电力电子器件功率二极管.ppt

第一章 电力半导体器件 1.0 电力电子器件 概述 1.1 功率二极管 1.2 晶闸管 1.3可关断晶闸管(GTO)、电力晶闸管(GTR) 1.4 功率场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管 1.5 电力电子器件散热、串并联及缓冲保护 1.0 电力电子器件 概述 1.0.1 电力电子器件—— 概念、分类、特征、损耗 1.0.2 应用电力电子器件的系统组成 1.0.3 电力电子器件的分类 1.0.1 电力电子器件 ——概念、分类、特征、损耗 1）概念: 主电路（Main Power Circuit） —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。功率变换器即为通常所说的电力电子电路（也称主电路），它由电力电子器件构成。 电力电子器件（Power Electronic Device） —可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 1.0.1 电力电子器件 ——概念、分类、特征、损耗 2）分类: 电真空器件 (汞弧整流器、闸流管) 半导体器件 (采用的主要材料硅） 目前，除了在大功率高频微波电路中仍使用真空管（电真空器件）外，其余的电力电子电路均由功率半导体器件组成 3）同处理信息的电子器件相比的一般特征： 能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。 1.0.1 电力电子器件 ——概念、分类、特征、损耗 主要损耗 1.0.2 应用电力电子器件的系统组成 电力半导体器件 是构成电力电子设备的核心，电力电子技术的基础。 作为开关元件的要求： 开关速度快、承受电流/电压能力大，工作损耗小。 理想：截止时—能承受高电压且漏电流要小； 导通时—能流过大电流和很低的管压降； 在开关转换时，具有短的开、关时间；通态损耗、断态损耗和开关损耗均要小。同时能承受高的di/dt和du/dt上升率，以及具有全控功能。 1.0.3 电力电子器件的分类 1. 按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度分为以下三类 2.按照门极(栅极)驱动电路信号的性质，分为两类： 电流驱动型 ——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。该类器件驱动功率大，驱动电路复杂，工作频率低。如SCR、 GTO、GTR 、BJT 另外，电力电子器件中： 电压，电流额定值从高往低的器件是SCR、GTO、IGBT、BJT和功率MOSFET。 工作频率从高往低的器件是功率MOSFET、IGBT、BJT、GTO和SCR。 1.1 功率二极管 1.1.1 PN结与功率二极管的工作原理 1.1.2 功率二极管的基本特性 1.1.3 功率二极管的主要参数 1.1.4 功率二极管的型号及选择原则 1.1.5 功率二极管的主要类型 1.1 功率二极管—不可控器件 1.1.1 PN结与功率二极管的工作原理 基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。 1.1.1 PN结与功率二极管的工作原理 1.1.1 PN结与功率二极管的工作原理 PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ，又称为微分电容。 结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容CD。 电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关状态。 1.1.2 功率二极管的基本特性 主要指其伏安特性 门坎电压UT，正向电流IF开始明显增加所对应的电压。 与IF对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降UF 。 承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。 1.1.2 功率二极管的基本特性 2) 动态特性 ——二极管的电压-电流特性随时间变化的 ——结电容的存在 1.1.2 功率二极管的基本特性 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。 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。 1.1.3 功率二极管的主要参数 额定电流——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。 IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。 在选用大功率二极管时，应按元件允许通过的电流有效值来选取。对应额定电流IF的有效值为1.57IF。 二极管的额定电流IF被定义为其额定发热所允许的正弦半波电流平均值。其正向导通流过额定电流时的电压降UF一般为1～2V。当二极管在规定的环境温度为+40℃和散热条件下工作时，通过正弦半波电流平均值IFR时，其管芯PN结温升不超过允许值。若正弦