電力二極管課件

電力二極管(自學(xué)）

1電力二極管及其工作原理（1）電力二極管概述電力二極管也稱為半導(dǎo)體整流器（SR），屬不可控電力電子器件，是20世紀(jì)最早（50年代）獲得應(yīng)用的電力電子器件，它在中、高頻整流和逆變以及低壓高頻整流的場(chǎng)合發(fā)揮著積極的作用，具有不可替代的地位。（2）電力二極管的結(jié)構(gòu)與工作原理①結(jié)構(gòu)

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)和兩端引線再加以封裝就構(gòu)成了電力二極管。

從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝，如下圖所示。

②二極管的基本原理——PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴舢?dāng)PN結(jié)外加正向電壓（正向偏置）時(shí)，在外電路上則形成自P區(qū)流入而從N區(qū)流出的電流，稱為正向電流IF，這就是PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)。

◆當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時(shí)（反向偏置）時(shí)，反向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為高阻態(tài)，幾乎沒(méi)有電流流過(guò)，被稱為反向截止?fàn)顟B(tài)。

◆PN結(jié)具有一定的反向耐壓能力，但當(dāng)施加的反向電壓過(guò)大，反向電流將會(huì)急劇增大，破壞PN結(jié)反向偏置為截止的工作狀態(tài)，這就叫反向擊穿。

當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到門(mén)檻電壓時(shí)，就有正向電流通過(guò)，正向電流隨外加正向電壓增大而迅速增加，二極管處于正向?qū)顟B(tài)，呈現(xiàn)“低阻態(tài)”，此時(shí)管子兩端的正向電壓稱為管壓降，僅1V左右。當(dāng)二極管承受反向電壓時(shí)，只有很小的反向漏電流流過(guò)，器件反向截止，呈現(xiàn)“高阻態(tài)”。如果增加反向電壓，達(dá)到反向擊穿電壓時(shí)，反向電流急劇增大，管子反向擊穿。

（2）電力二極管的開(kāi)關(guān)特性：也稱動(dòng)態(tài)特性

指電力二極管工作狀態(tài)在通態(tài)和斷態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)的特性。1）關(guān)斷特性：

關(guān)斷：電力二極管由正向偏置的通態(tài)轉(zhuǎn)換為反向偏置的斷態(tài)的過(guò)程。關(guān)斷過(guò)程中的電壓、電流波形如圖所示。

關(guān)斷須經(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)。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（由于外電路電感存在）。當(dāng)原來(lái)處于正向?qū)ǖ碾娏ΧO管外加電壓在tF時(shí)刻突然從正向變?yōu)榉聪驎r(shí)，正向電流IF開(kāi)始下降，下降速率由反向電壓和電路中的電感決定，而管壓降由于電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)基本變化不大。到t0時(shí)刻正向電流降為零，此時(shí)器件并沒(méi)有恢復(fù)反向阻斷能力，而是在外加反向電壓作用下形成較大的反向電流。直到t1時(shí)刻反向電流IRP（由URP產(chǎn)生的）達(dá)到最大值后，才開(kāi)始恢復(fù)反向阻斷，反向恢復(fù)電流迅速減小。到了t2時(shí)刻，電流變化率接近于零，管子兩端的反向電壓才降到外加反向電壓UR，二極管完全恢復(fù)反向阻斷能力。

原因：正向?qū)〞r(shí)在管子兩側(cè)儲(chǔ)存有大量少子，它們?cè)谕饧臃聪螂妷鹤饔孟卤怀槿〕龉茏?，因而形成較大的反向電流，當(dāng)它們即將被抽盡時(shí)，管壓降變?yōu)樨?fù)極性。URP：是外電路中電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使器件承受很高的反向電壓。

從圖中可定義：延遲時(shí)間：td=t1－t0

下降時(shí)間：tf=t2－t1

反向恢復(fù)時(shí)間：trr=td＋tf此時(shí)間就是關(guān)斷過(guò)程中，電流降到零時(shí)起到恢復(fù)反向阻斷能力時(shí)止的時(shí)間。

3電力二極管的主要參數(shù)（1）額定正向平均電流IF（AV）：指器件長(zhǎng)期運(yùn)行在規(guī)定管殼溫度和散熱條件下允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值。（2）正向壓降UF：指規(guī)定條件下，流過(guò)穩(wěn)定的正向電流時(shí)，器件兩端的正向平均電壓（又稱管壓降）。（3）反向重復(fù)峰值電壓URRM：指器件能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓。此電壓通常是擊穿電壓UB的2/3。使用時(shí)，往往按照電力二極管可能承受的反向最高峰值電壓的2倍來(lái)選定。（4）反向漏電流IRR：指器件對(duì)應(yīng)于反向重復(fù)峰值電壓時(shí)的反向電流。（5）最高工作結(jié)溫TJM：指器件中PN結(jié)不至于損壞的前提下所能承受的最高平均溫度。它通常在125℃～175℃范圍內(nèi)。其他參數(shù)詳見(jiàn)有關(guān)參考文獻(xiàn)。常用電力二極管的主要性能參數(shù)詳見(jiàn)有關(guān)手冊(cè)。

（2）快恢復(fù)二極管：反向恢復(fù)時(shí)間在5μS以下的稱為快恢復(fù)二極管?？焖倩謴?fù)二極管：反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒以上。

超快速恢復(fù)二極管：反向恢復(fù)時(shí)間在100nS以下，其容量可達(dá)1200V/200A的水平。應(yīng)用：多用于高頻整流和逆變電路中。（3）肖特基二極管：是一種金屬同半導(dǎo)體相接觸形成整流特性的單極型器件。主要特性：導(dǎo)通壓降為0.4～0.6V反向恢復(fù)時(shí)間短，為幾十納秒