認(rèn)識(shí)不可控器件電力二極管

電力電子技術(shù)項(xiàng)目二認(rèn)識(shí)電力電子器件重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院2.1認(rèn)識(shí)不可控器件——電力二極管電力電子器件

電力半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)及其應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。電力電子技術(shù)的發(fā)展取決于電力電子器件的研制與應(yīng)用。電力電子器件：電力電子電路中能實(shí)現(xiàn)電能的變換和控制的半導(dǎo)體電子器件。什么是電力二極管?電力二極管也稱為半導(dǎo)體整流器（簡(jiǎn)稱SR），屬不可控電力電子器件，是20世紀(jì)最早獲得應(yīng)用的電力電子器件。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。什么是電力二極管?電力二極管也稱為半導(dǎo)體整流器（簡(jiǎn)稱SR），屬不可控電力電子器件，是20世紀(jì)最早獲得應(yīng)用的電力電子器件?；窘Y(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)和兩端引線以及封裝組成。從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種。

圖1.2.1電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符

a）結(jié)構(gòu)b）外形c）電氣圖形PN結(jié)與電力二極管的工作原理

狀態(tài)參數(shù)正向?qū)ǚ聪蚪刂狗聪驌舸╇娏髡虼髱缀鯙榱惴聪虼箅妷壕S持1V反向大反向大阻態(tài)低阻態(tài)高阻態(tài)——1-5二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)的狀態(tài)PN結(jié)與電力二極管的工作原理PN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)為低阻態(tài)。PN結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài)：

PN結(jié)有單向?qū)щ娦?。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。電力二極管的伏安特性曲線PN結(jié)與電力二極管的工作原理1-7PN結(jié)的反向擊穿（兩種形式)雪崩擊穿齊納擊穿均可能導(dǎo)致熱擊穿PN結(jié)的電容效應(yīng)

PN結(jié)的空間電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容CJ，又稱為微分電容。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CB和擴(kuò)散電容CD

。電力二極管的基本特性靜態(tài)特性主要指其伏安特性門檻電壓UTO，正向電流IF開始明顯增加所對(duì)應(yīng)的電壓。與IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓即為其正向電壓降UF

。承受反向電壓時(shí)，只有微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。圖電力二極管的伏安特性IOIFUTOUFU電力二極管的基本特性動(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)過渡過程，此過程中的電壓—電流特性是隨時(shí)間變化的。動(dòng)態(tài)特性主要指開關(guān)特性二極管的電壓-電流特性隨時(shí)間變化的結(jié)電容的存在延遲時(shí)間：td=t1-t0,電流下降時(shí)間：tf=t2-t1反向恢復(fù)時(shí)間：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，或稱恢復(fù)系數(shù)，用Sr表示。FUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置b)UFPuiiFuFtfrt02V零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置電力二極管的基本特性動(dòng)態(tài)特性FUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置b)UFPuiiFuFtfrt02V零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過沖UFP，經(jīng)過一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值（如2V）。正向恢復(fù)時(shí)間tfr。電流上升率越大，UFP越高。

開通過程：

關(guān)斷過程須經(jīng)過一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。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沖。電力二極管的主要參數(shù)正向平均電流IF(AV)正向壓降UF反向重復(fù)峰值電壓URRM反向恢復(fù)時(shí)間trr最高工作結(jié)溫TJM浪涌電流IFSM額定電流——在指定的管殼溫度和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。IF(AV)是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。1-12正向平均電流IF(AV)電力二極管的主要參數(shù)在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降。正向壓降UF電力二極管的主要參數(shù)反向重復(fù)峰值電壓URRM反向恢復(fù)時(shí)間trrtrr=td+tf對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓。使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)留有兩倍的裕量。電力二極管的主要類型普通二極管快恢復(fù)二極管肖特基二極管又稱整流二極管多用于開關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到很高電力二極管的主要類型普通二極管普通二極管又稱整流二極管。多用于開關(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5ms以上，這在開關(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。簡(jiǎn)稱快速二極管快恢復(fù)外延二極管（FastRecoveryEpitaxialDiodes——FRED），其trr更短（可低于50ns），UF也很低（0.9V左右），但其反向耐壓多在1200V以下。從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者trr為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100ns以下，甚至達(dá)到20~30ns。電力二極管的主要類型恢復(fù)過程很短特別是反向恢復(fù)過程很短（5ms以下）的二極管，也簡(jiǎn)稱快速二極管。工藝上多采用了摻金措施?？旎謴?fù)二極管肖特基二極管的弱點(diǎn)反向耐壓提高時(shí)正向壓降會(huì)提高，多用于200V以下。反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，必須嚴(yán)格地限制其工作溫度。肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)反向恢復(fù)時(shí)間很短（10~40ns）。正向恢復(fù)過程中也不會(huì)有明顯的電壓過沖。反向耐壓較低時(shí)其正向壓降明顯低于快恢復(fù)二極管