电力电子技术之二器件二极管.pptVIP

二、电力二极管

1、PowerDiode电力整流管对改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面都具有非常重要的作用。随着各种高性能电力电子器件的出现，开发具有良好高频性能的电力整流管显得非常必要。目前，人们已通过新颖结构的设计和大规模集成电路制作工艺的运用，研制出集PIN整流管和肖特基整流管的优点于一体的具有MPS、SPEED和SSD等结构的新型高压快恢复整流管。*第30页，共58页，星期日，2025年，2月5日二、电力二极管

1、PowerDiode*二极管是一种由PN结构成的两端器件。功率二极管是一种PN结面积比较大的二极管(一般指电流容量在1A以上的二极管)，多用硅材料做成。分为低频功率二极管和高频功率二极管。低频功率二极管主要用于50Hz电源整流，高频功率二极管主要用于高频整流电路、传递无功功率的续流电路和功率开关的缓冲电路。目前比较成熟的产品有PN型、PIN型快速恢复二极管和功率肖特基二极管。第31页，共58页，星期日，2025年，2月5日二、电力二极管

1、快速功率二极管工作原理1.1结构与工作原理二极管的核心是PN结，PN结最基本的特性是单向导电性。因此二极管最适于做成将交流电变为直流电的整流二极管。二极管的图形符号如图所示，PN结的P端引线称为阳极A，PN结的N端引线称为阴极K。*第32页，共58页，星期日，2025年，2月5日二、电力二极管

1、快速功率二极管工作原理当二极管(即PN结)接上正向电压(简称正偏)时，即阳极A(P)接电源正端，阴极K(N)接电源负端，二极管导电，电流从A(P)流至K(N)；当二极管即PN结接上反向电压(简称反偏)时，A(P)接电源负端，K(N)接电源正端，二极管不导电(简称截止或阻断)。*第33页，共58页，星期日，2025年，2月5日二、电力二极管

1、快速功率二极管工作原理(1)正向接法二极管的正向接法见图(b)，PN结外加电压所产生的外电场EC与内电场Ei方向相反，因此PN结的内电场被削弱。其PN结等效正向电阻很小，管子两端正向电压降仅约1V左右(大电流硅半导体电力二极管超过1V，小电流硅二极管仅0.7V，锗二极管约0.3V)。这时的二极管在电路中相当于一个处于导通状态(通态)的开关。*第34页，共58页，星期日，2025年，2月5日二、电力二极管

1、快速功率二极管工作原理(2)反向接法二极管的反向接法见图(c)，PN结外加电压所产生的外电场Ee与原内电场Ei方向相同。外电场使原内电场更增强，其PN结等效正向电阻很大，因此反偏时二极管电流极小。这个电流称为二极管的反向电流，也称为反向饱和电流Is。*第35页，共58页，星期日，2025年，2月5日二、电力二极管

1、PowerDiode*PowerDiodesStudtype“Hockey-puck”type第36页，共58页，星期日，2025年，2月5日二、电力二极管

1、快速功率二极管工作原理1.2特性与参数(1)静态特性理想的二极管静态伏安特性曲线如图中的曲线①所示。但实际上二极管静态伏安特性为图中的曲线②。*第37页，共58页，星期日，2025年，2月5日二、电力二极管

1、快速功率二极管工作原理①二极管正向导电时必须克服一定的门坎电压UT(UT又称死区电压)。当外加电压小于死区电压时，外电场不足以克服PN结内电场。因此正向电流几乎为零。硅二极管的门坎电压UT约为0.5V，锗二极管约为0.2V。当外加电压大于UT后内电场被大大削弱，电流才会迅速上升。*第38页，共58页，星期日，2025年，2月5日二、电力二极管

1、快速功率二极管工作原理*第39页，共58页，星期日，2025年，2月5日二、电力二极管

1、快速功率二极管工作原理②当二极管外加反向电压UR但还不超过某一临界击穿电压值URBR时才会使反向电流IR保持为反向饱和电流Is。实际二极管的反向饱和电流Is是很小的。但是当外加反向电压超过URBR后二极管被电击穿，反向电流迅速增加。工作时若无特殊的限流保护措施，二极管被电击穿后将造成PN结的永久损坏而丧失单向导电能力。为防止二极管出现电击穿，使用中通常只允许施加于二极管的最高反向工作电压为其击穿电压URBR的1/2。*第40页，共58页，星期日，2025年，2月5日二、电力二极管

1、快速功率二极管工作原理在高频开关状态下工作时，PN结的高频等效电路如图所示，图中R表示PN结的电阻。C表示PN结的电容，R、C不仅与二极管本身结构和工艺