電力電子技術(shù)---第二章

1、合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組電 力 電 子 技 術(shù)Power Electronic Technology合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組第二講第二講 電力電子器件（一）電力電子器件（一）2.1 2.1 電力電子器件概述電力電子器件概述2.2 2.2 不可控器件電力二極管不可控器件電力二極管2.3 2.3 半控型器件晶閘管半控型器件晶閘管合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1 電力電子器件概述2.1.1 2.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征2.1.2 2.1.2 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成

2、2.1.3 2.1.3 電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi)合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1.1 2.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征主電路主電路（Main Power Circuit）電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路。電力電子器件電力電子器件（Power Electronic Device）可直接用于處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1.1 2.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征 廣義上電力電子器件可分為電真空器件（Electr

3、on Device）和半導(dǎo)體器件（Semiconductor Device）兩類(lèi)。 兩類(lèi)中，自20世紀(jì)50年代以來(lái)，真空管（Vacuum Valve）僅在頻率很高（如微波）的大功率高頻電源中還在使用，而電力半導(dǎo)體器件已取代了汞弧整流器（Mercury Arc Rectifier）、閘流管（Thyratron）等電真空器件，成為絕對(duì)主力。因此，電力電子器件目前也往往專(zhuān)指電力半導(dǎo)體器件。 電力半導(dǎo)體器件（Power Semiconductor Device）所采用的主要材料仍然是硅合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1.1 2.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和

4、特征同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的一般特征：能處理電功率的大小，即承受電壓和電流能處理電功率的大小，即承受電壓和電流 的能力是的能力是最重要的參數(shù)最重要的參數(shù)其處理電功率的能力小至毫瓦級(jí)，大至兆瓦級(jí), 大多都遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1.1 2.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)導(dǎo)通時(shí)【通態(tài)（OnState）】阻抗（Impedance）很小，接近于短路，管壓降（Voltage Across the Tube）接近于零，而電流由外電路決定阻斷時(shí)【斷

5、態(tài)（OffState）】阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，而管子兩端電壓由外電路決定電力電子器件的動(dòng)態(tài)特性（Dynamic Speciality）【也就是開(kāi)關(guān)特性（Switching Speciality）】和參數(shù)，也是電力電子器件特性很重要的方面，有些時(shí)候甚至上升為第一位的重要問(wèn)題。作電路分析時(shí)，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)往往用理想開(kāi)關(guān)來(lái)代替合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1.1 2.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征電力電子器件往往需要由信息電子電路來(lái)控制電力電子器件往往需要由信息電子電路來(lái)控制在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大

6、，這就是電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路(Driving Circuit）為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致器件溫度過(guò)高而損為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致器件溫度過(guò)高而損壞，不僅在器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在其工作時(shí)一般壞，不僅在器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。都要安裝散熱器。導(dǎo)通時(shí)器件上有一定的通態(tài)壓降（On-state Voltagedrop），形成通態(tài)損耗（ On-state Losses)阻斷時(shí)器件上有微小的斷態(tài)漏電流（Leakage Current）流過(guò)，形成斷態(tài)損耗 ( Off-state Losses）合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1.1 2.1

7、.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征 在器件開(kāi)通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)通損耗（Turning on Losses）和關(guān)斷損耗（Turning off Losses），總稱(chēng)開(kāi)關(guān)損耗（Switching Loss） 對(duì)某些器件來(lái)講，驅(qū)動(dòng)電路向其注入的功率也是造成器件發(fā)熱的原因之一 通常電力電子器件的斷態(tài)漏電流（Leakage Current）極小，因而通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因 器件開(kāi)關(guān)頻率（Switching Frequency）較高時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗會(huì)隨之增大而可能成為器件功率損耗的主要因素 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1.2 2.1.2 應(yīng)用電力

8、電子器件的系統(tǒng)組成應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成 電力電子系統(tǒng)電力電子系統(tǒng)：由控制電路（Control Circuit）、驅(qū)動(dòng)電路（Driving Circuit）和以電力電子器件為核心的主電路（Main Circuit）組成 圖1-1 電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成控制電路檢測(cè)電路驅(qū)動(dòng)電路RL主電路V1V2合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1.2 2.1.2 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成控制電路（Control Circuit）按系統(tǒng)的工作要求形成控制信號(hào)（Control Signal），通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路（Driving Circuit）去控制主電路（

9、Main Circuit）中電力電子器件的通或斷（Turn-on or Turn-off），來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1.2 2.1.2 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成有的電力電子系統(tǒng)中，還需要有檢測(cè)電路（Detect Circuit）。廣義上往往其和驅(qū)動(dòng)電路等主電路之外的電路都?xì)w為控制電路，從而粗略地說(shuō)電力電子系統(tǒng)是由主電路和控制電路組成的。主電路中的電壓和電流一般都較大，而控制電路的元器件只能承受較小的電壓和電流，因此在主電路和控制電路連接的路徑上，如驅(qū)動(dòng)電路與主電路的連接處，或者驅(qū)動(dòng)電路與控制信號(hào)的連接處，以及主電路

10、與檢測(cè)電路的連接處，一般需要進(jìn)行電氣隔離（Electrical Isolation），通過(guò)其它手段如光、磁等來(lái)傳遞信號(hào)。合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1.2 2.1.2 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成由于主電路中往往有電壓和電流的過(guò)沖，而電力電子器件一般比主電路中普通的元器件要昂貴，但承受過(guò)電壓和過(guò)電流的能力卻要差一些，因此，在主電路和控制電路中附加一些保護(hù)電路，以保證電力電子器件和整個(gè)電力電子系統(tǒng)正常可靠運(yùn)行，也往往是非常必要的。器件一般有三個(gè)端子（或稱(chēng)極或管角），其中兩個(gè)聯(lián)結(jié)在主電路中，而第三端被稱(chēng)為控制端（或控制極）。器件通斷是通過(guò)在其控制端

11、和一個(gè)主電路端子之間加一定的信號(hào)來(lái)控制的，這個(gè)主電路端子是驅(qū)動(dòng)電路和主電路的公共端，一般是主電路電流流出器件的端子。 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1.3 2.1.3 電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi)按照器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度，分為以下三類(lèi)：半 控 型 器 件半 控 型 器 件 ( S e m i - c o n t r o l l e d Device)通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1.3 2.1.

12、3 電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi)全控型器件全控型器件(Full-controlled Device)通過(guò)控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱(chēng)自關(guān)斷器件絕緣柵雙極晶體管（Insulated-Gate Bipolar TransistorIGBT）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Power MOSFET，簡(jiǎn)稱(chēng)為電力MOSFET）門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-Off Thyristor GTO）合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1.3 2.1.3 電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi)不可控器件不可控器件(Uncontrolled Device)不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通斷，

13、因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路電力二極管（Power Diode） 只有兩個(gè)端子，器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1.3 2.1.3 電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi) 按照驅(qū)動(dòng)電路加在器件控制端和公共端之間信號(hào)的 性質(zhì)，分為兩類(lèi)： 電流驅(qū)動(dòng)型電流驅(qū)動(dòng)型(Current Driving Type)通過(guò)從控制端注入或者抽出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制 電壓驅(qū)動(dòng)型電壓驅(qū)動(dòng)型(Voltage Driving Type)僅通過(guò)在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制 電壓驅(qū)動(dòng)型器件實(shí)際上是通過(guò)加在控制端上的電壓

14、在器件的兩個(gè)主電路端子之間產(chǎn)生可控的電場(chǎng)來(lái)改變流過(guò)器件的電流大小和通斷狀態(tài)，所以又稱(chēng)為場(chǎng)控器件(Field Controlled Device)，或場(chǎng)效應(yīng)器件合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1.3 2.1.3 電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi)按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類(lèi)： 單極型器件單極型器件(Unipolar Device)由一種載流子參與導(dǎo)電的器件 雙極型器件雙極型器件(Bipolar Device)由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件 復(fù)合型器件復(fù)合型器件(Complex Device)由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件 合肥工

15、業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.1.3 2.1.3 電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件的分類(lèi)電力電子器件分類(lèi)樹(shù)MCTIGBT功率 MOSFET功率 SIT肖特基勢(shì)壘二極管SITHGTORCTTRIACLTT晶閘管電力二極管雙極型單極型混合型復(fù)合型（圖1-42GTR合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2 2.2 不可控器件電力二極管不可控器件電力二極管2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理2.2.2 2.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性2.2.3 2.2.3 電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)2.2.4

16、 2.2.4 電力二極管的主要類(lèi)型電力二極管的主要類(lèi)型合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理電力二極管（Power Diode）結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用快恢復(fù)二極管（Fast Recovery Diode）和肖特基二極管（Schottky Diode)，分別 在中、高頻整流和逆變，以及低壓高頻整流的場(chǎng)合，具有不可替代的地位合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理 電力二極管（Pow

17、er Diode）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PN結(jié)為基礎(chǔ) 由一個(gè)面積較大的PN結(jié)（PNjunction）和兩端引線以及封裝組成的 從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理圖1-2 電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號(hào)AKAKa)IKAPNJb)c)合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組西安瑞新電力電子公司二極管西安瑞新電力電子公司二極管 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)

18、目組2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理 N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合后構(gòu)成PN結(jié)。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)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)（Pervasion Movement），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(chēng)為空間電荷（Space Charge）?？臻g電荷建立的電場(chǎng)被稱(chēng)為內(nèi)電場(chǎng)（Inside Electric Field）或自建電場(chǎng)（Self Building Electric Field），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

19、區(qū)運(yùn)動(dòng)，即漂移運(yùn)動(dòng)（Excursion Movement）。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)既相互聯(lián)系又是一對(duì)矛盾，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)成的范圍，被稱(chēng)為空間電荷區(qū)，按所強(qiáng)調(diào)的角度不同也被稱(chēng)為耗盡層（Exhaust Layer）、阻擋層（Bar Layer）或勢(shì)壘區(qū)（Barrier Section）。合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作結(jié)與電力二極管的工作原理原理PN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)使得PN結(jié)在正向電流較大時(shí)壓降仍然很低，維持在1V左右，所以正向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)

20、為低阻態(tài)圖1-3 PN結(jié)的形成-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。+-+-+-+-+-空間電荷區(qū)P型區(qū)N型區(qū)內(nèi)電場(chǎng)合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作結(jié)與電力二極管的工作原理原理 PN結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài)結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài) PN結(jié)的單向?qū)щ娦?Unilateralism Conductivity) 二極管的基本原理就在于PN結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一主要特征 PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿(Reverse Breakdown of P-N Junction) 有雪崩擊穿(Avalanche Breakdown)和齊納擊穿

21、(Punch Through)兩種形式，可能導(dǎo)致熱擊穿 PN結(jié)的電容效應(yīng)：結(jié)的電容效應(yīng)： PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱(chēng)為結(jié)電容(Junction Capacitance)CJ，又稱(chēng)為微分電容(Incremental Capacitance)。結(jié)電容按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢(shì)壘電容(Barrier Capacitance)CB和擴(kuò)散電容(Diffuse Capacitance)CD合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作結(jié)與電力二極管的工作原理原理 勢(shì)壘電容(Barrier Capacitance)只在外加電壓

22、變化時(shí)才起作用，外加電壓頻率越高，勢(shì)壘電容作用越明顯。勢(shì)壘電容的大小與PN結(jié)截面積成正比，與阻擋層厚度成反比 擴(kuò)散電容(Diffuse Capacitance)僅在正向偏置時(shí)起作用。在正向偏置時(shí)，當(dāng)正向電壓較低時(shí)，勢(shì)壘電容為主；正向電壓較高時(shí)，擴(kuò)散電容為結(jié)電容主要成分 結(jié)電容(Junction Capacitance)影響PN結(jié)的工作頻率，特別是在高速開(kāi)關(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾睿踔敛荒芄ぷ?，?yīng)用時(shí)應(yīng)加以注意。合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2.1 PN2.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作結(jié)與電力二極管的工作原理原理 造成電力二極管和信息電子電路中的普通二極管造

23、成電力二極管和信息電子電路中的普通二極管區(qū)別的一些因素：區(qū)別的一些因素： 正向?qū)〞r(shí)要流過(guò)很大的電流，其電流密度較大，因而額外載流子(Carrier)的注入水平較高，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不能忽略 引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響 承受的電流變化率di/dt較大，因而其引線和器件自身的電感效應(yīng)也會(huì)有較大影響 為了提高反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降(Forward Bias Voltage)較大合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2.2 2.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性靜態(tài)特性（靜態(tài)特性（Static State Characteristic ）主要指其伏安

24、特性伏安特性(Volt-ampere Characteristic) 當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到一定值（門(mén)檻電壓UTO），正向電流才開(kāi)始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。當(dāng)電力二極管承受反向電壓時(shí)，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流(Reverse Leakage Current)。合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2.2 2.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性 圖1-4 電力二極管的伏安特性IOIFUTOUFU合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2.2 2.2.2 電力二極管

25、的基本特性電力二極管的基本特性動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性(Dynamic Characteristic)動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性因結(jié)電容的存在，三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，此過(guò)程中的電壓電流特性是隨時(shí)間變化的。動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性主要指開(kāi)關(guān)特性(Switching CharacteristicSwitching Characteristic) )，開(kāi)關(guān)特性反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷過(guò)程(Turn-off Transient)：v 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(guò)沖v 須經(jīng)過(guò)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)合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程

26、項(xiàng)目組2.2.2 2.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性延遲時(shí)間(Delay Time)：td= t1- t0, 電流下降時(shí)間(Current Fall Time)：tf= t2- t1反向恢復(fù)時(shí)間(Reverse Recovery Time)：trr= td+ tf恢復(fù)特性的軟度：下降時(shí)間與延遲時(shí)間的比值tf /td，或稱(chēng)恢復(fù)系數(shù)，用Sr表示b)UFPuiiFuFtfrt02Va)IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt圖1-5 電力二極管的動(dòng)態(tài)過(guò)程波形a) 正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置 b) 零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技

27、術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2.2 2.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性 開(kāi)通過(guò)程開(kāi)通過(guò)程(Turn-on Transient)： 電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過(guò)沖UFP，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值（如 2V）。這一動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間被稱(chēng)為正向恢復(fù)時(shí)間(Forward Recovery Time)tfr。 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用需一定的時(shí)間來(lái)儲(chǔ)存大量少子，達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大 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，UFP越高 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2.3 2.2.3 電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)正向平均電流正

28、向平均電流 (Average Rectifier Forward Current) IF(AV) 額定電流(Rating Current)在指定的管殼溫度（簡(jiǎn)稱(chēng)殼溫，用TC表示）和散熱條件下，其允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定義的，因此使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來(lái)選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。當(dāng)用在頻率較高的場(chǎng)合時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗(Switching Losses)造成的發(fā)熱往往不能忽略當(dāng)采用反向漏電流(Reverse Leakage Current)較大的電力二極管時(shí)，其斷態(tài)損耗(Off-state Losses)造成的發(fā)熱效應(yīng)也不小 合肥工業(yè)大學(xué)電氣

29、工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2.3 2.2.3 電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)正向壓降正向壓降 (Forward Voltage) UF指電力二極管在指定溫度下，流過(guò)某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降有時(shí)參數(shù)表中也給出在指定溫度下流過(guò)某一瞬態(tài)正向大電流時(shí)器件的最大瞬時(shí)正向壓降反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓(Peak Repetitive Reverse Voltage)URRM指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓通常是其雪崩擊穿電壓UB的2/3使用時(shí)，往往按照電路中電力二極管可能承受的反向最高峰值電壓的兩倍來(lái)選定 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)

30、目組2.2.3 2.2.3 電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)最高工作結(jié)溫最高工作結(jié)溫(Maximum Operation Junction Temperature)TJM結(jié)溫結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用TJ表示最高工作結(jié)溫最高工作結(jié)溫是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度TJM通常在125175C范圍之內(nèi)反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間(Reverse Recovery Time)trrtrr= td+ tf ，關(guān)斷過(guò)程中，電流降到0起到恢復(fù)反響阻斷能力止的時(shí)間浪涌電流浪涌電流 (Non)Repetitive Peak Surge (Non)Repetitive Peak Su

31、rge CurrentCurrent I IFSMFSM指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過(guò)電流。 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2.4 2.2.4 電力二極管的主要類(lèi)型電力二極管的主要類(lèi)型 按照正向壓降、反向耐壓、反向漏電流等性能，特別是反向恢復(fù)特性的不同介紹 在應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同場(chǎng)合的不同要求選擇不同類(lèi)型的電力二極管 性能上的不同是由半導(dǎo)體物理結(jié)構(gòu)和工藝上的差別造成的合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2.4 2.2.4 電力二極管的主要類(lèi)型電力二極管的主要類(lèi)型 普通二極管普通二極管（General Purpose Diode）普通

32、二極管又稱(chēng)整流二極管（Rectifier Diode）多用于開(kāi)關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路中其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5 s以上，這在開(kāi)關(guān)頻率不高時(shí)并不重要正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組2.2.4 2.2.4 電力二極管的主要類(lèi)型電力二極管的主要類(lèi)型 快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管（Fast Recovery DiodeFRD）恢復(fù)過(guò)程很短特別是反向恢復(fù)過(guò)程很短（5 s以下）的二極管，也簡(jiǎn)稱(chēng)快速二極管工藝上多采用了摻金措施有的采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)、有的采用改進(jìn)的PiN結(jié)構(gòu) 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精