[信息与通信]第2章__电力电子器件.ppt

第2章 电力电子器件 2.1 电力电子器件的分类 2.2 不可控器件——二极管 2.3 半控型器件——晶闸管 2.4 典型全控型器件 2.5 其他新型电力电子器件 本章小结 2.1 电力电子器件的分类 2.1.1 按可控性分类 2.1.2 按驱动信号类型分类 2.1.3 按器件内部载流子参与导电情况分类分类 2.1.1 按可控性分类 不可控器件(Power Diode) ——不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱动电路。 半控型器件（Thyristor） ——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。 全控型器件（IGBT,MOSFET) ——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关 断，又称自关断器件。 2.1.2 按驱动信号类型分类 电流驱动型 ——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者 关断的控制。 电压驱动型 ——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。 电压驱动型器件实际上是通过加在控制端上的电压在器件的两个主电路端子之间产生可控的电场来改变流过器件的电流大小和通断状态，所以又称为场控器件(Field Controlled Device)，或场效应器件. 2.1.3 按器件内部载流子参与导电情况分类 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类： 单极型器件(Unipolar Device)——由一种载流子参与导电的器件 双极型器件(Bipolar Device)——由电子和空穴两种载流子参与导电的器件 复合型器件(Complex Device)——由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件 电力电子器件分类树 2.2 不可控器件—电力二极管 2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 2.2.2 电力二极管的基本特性 2.2.3 电力二极管的主要参数 2.2.4 电力二极管的主要类型 2.2 不可控器件—电力二极管 2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。 PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ，又称为微分电容。 结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容CD。 电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关状态。 2.2.2 电力二极管的基本特性 主要指其伏安特性 门槛电压UTO，正向电流IF开始明显增加所对应的电压。 与IF对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降UF 。 承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。 动态特性——因结电容的存在，正向、反向、零偏置三种状态之间的转换必然有一个过渡过程，此过程中的电压—电流特性是随时间变化的。动态特性主要指开关特性，开关特性反映通态和断态之间的转换过程 关断过程： 在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲 须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态 开通过程： 电力二极管的正向压降先出现一个过冲UFP，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如 2V）。这一动态过程时间被称为正向恢复时间tfr。 电导调制效应起作用需一定的时间来储存大量少子，达到稳态导通前管压降较大 正向电流的上升会因器件自身的电感而产生较大压降。电流上升率越大，UFP越高 2.2.3 电力二极管的主要参数 额定电流——在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。 IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，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。 思考题 额定电流为100A的二极管， 1）允许通过幅值为多少的正弦半波电流？ 2）允许通过多大的任意波形的电流（不是正弦半波）？ 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。 3） 反向重复峰值电压URRM 对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。 使用时，应当留有两倍的裕量。 4）反向恢复时间trr trr= td+ tf 结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。 TJM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。 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。 2.2.4 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