电力电子器件及电力二极管

（4） 反向漏电流ＩRR：
指器件对应于反向重复峰值电压时的反向电流。反向电流 大，说明管子的单向导电性差，IRR受温度的影响，温度 越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电 流较大，为硅管的几十到几百倍。
（5）最高工作结温ＴjM：

指器件中ＰＮ结不至于损坏的前提下所能承受的 最高平均温度。ＴjM通常在125～175℃范围内。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
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2 电力二极管与普通二级管的区别

正向导通时要流过很大的电流，其电流密度较大 ，因而额外 载流子的注入水平较高，电导调制效 应不能忽略


引线和焊接电阻的压降等都有明显的影响
承受的电流变化率di/dt较大，因而其引线和器件
自身的电感效应也会有较大影响

为了提高反向耐压，其掺杂浓度低也造成正向压 降较大


门极可关断晶闸管（GTO）、巨型晶体管GTR
3）不控型器件
电力二极管（Power Diode）常见的有大功率二极管、 不能用控制信号来控制其通断 , 因此也就不需要驱 快速恢复二极管及肖特基二极管。 动电路。 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的 6 6 电压和电 流决定的。
• 按电力电子器件的驱动性质可以将器件分为电压 型和电流型器件。 1、电流型器件必须有足够的驱动电流才能使器件 导通，因而一般情况下需要较大的驱动功率，这 类器件有SCR、GTR、GTO等。 2、电压型器件的导通只需要有足够的电压和很小 的驱动电流，因而电压型器件只需很小的驱动功 率，这类器件有IGBT、MOSFET、MCT等。
在规定的室温和冷却条件下，只要所选管子的额定电流有 效值大于管子在电路中实际可能通过的最大电流有效值 即可。考虑元件的过载能力，实际选择时应有1.5~2倍的 安全裕量。计算公式为：


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器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定 绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT）
晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件
2）全控型器件

通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断， 电力场效应晶体管（PowerMOSFET） 又称自关断器件。
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5 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（5μs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结型结构也有的采用改 进的PiN结构，采用外延型PiN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


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6 电力二极管的型号和选择原则

电力二极管的型号
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6 电力二极管的型号和选择原则

电力二极管的选择原则 （1）选择额定正向平均电流的原则
在规定的室温和冷却条件下，只要所选管子的额定电流有 效值大于管子在电路中实际可能通过的最大电流有效值 即可。考虑元件的过载能力，实际选择时应有1.5~2倍的 安全裕量。计算公式为：

个值（如 2V）。这一动态过
程时间被称为正向恢复时间 tfr
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3.2开关特性

二极管从低阻转变成高阻或从高阻转变成低阻并不是瞬时 完成的，这些转变都要经历一定的过程。二极管从高阻的 反向阻断状态转变成低阻的正向导通称为正向恢复，从正
向导通转变为反向阻断称为反向恢复。
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4 电力二级管的主要参数
3
2、电力电子应用系统组成
• 电力电子应用系统或变流电路：以电力半导体器件 为核心，通过不同的电路拓扑和控制方式来实现对 电能的转换和控制，。 • 由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的 主电路组成。
图1-3 电力电子应用系统或变流电路
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• 控制电路通过检测电路按系统的工作要求形成控 制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子 器件的通或断，来完成整个系统的功能。
IF(AV)
电力二级管电流
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定义某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流波 形的波形系数，用Kf表示：
Kf
电流有效值 电流平均值
可求出正弦半波电流的波形系数:
Kf
IF I F ( AV )


2
1.57
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额定电流的选择

有效值 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。
• 主电路和控制电路连接的路径上，一般需要进行 电气隔离，通过其它手段如光、磁等来传递信号 。பைடு நூலகம்
• 主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证 电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行 。
5
3 电力电子器件分类
按照器件能够被控制电路信号所控制的程度 ，分为以下三类：
1）半可控器件

通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。
5 电力二极管的主要类型



1. 普通二极管（General Purpose Diode） 用于工频整流的功率二极管又称整流二极管（ 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5μs以上，这在开 关频率不高时并不重要 正向定额电流和反向定额电压可以达到很高，分 别可达数千安和数千伏以上
电力电子器件
电力电子器件概述

电力电子器件的特征 电力电子器件系统组成 电力电子器件分类
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1、电力电子器件的特征
• 一般特征（与信息处理器件比较）表现在以下几 个方面： • 1)电力电子器件所能处理电功率的大小。 • 2)电力电子器件一般工作于开关状态。 • 3)电力电子器件需要由信息电子电路控制。 • 4)由于耗散功率大，在器件封装时需考虑散热设 计及工作时外部需安装散热器。
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
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肖特基二极管的弱点


5 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
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5 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功率电子电 路中广泛应用 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
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（2）反向重复峰值电压ＵRRM： 指器件能重复施加的反向最高峰值电压（额定电压） 此电压通常为击穿电压UＢ的2/3。使用时，往往按照电路 中功率二极管可能承受的反向最高峰值电压的两倍来选定
（ 3 ）
正向压降ＵF：
指规定条件下，流过稳定的额定电流时，器件两端的正 向平均电压(又称管压降)。其正向导通流过额定电流时的电 压降UFR一般为1～2V。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
（1）额定正向平均电流IF(AV)

额定正向平均电流——在指定的管壳温（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。
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最大工频正弦半波电流的平均值
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
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3 电力二极管的特性

伏安特性 开关特性
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3.1伏安特性
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3.2开关特性

电路二极管在电力电子电路中作为一个开关器件，在正向 偏置时呈低阻状态，近似于短路；在反向偏置时，呈高阻 状态，反向电流很小，近似于开路。

开关特性——因结电容的存在，二极管工作状态之间的转
换必然有一个过渡过程，此过程中的电压—电流特性是随


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6 电力二极管的型号和选择原则


电力二极管的选择原则 （2）选择额定电压的原则
选择功率二极管的反向重复峰值电压等级（额定电压）的 原则应为管子在所工作的电路中可能承受的最大反向瞬时 值电压 的2~3倍，即

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6 电力二极管的型号和选择原则

电力二极管的选择原则 （1）选择额定正向平均电流的原则
时间变化的，反映了通态和断态之间的转换过程，其特性
称为开关特性，
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3.2开关特性
关断特性

PN结构成的二极管在正向导通时，PN结中存储大量的电荷。 当电路使二极管换向时，导通时存储的电荷必须全部被抽出
，或被中和掉。电荷被抽出的过程就是形成了反向恢复电流
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3.2开关特性
开通特性 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
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按驱动信号类型

脉冲触发 电平触发
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什么是电力二极管 电力二极管与普通二级管的区别 电力二极管的特性 电力二级管的主要参数 电力二级管的主要类型 电力二极管的型号及选择