《第一章 电子电力器件》.pdfVIP

第1章 电力电子器件 主要内容： 常用电力电子器件的基本结构、工作原理、 外特性、主要参数、开关特性、安全工作 区。 这些器件的驱动电路和缓冲电路。 1.1 功率二极管 1.1.1 功率二极管的结构和工作原理 1. 功率二极管的结构功率二极管的结构 功率二极管的结构功率二极管的结构 2. 功率二极管的工作原理功率二极管的工作原理 功率二极管的工作原理功率二极管的工作原理 由于PN结具有单向导电性，所以二极管是 一个正方向单向导电、反方向阻断的电力 电子器件。 1.1.2 功率二极管的特性和主要参数 1. 功率二极管的特性功率二极管的特性 功率二极管的特性功率二极管的特性 (1) 功率二极管的伏安特性 二极管具有单向导电能力，二极管正向导电时必 须克服一定的门坎电压U (又称死区电压)，当外 th 加电压小于门坎电压时，正向电流几乎为零。硅 二极管的门坎电压约为0.5V，当外加电压大于Uth 后，电流会迅速上升。当外加反向电压时，二极 管的反向电流I 是很小的，但是当外加反向电压 S 超过二极管反向击穿电压URO后二极管被电击 穿，反向电流迅速增加。 功率二极管的伏安特性 (2) 功率二极管的开关特性 由于PN结电容的存在，二极管从导通到截 止的过渡过程与反向恢复时间trr 、最大反向 电流值IRM，与二极管PN结结电容的大小、 导通时正向电流IFR所对应的存储电荷Q、电 路参数以及反向电流di/dt等都有关。普通二 极管的trr=2～10µs，快速恢复二极管的trr为 几十至几百ns,超快恢复二极管的t 仅几个 rr ns。 功率二极管的开关特性 2. 功率二极管的主要参数功率二极管的主要参数 功率二极管的主要参数功率二极管的主要参数 (1) 反向重复峰值电压URRM 取反向不重复峰值电压URSM 的80 ％称为反 向重复峰值电压URRM，也被定义为二极管 的额定电压URR 。显然，URRM小于二极管的 反向击穿电压URO 。 (2) 额定电流IFR 二极管的额定电流IFR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UFR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。若正弦电流的最大值为Im ，则额定 电流为 1 π 1 sin ( ) I FR = ∫0 I m ωtd ωt = × I m 2π π (1-1) (3) 最大允许的全周期均方根正向电流IFrms 二极管流过半波正弦电流的平均值为IFR 时，与其发热等效的全周期均方根正向电 流IFrms为 1 π 2 1 I Frms = ∫0 (I m sin ωt) d (ωt) = I m (1-2) 2π 2 由式(1-1)和(1-2)可得 π