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第2章 常用功率半导体器件及工作状态 2.0 电力半导体器件种类与特点 2.1　功率场效应管功率二极管 2.2 绝缘栅极双极型晶体管功率晶体管 2.3 晶闸管 2.4 快恢复二极管 2.5 肖特基二极管 2.0 电力半导体器件种类与特点 2.0.1 半导体器件分类 从功率等级来分类 有微功率器件、小功率器件、大功率器件等等 制造材料分类 有锗管、硅管等等 从导电机理分类 有双极型器件、单极型器件、混合型器件等等 从控制方式来分类 可分为不可控器件、半可控器件和全可控器件三类器件 2.0.2 电力半导体器件发展水平 在整流管类中，快速恢复二极管将有较大的发展 在高压直流输电中，晶闸管（光控晶闸管）将有很好的发展机遇。 在功率晶体管类中，以IGBT发展最为迅速 2.4.2 功率二极管开关特性  电力二极管的基本特性 反相恢复时间，反相恢复电流。  电力二极管的主要参数 1. 正向平均电流IF(AV) 额定电流——在指定的管壳温度（简称壳温，用TC表示）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 正向平均电流是按照电流的发热效应来定义的，因此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。 当用在频率较高的场合时，开关损耗造成的发热往往不能忽略 当采用反向漏电流较大的电力二极管时，其断态损耗造成的发热效应也不小 电力二极管的主要参数 2. 正向压降UF 指电力二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降 有时参数表中也给出在指定温度下流过某一瞬态正向大电流时器件的最大瞬时正向压降 3. 反向重复峰值电压URRM 指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压 通常是其雪崩击穿电压UB的2/3 使用时，往往按照电路中电力二极管可能承受的反向最高峰值电压的两倍来选定 电力二极管的主要参数 4. 最高工作结温TJM 结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示 最高工作结温是指在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 5. 反向恢复时间trr trr= td+ tf ，关断过程中，电流降到0起到恢复反响阻断能力止的时间 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。 电力二极管的主要类型 1. 普通二极管（General Purpose Diode） 又称整流二极管（Rectifier Diode） 多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中 其反向恢复时间较长，一般在5?s以上，这在开关频率不高时并不重要 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上 ? 电力二极管的主要类型 2. 快恢复二极管（Fast Recovery Diode—— FRD） 恢复过程很短特别是反向恢复过程很短（5?s以下）的二极管，也简称快速二极管 工艺上多采用了掺金措施 有的采用PN结型结构 有的采用改进的PN结构 电力二极管的主要类型 采用外延型PN结构的的快恢复外延二极管（Fast Recovery Epitaxial Diodes——FRED），其反向恢复时间更短（可低于50ns），正向压降也很低（0.9V左右），但其反向耐压多在400V以下 从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到20~30ns。 电力二极管的主要类型 3. 肖特基二极管 以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode——SBD），简称为肖特基二极管 20世纪80年代以来，由于工艺的发展得以在电力电子电路中广泛应用 肖特基二极管的弱点 当反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下 反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度 电力二极管的主要类型 肖特基二极管的优点 反向恢复时间很短（10~40ns） 正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲 在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管 其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高 * 2.1.1 概述 ◤功率场效应管，即功率MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 是一种单极型的电压控制器件，有驱动功率小、工作速度高、无二次击穿、安全工作区宽等显著优点。◢ ◤在中小功率的高性能开关电源、斩波器、逆变器中，功率场效应管