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第 2 章半导体电力开关器件 2 半导体电力开关器件 电力开关器件家族树 电力开关器件发展史 2.1 电力二极管 2.1.1 半导体PN结 2.1.2 半导体二极管基本特性—单向导电性 正向接法时内电场被削弱，扩散运动强于漂移运动，掺杂形成的多数载流子导电，等效电阻较小。 反向接法时内电场被增强，漂移运动强于扩散运动，光热激发形成的少数载流子导电，等效电阻很大。 2.1.2 半导体二极管基本特性—单向导电性（续1） 2.1.2 半导体二极管基本特性—单向导电性（续2） 2.1.2 半导体二极管基本特性—单向导电性（续3） 2.1.3 半导体电力二极管重要参数 半导体电力二极管的重要参数主要用来衡量二极管使用过程中： 是否被过压击穿 是否会过热烧毁 开关特性 额定电流的定义： 其额定发热所允许的正弦半波电流的平均值 。 最大允许全周期均方根正向电流的定义： 当二极管流过半波正弦电流的平均值为IFR时，与其发热等效的全周期均方根正向电流IFrms称为最大允许全周期均方根正向电流。 二极管电流定额的含义 如手册上某电力二极管的额定电流为100A，说明： 允许通过平均值为100A的正弦半波电流； 允许通过正弦半波电流的幅值为314A； 允许通过任意波形的有效值为157A的电流； 在以上所有情况下其功耗发热不超过允许值。 选择二极管电流定额的过程： 求出电路中二极管电流的有效值IFrms ； 求二极管电流定额IFR，等于有效值IFrms 除以1.57； 将选定的定额放大1.5到2倍以保证安全。 半导体电力二极管的开关特性 开关过程，由导通状态转为阻断状态并不是立即完成，它要经历一个短时的过渡过程； 此过程的长短、过渡过程的波形对不同性能的二极管有很大差异； 理解开关过程对今后选用电力电子器件，理解电力电子电路的运行是很有帮助的，因此应对二极管的开关特性有较清晰的了解。 半导体电力二极管的开关特性（续） 二极管开通及反向恢复过程示意图 半导体电力二极管的开关特性（续） 二极管关断过程示意图 半导体电力二极管重要参数 有关半导体电力二极管使用特性和准则的几个重要参数是： 最大允许反向重复峰值电压 额定电流 最大允许的全周期均方根正向电流 最大允许非重复浪涌电流 最大允许的PN结结温和管壳温度 结－壳、壳－散热器热阻 反向恢复时间 半导体电力二极管重要参数（续1） 2.1.4 二极管的基本应用 整流 续流 2.2 双极结型电力晶体管BJT 2.2.1 晶体管基极电流对集电极电流的控制作用 2.2.1 晶体管基极电流对集电极电流的控制作用(续1) 2.2.1 晶体管基极电流对集电极电流的控制作用(续2) 基极电流控制集电极电流 2.2.2 三极管的静态特性 2.2.3 电力三极管使用参数和特性 电力三极管的主要特点 2.3 晶闸管及其派生器件 2.3 晶闸管及其派生器件 2.3.1 逆阻型晶闸管SCR—两个三极管正反馈 晶闸管的等值电路 静态伏安特性 及 dv/dt 防护 例2-1 2.3.2 逆导型晶闸管RCT 2.3.3 光控晶闸管LCT 2.3.4 双向晶闸管TRIAC 2.4 门极可关断晶闸管GTO 2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET 2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET（续1） 2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET（续2） 2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET （续3） 2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT 2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT（续1） 2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT（续2） *2.7 MOS控制晶闸管MCT *2.8 静电感应晶体管 2.9 半导体电力开关模块和功率集成电路 2.9 半导体电力开关模块和功率集成电路（续1） 2.9 半导体电力开关模块和功率集成电路（续2） 2.9 半导体电力开关模块和功率集成电路（续3） 小 结 小 结（续1） 常用电力半导体开关器件性能对比 大 趋 势 晶闸管实物图 2.3.1 逆阻型晶闸管SCR—两个三极管正反馈 2.3.2 逆导型晶闸管RCT 2.3.3 光控晶闸管LCT 2.3.4 双向晶闸管TRIACIGBT 晶闸管的结构、符号和结构模型 A G K Vs R I A I C1 I g Vg Rg I C2 I C T1 T2 P1 J1 N1 J2 J3 J2 P2 P2 N1 N2 i B2 (d)等效电路 可控开通 关断时： 强迫其电流 下降到维持电流以下 通态时 图中画斜线部分为一个2?周期中晶闸管的电流波形。若各波形的最大值为Im=100A，试计算各波形电流的平均值Id1、Id2、Id3和电流有效值I1、I2、I3