損損損壞壞壞壞的的的的前前前前提提提提下下下下所所所所能能能能承承承承受受受受的的的的最高平均溫度。最高平均溫度。最高平均溫度。最高平均溫度。jMjMjMjM通常在通常在通常在通常在125125125125175175175175范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。3 3、電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)（2 2）反向重復(fù)峰值電壓）反向重復(fù)峰值電壓RRMRRM：指器件能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓（額定電壓）指器件能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓（額定電壓）此電壓通

50、常為擊穿電壓此電壓通常為擊穿電壓U U的的2/32/3。l（3 3）正向壓降正向壓降F F：指規(guī)定條件下，流過穩(wěn)定的額定電流時(shí)，器件兩端指規(guī)定條件下，流過穩(wěn)定的額定電流時(shí)，器件兩端的正向平均電壓的正向平均電壓(又稱管壓降又稱管壓降)。（4 4）反向漏電流反向漏電流RRRR：指器件對(duì)應(yīng)于反向重復(fù)峰值電壓時(shí)的反向電流。指器件對(duì)應(yīng)于反向重復(fù)峰值電壓時(shí)的反向電流。（5）最高工作結(jié)溫最高工作結(jié)溫jM：第32頁/共208頁二極管的基本應(yīng)用二極管的基本應(yīng)用 整流整流續(xù)流續(xù)流第33頁/共208頁第二章、第二章、電力電子器電力電子器件件vv 2.1 2.1、電力電子器件的基本模型電力電子器件的基本模型電力電子器

51、件的基本模型電力電子器件的基本模型 vv 2.2 2.2、電力二極管電力二極管電力二極管電力二極管 vv 2.3 2.3、晶閘管晶閘管晶閘管晶閘管vv 2.4 2.4、可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管 vv 2.5 2.5、電力晶體管電力晶體管電力晶體管電力晶體管 vv 2.6 2.6、電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管 vv 2.7 2.7、絕緣柵雙極型晶體管絕緣柵雙極型晶體管絕緣柵雙極型晶體管絕緣柵雙極型晶體管 vv 2.8 2.8、其它新型電力電子器件其它新型電力電子器件其它新型電力電子器件其它新型電力電子器件 vv 2.9 2.9、電力電子

52、器件的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電力電子器件的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電力電子器件的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電力電子器件的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)第34頁/共208頁2.3、晶閘管晶閘管n n晶閘管及其工作原理晶閘管及其工作原理n n晶閘管的特性與主要參數(shù)晶閘管的特性與主要參數(shù) n n晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件 第35頁/共208頁2.3、晶閘管晶閘管 晶晶晶晶閘閘閘閘管管管管(Thirsted)(Thirsted)包包包包括括括括：普普普普通通通通晶晶晶晶閘閘閘閘管管管管(SCR)(SCR)、快快快快速速速速晶晶晶晶閘閘閘閘管管管管(FST)(FST)、雙雙雙雙向向向向晶晶晶晶閘閘閘閘管管管管(TRIAC)(TRIAC)、逆逆逆逆導(dǎo)導(dǎo)導(dǎo)導(dǎo)晶晶

53、晶晶閘閘閘閘管管管管(RCT)(RCT)、可關(guān)斷晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、可關(guān)斷晶閘管(GTO)(GTO)和光控晶閘管等。和光控晶閘管等。和光控晶閘管等。和光控晶閘管等。由由由由于于于于普普普普通通通通晶晶晶晶閘閘閘閘管管管管面面面面世世世世早早早早，應(yīng)應(yīng)應(yīng)應(yīng)用用用用極極極極為為為為廣廣廣廣泛泛泛泛,因因因因此此此此在在在在無無無無特特特特別別別別說明的情況下說明的情況下說明的情況下說明的情況下,本書所說的晶閘管都為普通晶閘管。本書所說的晶閘管都為普通晶閘管。本書所說的晶閘管都為普通晶閘管。本書所說的晶閘管都為普通晶閘管。普普普普通通通通晶晶晶晶閘閘閘閘管管管管：也也也也稱稱稱稱可可

54、可可控控控控硅硅硅硅整整整整流流流流管管管管(Silicon(Silicon Controlled Controlled Rectifier),Rectifier),簡稱簡稱簡稱簡稱SCRSCR。由由由由于于于于它它它它電電電電流流流流容容容容量量量量大大大大,電電電電壓壓壓壓耐耐耐耐量量量量高高高高以以以以及及及及開開開開通通通通的的的的可可可可控控控控性性性性(目目目目前前前前生生生生產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)水水水水平平平平：4500A/8000V)4500A/8000V)已已已已被被被被廣廣廣廣泛泛泛泛應(yīng)應(yīng)應(yīng)應(yīng)用用用用于于于于相相相相控控控控整整整整流流流流、逆逆逆逆變變變變、交交交交流流流流調(diào)調(diào)調(diào)調(diào)壓

55、壓壓壓、直直直直流流流流變變變變換換換換等等等等領(lǐng)領(lǐng)領(lǐng)領(lǐng)域域域域,成成成成為為為為特特特特大大大大功功功功率率率率低頻低頻低頻低頻(200Hz(200Hz以下以下以下以下)裝置中的主要器件。裝置中的主要器件。裝置中的主要器件。裝置中的主要器件。第36頁/共208頁晶閘管及其工作原理晶閘管及其工作原理晶閘管及其工作原理晶閘管及其工作原理n n （1 1 1 1）外形封裝形式）外形封裝形式）外形封裝形式）外形封裝形式:可分為小電流塑封式、小電流可分為小電流塑封式、小電流可分為小電流塑封式、小電流可分為小電流塑封式、小電流螺旋式、大電流螺旋式和大電流平板式螺旋式、大電流螺旋式和大電流平板式螺旋式、大

56、電流螺旋式和大電流平板式螺旋式、大電流螺旋式和大電流平板式(額定電流在額定電流在額定電流在額定電流在200A200A以上以上以上以上),),分別由圖、分別由圖、分別由圖、分別由圖、(b)(b)、(c)(c)、(d)(d)所示。所示。所示。所示。n n （2 2 2 2）晶閘管有）晶閘管有）晶閘管有）晶閘管有三個(gè)電極三個(gè)電極三個(gè)電極三個(gè)電極,它們是陽極它們是陽極它們是陽極它們是陽極A,A,陰極陰極陰極陰極K K和門和門和門和門極極極極(或稱柵極或稱柵極或稱柵極或稱柵極)G,)G,它的電氣符號(hào)如圖所示。它的電氣符號(hào)如圖所示。它的電氣符號(hào)如圖所示。它的電氣符號(hào)如圖所示。圖圖晶閘管的外型晶閘管的外型及

57、符號(hào)及符號(hào)1、晶閘管的結(jié)構(gòu)：晶閘管的結(jié)構(gòu)：第37頁/共208頁常用晶閘管的結(jié)構(gòu)螺栓型晶閘管晶閘管模塊平板型晶閘管外形及結(jié)構(gòu)第38頁/共208頁晶晶晶晶閘閘閘閘管管管管是是是是大大大大功功功功率率率率器器器器件件件件,工工工工作作作作時(shí)時(shí)時(shí)時(shí)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)生生生生大大大大量量量量的的的的熱熱熱熱，因因因因此此此此必必必必須須須須安安安安裝裝裝裝散熱器。散熱器。散熱器。散熱器。螺螺螺螺旋旋旋旋式式式式晶晶晶晶閘閘閘閘管管管管緊緊緊緊栓栓栓栓在在在在鋁鋁鋁鋁制制制制散散散散熱熱熱熱器器器器上上上上,采采采采用用用用自自自自然然然然散散散散熱熱熱熱冷冷冷冷卻卻卻卻方方方方式式式式,如圖所示。如圖所示。如圖所

58、示。如圖所示。平平平平板板板板式式式式晶晶晶晶閘閘閘閘管管管管由由由由兩兩兩兩個(gè)個(gè)個(gè)個(gè)彼彼彼彼此此此此絕絕絕絕緣緣緣緣的的的的散散散散熱熱熱熱器器器器緊緊緊緊夾夾夾夾在在在在中中中中間間間間,散散散散熱熱熱熱方方方方式式式式可可可可以以以以采采采采用用用用風(fēng)風(fēng)風(fēng)風(fēng)冷冷冷冷或或或或水水水水冷冷冷冷,以以以以獲獲獲獲得得得得較較較較好好好好的的的的散散散散熱熱熱熱效效效效果果果果,如如如如圖圖圖圖、(c)(c)所示。所示。所示。所示。圖晶閘管的散熱器圖晶閘管的散熱器第39頁/共208頁逆阻型晶閘管逆阻型晶閘管SCR兩個(gè)三極管正反饋兩個(gè)三極管正反饋晶閘管的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)模型螺栓型第40頁/共208頁晶閘

59、管型號(hào)及其含義晶閘管型號(hào)及其含義晶閘管型號(hào)及其含義晶閘管型號(hào)及其含義 導(dǎo)通時(shí)平均電壓組別導(dǎo)通時(shí)平均電壓組別導(dǎo)通時(shí)平均電壓組別導(dǎo)通時(shí)平均電壓組別共九級(jí)共九級(jí)共九級(jí)共九級(jí),用字母用字母用字母用字母AIAI表示表示表示表示0.41.2V0.41.2V額定電壓額定電壓,用百位或千位數(shù)表示用百位或千位數(shù)表示取取UFRM或或URRM較小者。較小者。正、反向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓正、反向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓額定正向平均電流額定正向平均電流(IF)（晶閘管類型）（晶閘管類型）（晶閘管類型）（晶閘管類型）P P-普通晶閘管普通晶閘管普通晶閘管普通晶閘管K K-快速晶閘管快速晶閘管快速晶閘管快速晶閘管S S-雙向晶閘管雙向

60、晶閘管雙向晶閘管雙向晶閘管晶閘管晶閘管K P普通型普通型如如KP5-7表示表示額定正向平均電流為額定正向平均電流為5A,額定電壓為額定電壓為700V。第41頁/共208頁2 2、晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理圖晶閘管的結(jié)構(gòu)模型和等效電路圖晶閘管的結(jié)構(gòu)模型和等效電路 1 1）導(dǎo)通：）導(dǎo)通：晶閘管陽極施加正向電壓時(shí)晶閘管陽極施加正向電壓時(shí),若給門極若給門極G G也加正向電壓也加正向電壓U Ug g,門門極電流極電流I Ig g經(jīng)三極管經(jīng)三極管T T2 2放大后成為集電極電流放大后成為集電極電流I Ic2c2，I Ic2c2又是三極又是三極管管T T1 1的基極電流

61、的基極電流,放大后的集電極電流放大后的集電極電流I Ic1c1進(jìn)一步使進(jìn)一步使IgIg增大且增大且又作為又作為T T2 2的基極電流流入。重復(fù)上述正反饋過程的基極電流流入。重復(fù)上述正反饋過程，兩個(gè)三極兩個(gè)三極管管T T1 1、T T2 2都快速進(jìn)入飽和狀態(tài)都快速進(jìn)入飽和狀態(tài),使晶閘管陽極使晶閘管陽極A A與陰極與陰極K K之間導(dǎo)之間導(dǎo)通。此時(shí)若撤除通。此時(shí)若撤除Ug,TUg,T1 1、T T2 2內(nèi)部電流仍維持原來的方向內(nèi)部電流仍維持原來的方向,只要只要滿足陽極正偏的條件滿足陽極正偏的條件,晶閘管就一直晶閘管就一直導(dǎo)通導(dǎo)通。晶閘管晶閘管(單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?,),導(dǎo)通條件為導(dǎo)通條件為陽極正偏

62、陽極正偏和和門極正偏門極正偏。雙晶體管模型：雙晶體管模型：T T2 2的集電極與的集電極與T T1 1基極連基極連T T2 2的的基基極與極與T T1 1集電集電極連極連第42頁/共208頁2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理 在極短時(shí)間內(nèi)使兩在極短時(shí)間內(nèi)使兩個(gè)三極管均飽和導(dǎo)通，個(gè)三極管均飽和導(dǎo)通，此過程稱觸發(fā)導(dǎo)通。此過程稱觸發(fā)導(dǎo)通。形成正反饋過程形成正反饋過程形成正反饋過程形成正反饋過程E EAA00、E EGG00AAKKGGEA+_R T1T2EG_+第43頁/共208頁EA+_R T1T2EGAA_+KK晶閘管導(dǎo)通后，去掉晶閘管導(dǎo)通后，去掉晶閘管導(dǎo)通后，去掉晶閘管導(dǎo)通后，去掉E E

63、GG，依靠正反饋，仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。依靠正反饋，仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。依靠正反饋，仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。依靠正反饋，仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理E EAA00、E EGG00形成正反饋過程形成正反饋過程形成正反饋過程形成正反饋過程G第44頁/共208頁2 2）阻斷：）阻斷：當(dāng)晶閘管當(dāng)晶閘管當(dāng)晶閘管當(dāng)晶閘管A A A A、K K K K間承受正向電壓，間承受正向電壓，間承受正向電壓，間承受正向電壓，而門極電流而門極電流而門極電流而門極電流I I I Ig g g g=0=0=0=0時(shí)時(shí)時(shí)時(shí),上述上述上述上述T T T T1 1 1 1和和和和T T T T2 2 2 2之間

64、的正反饋不能建之間的正反饋不能建之間的正反饋不能建之間的正反饋不能建立起來立起來立起來立起來,晶閘管晶閘管晶閘管晶閘管A A A A、K K K K間只有很小的正向漏電流，它處間只有很小的正向漏電流，它處間只有很小的正向漏電流，它處間只有很小的正向漏電流，它處于正向于正向于正向于正向阻斷阻斷阻斷阻斷狀態(tài)。狀態(tài)。狀態(tài)。狀態(tài)。2 2、晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理圖晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路圖晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路第45頁/共208頁陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)陽極電壓上升率陽極電壓上升率du/dt過高過高結(jié)溫較

65、高結(jié)溫較高光觸發(fā)光觸發(fā)光光觸觸發(fā)發(fā)可可以以保保證證控控制制電電路路與與主主電電路路之之間間的的良良好好絕絕緣緣而而應(yīng)應(yīng)用用于于高高壓壓電電力力設(shè)設(shè)備備中中，稱稱為為光光控控晶晶 閘閘 管管（Light Triggered ThyristorLTT）。只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。其他幾種可能導(dǎo)通的情況其他幾種可能導(dǎo)通的情況：第46頁/共208頁晶閘管導(dǎo)通的條件：晶閘管導(dǎo)通的條件：晶閘管導(dǎo)通的條件：晶閘管導(dǎo)通的條件：(1)(1)晶閘管陽極電路晶閘管陽極電路晶閘管陽極電路晶閘管陽極電路(陽極與陰極之間陽極與陰極之間陽極與陰極之間陽極與陰極之

66、間)施加正向電壓。施加正向電壓。施加正向電壓。施加正向電壓。(2)(2)晶閘管控制電路晶閘管控制電路晶閘管控制電路晶閘管控制電路(控制極與陰極之間控制極與陰極之間控制極與陰極之間控制極與陰極之間)加正向電壓或正向脈沖加正向電壓或正向脈沖加正向電壓或正向脈沖加正向電壓或正向脈沖(正向觸發(fā)電壓正向觸發(fā)電壓正向觸發(fā)電壓正向觸發(fā)電壓)。晶閘管導(dǎo)通后，控制極便失去作用。晶閘管導(dǎo)通后，控制極便失去作用。晶閘管導(dǎo)通后，控制極便失去作用。晶閘管導(dǎo)通后，控制極便失去作用。依靠正反饋，依靠正反饋，依靠正反饋，依靠正反饋，晶閘管仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管關(guān)斷的條件：晶閘管關(guān)斷的條件：晶閘管關(guān)斷的條件：晶閘管關(guān)斷的條件：(1)(1)必須使可控硅陽極電流減小，直到正反饋效應(yīng)不能維持。必須使可控硅陽極電流減小，直到正反饋效應(yīng)不能維持。(2)(2)將陽極電源斷開或者在晶閘管的將陽極電源斷開或者在晶閘管的陽極和陰極間加反向電壓。（過零或變負(fù)）陽極和陰極間加反向電壓。（過零或變負(fù)）陽極和陰極間加反向電壓。（過零或變負(fù)）陽極和陰極間加反向電壓。（過零或