第二章电力半导体器件.pptxVIP

 第 2 章电力半导体器件;2 电力半导体器件;2 电力半导体器件;2.1 概述;1）概念: 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。 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。 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）仍然; ; 半控型器件（Thyristor） ——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。 全控型器件（IGBT,MOSFET) ——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。 不可控器件(Power Diode) ——不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱动电路。;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； 电压驱动型 ——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。;⑶全控型按器件内部载流子参与导电的种类分类; 能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。 电力电子器件一般都工作在开关状态。 电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。 电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。;通态损耗是器件功率损耗的主要成因。 器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。; 自然界中的物质按其导电性能可分为三大类： 1. 导体 2. 绝缘体 3. 半导体(硅、锗、硒、金刚石、砷化稼、碳化硅等)指其导电能力明显依赖于内外状态的一类特殊物质。 (1)当半导体受到外界光和热的激发时，其导电能力发生显著的变化。 (2)在纯净的结构完整的半导体（被称为本征半导体）中加入微量的杂质后其导电能力会显著增强。 现已广泛应用的半导体材料大都是掺入了微量杂质的硅元素（或锗元素）材料研制得到的。 ;2.2.1 什么是PN结; 状态参数; 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???CD。 电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关状态。;PN结高频等效电路; 功率二极管（Power Diode）也称为半导体整流器（Semiconductor Rectifier，简称SR），不可控电力电子器件， 结构和原理简单，工作可靠，是20世纪最早(50年代)获得应用的电力电子器件，直到现在它在高、中频整流、逆变等领域仍然发挥着积极的作用。功率二极管是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的，现在也有做成模块式结构的，如下图。 ;由于功率二极管流过很大的电流，其中引线、焊接电阻压降等都有明显影响；同时为了提高耐压，掺杂浓度也造成压降较大。功率二极管一般工作在大电流、高电压场合。因此二极管本身耗散功率大、发热多，使用时必须配备良好的散热器，以使器件的温度不超过规定值，确保运行安全;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。;半导体二极管基本特性 ——单向导电性 ; 主要指其伏安特性 门槛电压UTO，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。;;半导体电力二极管的开关特性;正向压降先出现一个过冲UFP，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如 2V）。 正向恢复时间tfr。 电流上升率越大，UFP越高 。;反向恢复时间; 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。; 在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。 3） 反向重复峰值电压URRM 对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。 使用时，应当留有两倍的裕量。 4）反向恢复时间trr trr= td+ tf; 结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。 TJM是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。 TJM通常在125~175?C范围之内。 6) 浪涌电流IFSM 指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。 ; 半导体电力二极管的重要参数主要用来衡量二