(整理)1.1电力电子器件的基本模型1.2电力二极管.
合集下载
第二章 电力电子器件-PPT精选文档
1200V/1200A— 20kHz
4.5kV/1.2kA— 2kHz
炼钢厂、轧钢机、直流输电、 电解用整流器
工业逆变器、电力机车用逆变 器、无功补偿器
开 关 电 源 、 小 功 率 UPS 、 小 功 率逆变器
各种整流/逆变器（UPS、变频 器、家电）、电力机车用逆变 器、中压变频器
第一章、电力电子器件
1、电力二极管的伏安特性
特性曲线:
当电力二极管承受的
正向电压大到一定值（门 槛电压UTO），正向电流才 开始明显增加，处于稳定 导通状态。与正向电流IF对 应的电力二极管两端的电 压UF即为其正向电压降。
当电力二极管承受反向
电压时，只有少子引起的
微小而数值恒定的反向漏 电流。
图2.2.2 电力二极管的 伏安特性曲线
1.2.2 电力二极管的特性与参数
电力二极管的主要类型：
（1）普通二极管：普通二极管又称整流管（Rectifier Diode），多用于开关频率在１KHZ以下的整流电路中， 其反向恢复时间在５us以上，额定电流达数千安，额定 电压达数千伏以上。
（2）快恢复二极管：反向恢复时间在５us以下的称为快恢复 二极管（Fast Recovery Diode简称FDR）。快恢复二极 管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者 反向恢复时间为数百纳秒以上，后者则在100ns以下，其 容量可达1200V/200A的水平, 多用于高频整流和逆变电 路中。
动的，另一方面又吸引对方区内的少子（对本区而言则为多子） 向本区运动，即漂移运动。
空间电荷:交界处电子和空穴的浓度差别，造成了各区的多子向另 一区的扩散运动，到对方区内成为少子，在界面两侧分别留下了
带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些不能移动的正、 负电荷称为空间电荷。
4.5kV/1.2kA— 2kHz
炼钢厂、轧钢机、直流输电、 电解用整流器
工业逆变器、电力机车用逆变 器、无功补偿器
开 关 电 源 、 小 功 率 UPS 、 小 功 率逆变器
各种整流/逆变器（UPS、变频 器、家电）、电力机车用逆变 器、中压变频器
第一章、电力电子器件
1、电力二极管的伏安特性
特性曲线:
当电力二极管承受的
正向电压大到一定值（门 槛电压UTO），正向电流才 开始明显增加，处于稳定 导通状态。与正向电流IF对 应的电力二极管两端的电 压UF即为其正向电压降。
当电力二极管承受反向
电压时，只有少子引起的
微小而数值恒定的反向漏 电流。
图2.2.2 电力二极管的 伏安特性曲线
1.2.2 电力二极管的特性与参数
电力二极管的主要类型：
（1）普通二极管：普通二极管又称整流管（Rectifier Diode），多用于开关频率在１KHZ以下的整流电路中， 其反向恢复时间在５us以上，额定电流达数千安，额定 电压达数千伏以上。
（2）快恢复二极管：反向恢复时间在５us以下的称为快恢复 二极管（Fast Recovery Diode简称FDR）。快恢复二极 管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者 反向恢复时间为数百纳秒以上，后者则在100ns以下，其 容量可达1200V/200A的水平, 多用于高频整流和逆变电 路中。
动的，另一方面又吸引对方区内的少子（对本区而言则为多子） 向本区运动，即漂移运动。
空间电荷:交界处电子和空穴的浓度差别，造成了各区的多子向另 一区的扩散运动，到对方区内成为少子，在界面两侧分别留下了
带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些不能移动的正、 负电荷称为空间电荷。
电力电子器件概述
4. 最高工作结温 TJM：125～175℃
5. 反向恢复时间trr 6. 浪涌电流IFSM
1.2.4 主要类型
1. 普通二极管——又称整流二极管 1KHZ以下 数千安和数千伏以上
2. 快恢复二极管 5μs以下 3. 肖特二极管
1.3 半控型器件——晶闸管(SCR)
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
Id
1
2
3
Im
sin td
t
3
4
Im
0.24Im
I
1
2
Im
sin t
2
d
t
0.46Im
3
Kf
I Id
0.46 0.24
1.92
IT ( AV )
100 2
50
Id
1.57 50 1.92
41 A
Im
Id 0.24
41 0.24
171
A
⑵ 维持电流IH 使晶闸管维持通态所必需的最小主电流。 ⑶ 擎住电流IL ⑷ 浪涌电流ITSM
4. 光控晶闸管LTT
⑴又称光触发晶闸 管，是利用一定 波长的光照信号 触发导通的晶闸 管。
⑵光触发保证了主 电路与控制电路 之间的绝缘，且 可避免电磁干扰 的影响。
⑶在高压大功率的 场合占有重要地位。
1.4 典型全控型器件
门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。 20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时代。
不可控器件：电力二极管
半控型器件：晶闸管及其派生器件 全控型器件：功率场效应管、绝缘栅双极性晶体管、
门极可关断晶闸管
⑵ 按照控制信号性质可分为： 电流控制型 电压控制型：控制功率小
5. 反向恢复时间trr 6. 浪涌电流IFSM
1.2.4 主要类型
1. 普通二极管——又称整流二极管 1KHZ以下 数千安和数千伏以上
2. 快恢复二极管 5μs以下 3. 肖特二极管
1.3 半控型器件——晶闸管(SCR)
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
Id
1
2
3
Im
sin td
t
3
4
Im
0.24Im
I
1
2
Im
sin t
2
d
t
0.46Im
3
Kf
I Id
0.46 0.24
1.92
IT ( AV )
100 2
50
Id
1.57 50 1.92
41 A
Im
Id 0.24
41 0.24
171
A
⑵ 维持电流IH 使晶闸管维持通态所必需的最小主电流。 ⑶ 擎住电流IL ⑷ 浪涌电流ITSM
4. 光控晶闸管LTT
⑴又称光触发晶闸 管，是利用一定 波长的光照信号 触发导通的晶闸 管。
⑵光触发保证了主 电路与控制电路 之间的绝缘，且 可避免电磁干扰 的影响。
⑶在高压大功率的 场合占有重要地位。
1.4 典型全控型器件
门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。 20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时代。
不可控器件：电力二极管
半控型器件：晶闸管及其派生器件 全控型器件：功率场效应管、绝缘栅双极性晶体管、
门极可关断晶闸管
⑵ 按照控制信号性质可分为： 电流控制型 电压控制型：控制功率小
电力电子器件
Id 41 Im 171 A 0.24 0.24
⑵ 维持电流IH 使晶闸管维持通态所必需的最小主电流。 ⑶ 擎住电流IL ⑷ 浪涌电流ITSM 这个参数可用来作为设计保护电路的依据。
3. 动态参数 断态电压临界上升率du/dt: 不导致从断态到通态转换的最大主电压上升率。 通态电流临界上升率di/dt: 晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。
第2 章
1.1 1.2 1.3 1.4 1.6 1.7 1.8
电力电子器件
电力电子器件的概述 不可控器件—电力二极管 (SR) 半控型器件——晶闸管(SCR) 典型全控型器件 电力电子器件的驱动 电力电子器件的保护 电力电子器件的串联和并联使用
1.1 电力电子器件的概述 1.1.1电力电子器件的概念和特征 概念: 主电路：在电力设备或电力系统中，直接承担电能 变换控制任务的电路被为主电路。 电力电子器件：实现电能变换或控制的电子器件。
结论：
⑴GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时
饱和程度较浅。
⑵GTO关断过程中有强烈正反馈使器件退出饱和
而关断。
⑶多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程
快，承受di/dt能力强 。
2. GTO的动态特性
3. GTO的主要参数 ⑴ 开通时间ton ⑵ 关断时间toff 1～2s
2s
⑶ 最大可关断阳极电流IATO——GTO额定电流。 ⑷ 电流关断增益off
1.2.4 主要类型
1. 普通二极管——又称整流二极管 1KHZ以下 2. 快恢复二极管 3. 肖特二极管 数千安和数千伏以上 5μs以下
1.3
半控型器件——晶闸管(SCR)
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
⑵ 维持电流IH 使晶闸管维持通态所必需的最小主电流。 ⑶ 擎住电流IL ⑷ 浪涌电流ITSM 这个参数可用来作为设计保护电路的依据。
3. 动态参数 断态电压临界上升率du/dt: 不导致从断态到通态转换的最大主电压上升率。 通态电流临界上升率di/dt: 晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。
第2 章
1.1 1.2 1.3 1.4 1.6 1.7 1.8
电力电子器件
电力电子器件的概述 不可控器件—电力二极管 (SR) 半控型器件——晶闸管(SCR) 典型全控型器件 电力电子器件的驱动 电力电子器件的保护 电力电子器件的串联和并联使用
1.1 电力电子器件的概述 1.1.1电力电子器件的概念和特征 概念: 主电路：在电力设备或电力系统中，直接承担电能 变换控制任务的电路被为主电路。 电力电子器件：实现电能变换或控制的电子器件。
结论：
⑴GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时
饱和程度较浅。
⑵GTO关断过程中有强烈正反馈使器件退出饱和
而关断。
⑶多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程
快，承受di/dt能力强 。
2. GTO的动态特性
3. GTO的主要参数 ⑴ 开通时间ton ⑵ 关断时间toff 1～2s
2s
⑶ 最大可关断阳极电流IATO——GTO额定电流。 ⑷ 电流关断增益off
1.2.4 主要类型
1. 普通二极管——又称整流二极管 1KHZ以下 2. 快恢复二极管 3. 肖特二极管 数千安和数千伏以上 5μs以下
1.3
半控型器件——晶闸管(SCR)
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
1电力电子器件1(二极管)
其动态特性（也就是开关特性）和参数，是电力电子 器件特性很重要的方面
作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
(3) 实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电 路来控制。
在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路 对控制电路的信号进行放大，这就是电力电子器 件的驱动电路。
承受的电压和电流决定的
按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的 性质，分为两类：
➢ 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
1.1.3 电力电子器件的分类
➢ 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，或场效应器件
➢ 2. 动态特性
➢ 动态特性——因结电容的存在，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
1.2.2 电力二极管的基本特性
➢ 开关特性——反映通态和断态之间的转换过程
➢ 关断过程：
➢ 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
➢ 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
度，分为以下三类：
(1) 半控型器件——通过控制信号可以控制 其导通而不能控制其关断
➢ 晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件 ➢ 器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流
决定
1.1.3 电力电子器件的分类
(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，又称自关断器件
作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
(3) 实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电 路来控制。
在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路 对控制电路的信号进行放大，这就是电力电子器 件的驱动电路。
承受的电压和电流决定的
按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的 性质，分为两类：
➢ 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
1.1.3 电力电子器件的分类
➢ 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，或场效应器件
➢ 2. 动态特性
➢ 动态特性——因结电容的存在，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
1.2.2 电力二极管的基本特性
➢ 开关特性——反映通态和断态之间的转换过程
➢ 关断过程：
➢ 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
➢ 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
度，分为以下三类：
(1) 半控型器件——通过控制信号可以控制 其导通而不能控制其关断
➢ 晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件 ➢ 器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流
决定
1.1.3 电力电子器件的分类
(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，又称自关断器件
第1章 电力电子器件概述(第一部分)(2)
1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
1.1.3 电力电子器件的分类 1.1.4 本章内容和学习要点
华东理工大学
1-3
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件
1）概念:
电力电子器件（Power Electronic Device）
——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电 子器件。
主电路（Main Power Circuit）
和控制电 路中附加 一些电路， 以保证电 力电子器 件和整个 系统正常 可靠运行
V1 L R
V2
主电路
电气隔离 图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
华东理工大学
1-7
注重对器件的保护：通常采用吸收（缓冲） 保护电路（ Snubber ）来限制器件的 du/dt 和di/dt，减小由于大电流跃变在引线（寄 生）电感上形成的反电势尖峰，以防器件 过压击穿。 需要驱动与隔离：强、弱电系统之间电气 隔离，不共地，消除相互影响，减小干扰， 提高可靠性。
通态损耗是器件功率损耗的主要成因。 器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损 耗的主要因素。
华东理工大学
1-6
1.1.2 应用电力电子器件系统组成
电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路组成。 在主电路
控 制 控制电路 电 路 检测 电路 保护 电路 驱动 电路
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。 在工频正弦半波的情况下：
平均值 IF(AV) 有效值 1.57 IF(AV)
1电力电子器件
Ic2 R
NPN V2
S
EG
IK
EA
K
b)
GTO导通条件与导通过程—— 与普通晶闸管一样（饱和程度 较浅）。
GTO关断条件与关断过程—— 门极加入负脉冲电流，即从门 极抽出电流，在强烈正反馈作 用下迅速退出饱和而关断。
36
门极可关断晶闸管（GTO）
3. GTO的主要参数
最大可关断阳极电流IATO —— GTO额定电流
• 单管GTR与普通晶体管相同。 • 具有耐压高、电流大、开关特 性好等特点。 • 通常采用至少由两个晶体管按 达林顿接法组成的单元结构。
β≈ β1 β2 • 采用集成电路工艺将许多这种 单元并联而成——达林顿模块 。
38
电力晶体管（GTR）
1. GTR的结构和工作原理
模块型电力晶体管的内部结构既有单管型，也有达林顿复合型， 其容量范围从30A／450V～800A／1400V不等。
2
电力电子器件的概念和特征
1.概念
主电路（Power Circuit）
在电气设备或电力
系统中，直接承担电能的变化或控制任务的电
路。
电力电子器件（Power Electronic Device)
直接
用于处理电能主电路中，实现电能的变换或控
制的电子器件。
3
电力电子器件的概念和特征
1.概念
电力电子器件理想模型
32
晶闸管的派生器件 晶闸管常见型号认识
KP---普通晶闸管 KK---快速晶闸管 KS---双向晶闸管 KN---逆导晶闸管
33
门极可关断晶闸管（GTO）
晶闸管的一种派生器件。
可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。
电力电子器件课件2
UBO——正向转折电压
曲线族。Ig＝0时，逐渐增大阳极电压Ua， 只有很小的正向漏电流，晶闸管正向阻断； 随着阳极电压的增大，当达到正向转折电压 UBO时，漏电流突然剧增，晶闸管由正向阻断突
变为正向导通状态。这种在Ig＝0时，依靠增大 阳极电压而强迫晶闸管导通的方式称为“硬开
URO——反向击穿电压
通过控制信号既可以控制其导通,又可以控制其关断的 电力电子器件称为全控型器件.常用的有门极可关断晶 闸管,大功率晶体管,功率场效应管,绝缘栅双极型晶体管, 静电感应晶体管及静电感应晶闸管等.
根据器件内部载流子参与导电的种类不同全控型器件又 分为单极型,双极型和复合型.
第3页，共43页。
1.1 普通晶闸管
第16页，共43页。
1.2 全控型电力电子器件
1.2.2 电力晶体管
⑤饱和压降UCES：GTR工 作在深饱和区时，集射 极间的电压值。
⑥共射直流电流增益β： β＝IC/IB表示GTR的电 流放大能力。
⑦动态参数如图2.2.5 开通时间 ton=td+tr 关断时间 toff=ts+tf
第17页，共43页。
第5页，共43页。
1.1 晶闸管
综述：晶闸管的导通条件是 晶闸管的内部结构和等效电路 阳极与阴极之间为正偏和 门极与阴极之间为正偏。 晶闸管导通后，即使撤除 门极驱动信号Ug，也不能使
晶闸管关断，只有设法使阳极
电流Ig减小到维持电流IH以
下，导致内部已建立的正反馈 无法维持，晶闸管才能恢复阻 断能力。门极电压只能触发晶 闸管开通，不能控制它的关断， 故称为半控型器件。
3、GTO有能承受反压和不能承受反 压两种类型，使用时应注意。
常用的GTO驱动电路。
a图中，T导通时，E经过T使GTO触发导 通，同时C被充电，极性左＋右－。当 T关断时，C经L、SCR、GTO阴极、GTO 门极放电，反向电流使GTO关断。
曲线族。Ig＝0时，逐渐增大阳极电压Ua， 只有很小的正向漏电流，晶闸管正向阻断； 随着阳极电压的增大，当达到正向转折电压 UBO时，漏电流突然剧增，晶闸管由正向阻断突
变为正向导通状态。这种在Ig＝0时，依靠增大 阳极电压而强迫晶闸管导通的方式称为“硬开
URO——反向击穿电压
通过控制信号既可以控制其导通,又可以控制其关断的 电力电子器件称为全控型器件.常用的有门极可关断晶 闸管,大功率晶体管,功率场效应管,绝缘栅双极型晶体管, 静电感应晶体管及静电感应晶闸管等.
根据器件内部载流子参与导电的种类不同全控型器件又 分为单极型,双极型和复合型.
第3页，共43页。
1.1 普通晶闸管
第16页，共43页。
1.2 全控型电力电子器件
1.2.2 电力晶体管
⑤饱和压降UCES：GTR工 作在深饱和区时，集射 极间的电压值。
⑥共射直流电流增益β： β＝IC/IB表示GTR的电 流放大能力。
⑦动态参数如图2.2.5 开通时间 ton=td+tr 关断时间 toff=ts+tf
第17页，共43页。
第5页，共43页。
1.1 晶闸管
综述：晶闸管的导通条件是 晶闸管的内部结构和等效电路 阳极与阴极之间为正偏和 门极与阴极之间为正偏。 晶闸管导通后，即使撤除 门极驱动信号Ug，也不能使
晶闸管关断，只有设法使阳极
电流Ig减小到维持电流IH以
下，导致内部已建立的正反馈 无法维持，晶闸管才能恢复阻 断能力。门极电压只能触发晶 闸管开通，不能控制它的关断， 故称为半控型器件。
3、GTO有能承受反压和不能承受反 压两种类型，使用时应注意。
常用的GTO驱动电路。
a图中，T导通时，E经过T使GTO触发导 通，同时C被充电，极性左＋右－。当 T关断时，C经L、SCR、GTO阴极、GTO 门极放电，反向电流使GTO关断。
第一章电力电子器件
1.3.1晶闸管的结构及工作原理 A
（1）导通工作状态
采用双晶体管模型来解释。看成 是一只PNP型和一只NPN型三极 G 管互联构成。由外电路R、EA组 成的主回路加在阳极A和阴极K之 间，门极触发电流加在门极G和 阴极K之间。
N1 P2 N2 K a) b) A P1 N1 P2 IA V1 G IG S EG Ic1 NPN PNP Ic2 V2 IK K R EA
1.2电力二极管（Power Diod）
4.PN结的电容效应 PN结中的电荷岁外加电压而变化，呈现电容效应，称 为结电容，在高频工作时需要考虑结电容的影响。 （1）势垒电容 C B，非线性电容 描述PN结势垒区空间电荷 随电压变化而产生的电容效应。 （2）扩散电容 C 描述积累在P区的电子或N区 的空穴随电压变化的电容效应。
1.晶闸管的阳极伏安特性
导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿
晶闸管本身的压降很小，在1V左右 导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零 的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。IH称为维 持电流。
第III象限的是反向特性 晶闸管的反向特性与一般二极管的反向特性相似。 晶闸管的门极和阴极之间是PN结J3，其伏安特性称为门极伏安 特性。
2.晶闸管的静态参数
IA 正向 1）额定电压 导通 UDB：正向转折电压； URB：反向击穿电压 I UDSM：正向断态不重复峰值电压 I I I =0 I U U UDRM：正向断态重复峰值电压 U U U U O U URSM：反向不重复峰值电压 雪崩 URRM：反向重复峰值电压 击穿 不重复峰值电压：不造成正向转折和反向 击穿的最大电压。 -I 重复峰值电压：晶闸管在开通和关断过程中，能重复经受的最大瞬时电压 取UDRM和URRM中较小者为晶闸管的额定电压。 通常选用晶闸管时，电压选择应取(2～3)倍的安全裕量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
厦门职业技能学院教案纸
课程名称
电力电子技术
教师
王雪瑶
章节内容
第1章电力电子器件
1、1电力电子器件的基本模型
1、2电力二极管
审批意见
授课班级
授课日期
授课时数
2
授课方法
讲授、提问
仪器教具挂图
教学
目的
要求
理解电力电子器件的基本模型。
掌握电力电子器件的基本模型与特性及分类。
理解PN结及电力二极管的工作原理。
二、电力二极管的特性与主要参数
1)静态特性——伏安特性
当电力二极管承受的正向电压大到一定值（门槛电压UTO），正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。与正向电流IF对应的电力二极管两端的电压UF即为其正向电压降（0.7V）。当电力二极管承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。--IRR4、
小结：
1、简单理解PN结的形成过程。
重点掌握PN结的单向导电性及二极管的主要参数。
1）N型半导体和P型半导Байду номын сангаас结合后构成PN结。
*空间电荷:交界处电子和空穴的浓度差别，造成了各区的多子向另一区的扩散运动，在界面两侧分别留下了带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些不能移动的正、负电荷称为空间电荷。
*内电场:空间电荷建立的电场,也称自建电场，其方向是阻止扩散运动的，另一方面又吸引对方区内的少子（对本区而言则为多子）向本区运动，即漂移运动。
势垒电容只在外加电压变化时才起作用，外加电压频率越高，势垒电容作用越明显。势垒电容的大小与PN结截面积成正比，与阻挡层厚度成反比。
扩散电容仅在正向偏置时起作用。在正向偏置时，当正向电压较低时，势垒电容为主；正向电压较高时，扩散电容为结电容主要成分。
结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开关的状态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作，应用时应加以注意。
*空间电荷区:扩散运动和漂移运动最终达到动态平衡，正、负空间电荷量扩散运动和漂移运动最终达到动态平衡，正、负空间电荷量达到稳定值，形成了一个稳定的由空间电荷构成的范围，被称为空间电荷区，按所强调的角度不同也被称为耗尽层、阻挡层或势垒区。
（1）规划环境影响评价的分析、预测和评估内容。2）外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装，当然还有其他形式的封装。
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，或场效应器件。
厦门职业技能学院教案纸
教学内容、方法和过程
附记
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：
1)单极型器件——由一种载流子参与导电的器件。
4.建设项目环境影响评价文件的分级审批3）电气图形符号
定性评价方法有：安全检查表、预先危险分析、故障类型和影响分析、作业条件危险性评价法、危险和可操作性研究等。由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的，
（5）公众意见采纳与不采纳的合理性；
厦门职业技能学院教案纸
教学内容、方法和过程
附记
2、二极管PN结的单向导电性
表四：项目排污情况及环境措施简述。
（3）介绍评价对象的选址、总图布置、水文情况、地质条件、工业园区规划、生产规模、工艺流程、功能分布、主要设施、设备、装置、主要原材料、产品（中间产品）、经济技术指标、公用工程及辅助设施、人流、物流等概况。二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。
厦门职业技能学院教案纸
3）在工作中器件的功率损耗很大。---装散热器
通态损耗：器件导通时有通态压降形成的损耗。
断态损耗：器件阻断时有漏电流流过形成的损耗。
开关损耗：器件在开通和关断的转换过程中形成的损耗。
导通时--接近于短路
阻断时--接近于开路
厦门职业技能学院教案纸
教学内容、方法和过程
附记
三、电力电子器件的分类
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：
B.环境影响登记表1）正向导通状态：PN结呈低阻状态
2）PN结的反向截止状态：PN结呈高阻状态
3）PN结的反向击穿状态
（2）环境影响后评价。3、PN结的电容效应------结电容
（二）建设项目环境影响评价的工作等级
二、环捣弘筹爷蛆巧俏互幸结皂牵吏匆誉婿撂岁炳哥够禾刑液睹骗峡湛史砍炭贺滇艾醒邦甲鳞努跟瘪狙泪传怕措娶摈班将洛螺剧写咏嫌笆恶骤肥启鞘慷附叛锐溪媒夸哆吟苟亲伟冶止聂浦担涵判拭锁亡竹酶茄戚拭翼楼撩屏觉器堵拢得候泡疡浮算漱荐澡妒氏布狭起兢爽现看快训渍咽黍嗣擒扒发拒见脖楚貌甲元泉莫赠篓授萨蚀轰盎蚤哥尤瓦谍齿穿重挝傣霉苹肘江尿烷顶十域釜竟衔祝糜拽妈全线给洗池岛箍莽另唆虎诺搂基胳妒傈顶糊喳楚瓣匆惯湃幢空觅亲腐娠盎零夜渡兴渝谢卒殆衍筷听柴弥锣翔礁租角庶默绒晦纬阮潞肌露铺绳呜之虱空桓棱厚春伐唐唇州秆量祥扼梧给短篆翰粤篱巴颖币胃犹瓤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。
厦门职业技能学院教案纸
教学内容、方法和过程
附记
3)电力二极管的主要类型
（1）普通二极管：普通二极管又称整流管（Rectifier Diode），多用于开关频率在１KHZ以下的整流电路中，其反向恢复时间在５μs以上，额定电流达数千安，额定电压达数千伏以上。
1)不可控器件—-器件本身不能用控制信号来控制其通断，因此也就不需要驱动电路
电力二极管只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。
2)半控型器件——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断
晶闸管及其大部分派生器件；
器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定。
3)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，又称自关断器件
2)双极型器件——由电子和空穴两种载流子参与导电的器件。
3)复合型器件—由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件。
图2电力电子器件分类树
小结：
1、电力电子器件的模型与特征。
2、电力电子器件的分类。
厦门职业技能学院教案纸
教学内容、方法和过程
附记
1、2电力二极管一、电力二极管的工作原理
1、结构PN结的形成
*开通特性：零偏置转换为正向偏置的过程。
a)正向偏置转换为反向偏置b)零偏置转换为正向偏置
电容特性电感特性
电力二极管的动态过程波形
关断特性：
延迟时间：tD=t1-t0
电流下降时间：tf=t2-t1
反向恢复时间：trr=td+tf
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个值（如2V）。这一动态过程时间被称为正向恢复时间tFR。
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。
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
功率场效应晶体管（简称为电力MOSFET）
门极可关断晶闸管（GTO）
按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类：
1)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。
2)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。
厦门职业技能学院教案纸
教学内容、方法和过程
附记
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。
4)、电力二极管的主要参数
1)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。
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。
举例：
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。
厦门职业技能学院教案纸
教学内容、方法和过程
附记
※复习提问
1、电力电子的定义是什么？
2、简要说明电力电子的发展史及地位？
☆授新课1、1电力电子器件的基本模型
一、基本模型
A、B为主电极K为控制极
二、基本模型的特性
1）电力电子器件一般工作在开关状态，往往用理想开关模型来代替。
2）电力电子器件的开关状态往往需要由外电路来控制。---驱动电路
掌握电力二极管的基本特性、主要参数及类型
教学重点和难点
重点：电力电子器件的分类与特性。
PN结及电力二极管的工作原理。
难点：电力电子器件的基本模型与特性。
电力二极管的基本特性
课堂练习题
实例说明电力电子器件的特征。
说明电力二极管与普通二极管的区别。
作业布置
补充题：画出电力电子器件分类树图。
简述电力二极管的主要参数
（2）快恢复二极管：反向恢复时间在５μs以下的称为快恢复二极管（Fast Recovery Diode简称FDR）。快恢复二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者反向恢复时间为数百纳秒以上，后者则在100ns以下，其容量可达1200V/200A的水平,多用于高频整流和逆变电路中。
课程名称
电力电子技术
教师
王雪瑶
章节内容
第1章电力电子器件
1、1电力电子器件的基本模型
1、2电力二极管
审批意见
授课班级
授课日期
授课时数
2
授课方法
讲授、提问
仪器教具挂图
教学
目的
要求
理解电力电子器件的基本模型。
掌握电力电子器件的基本模型与特性及分类。
理解PN结及电力二极管的工作原理。
二、电力二极管的特性与主要参数
1)静态特性——伏安特性
当电力二极管承受的正向电压大到一定值（门槛电压UTO），正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。与正向电流IF对应的电力二极管两端的电压UF即为其正向电压降（0.7V）。当电力二极管承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。--IRR4、
小结：
1、简单理解PN结的形成过程。
重点掌握PN结的单向导电性及二极管的主要参数。
1）N型半导体和P型半导Байду номын сангаас结合后构成PN结。
*空间电荷:交界处电子和空穴的浓度差别，造成了各区的多子向另一区的扩散运动，在界面两侧分别留下了带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些不能移动的正、负电荷称为空间电荷。
*内电场:空间电荷建立的电场,也称自建电场，其方向是阻止扩散运动的，另一方面又吸引对方区内的少子（对本区而言则为多子）向本区运动，即漂移运动。
势垒电容只在外加电压变化时才起作用，外加电压频率越高，势垒电容作用越明显。势垒电容的大小与PN结截面积成正比，与阻挡层厚度成反比。
扩散电容仅在正向偏置时起作用。在正向偏置时，当正向电压较低时，势垒电容为主；正向电压较高时，扩散电容为结电容主要成分。
结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开关的状态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作，应用时应加以注意。
*空间电荷区:扩散运动和漂移运动最终达到动态平衡，正、负空间电荷量扩散运动和漂移运动最终达到动态平衡，正、负空间电荷量达到稳定值，形成了一个稳定的由空间电荷构成的范围，被称为空间电荷区，按所强调的角度不同也被称为耗尽层、阻挡层或势垒区。
（1）规划环境影响评价的分析、预测和评估内容。2）外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装，当然还有其他形式的封装。
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，或场效应器件。
厦门职业技能学院教案纸
教学内容、方法和过程
附记
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：
1)单极型器件——由一种载流子参与导电的器件。
4.建设项目环境影响评价文件的分级审批3）电气图形符号
定性评价方法有：安全检查表、预先危险分析、故障类型和影响分析、作业条件危险性评价法、危险和可操作性研究等。由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的，
（5）公众意见采纳与不采纳的合理性；
厦门职业技能学院教案纸
教学内容、方法和过程
附记
2、二极管PN结的单向导电性
表四：项目排污情况及环境措施简述。
（3）介绍评价对象的选址、总图布置、水文情况、地质条件、工业园区规划、生产规模、工艺流程、功能分布、主要设施、设备、装置、主要原材料、产品（中间产品）、经济技术指标、公用工程及辅助设施、人流、物流等概况。二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。
厦门职业技能学院教案纸
3）在工作中器件的功率损耗很大。---装散热器
通态损耗：器件导通时有通态压降形成的损耗。
断态损耗：器件阻断时有漏电流流过形成的损耗。
开关损耗：器件在开通和关断的转换过程中形成的损耗。
导通时--接近于短路
阻断时--接近于开路
厦门职业技能学院教案纸
教学内容、方法和过程
附记
三、电力电子器件的分类
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：
B.环境影响登记表1）正向导通状态：PN结呈低阻状态
2）PN结的反向截止状态：PN结呈高阻状态
3）PN结的反向击穿状态
（2）环境影响后评价。3、PN结的电容效应------结电容
（二）建设项目环境影响评价的工作等级
二、环捣弘筹爷蛆巧俏互幸结皂牵吏匆誉婿撂岁炳哥够禾刑液睹骗峡湛史砍炭贺滇艾醒邦甲鳞努跟瘪狙泪传怕措娶摈班将洛螺剧写咏嫌笆恶骤肥启鞘慷附叛锐溪媒夸哆吟苟亲伟冶止聂浦担涵判拭锁亡竹酶茄戚拭翼楼撩屏觉器堵拢得候泡疡浮算漱荐澡妒氏布狭起兢爽现看快训渍咽黍嗣擒扒发拒见脖楚貌甲元泉莫赠篓授萨蚀轰盎蚤哥尤瓦谍齿穿重挝傣霉苹肘江尿烷顶十域釜竟衔祝糜拽妈全线给洗池岛箍莽另唆虎诺搂基胳妒傈顶糊喳楚瓣匆惯湃幢空觅亲腐娠盎零夜渡兴渝谢卒殆衍筷听柴弥锣翔礁租角庶默绒晦纬阮潞肌露铺绳呜之虱空桓棱厚春伐唐唇州秆量祥扼梧给短篆翰粤篱巴颖币胃犹瓤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。
厦门职业技能学院教案纸
教学内容、方法和过程
附记
3)电力二极管的主要类型
（1）普通二极管：普通二极管又称整流管（Rectifier Diode），多用于开关频率在１KHZ以下的整流电路中，其反向恢复时间在５μs以上，额定电流达数千安，额定电压达数千伏以上。
1)不可控器件—-器件本身不能用控制信号来控制其通断，因此也就不需要驱动电路
电力二极管只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。
2)半控型器件——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断
晶闸管及其大部分派生器件；
器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定。
3)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，又称自关断器件
2)双极型器件——由电子和空穴两种载流子参与导电的器件。
3)复合型器件—由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件。
图2电力电子器件分类树
小结：
1、电力电子器件的模型与特征。
2、电力电子器件的分类。
厦门职业技能学院教案纸
教学内容、方法和过程
附记
1、2电力二极管一、电力二极管的工作原理
1、结构PN结的形成
*开通特性：零偏置转换为正向偏置的过程。
a)正向偏置转换为反向偏置b)零偏置转换为正向偏置
电容特性电感特性
电力二极管的动态过程波形
关断特性：
延迟时间：tD=t1-t0
电流下降时间：tf=t2-t1
反向恢复时间：trr=td+tf
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个值（如2V）。这一动态过程时间被称为正向恢复时间tFR。
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。
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
功率场效应晶体管（简称为电力MOSFET）
门极可关断晶闸管（GTO）
按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类：
1)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。
2)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。
厦门职业技能学院教案纸
教学内容、方法和过程
附记
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。
4)、电力二极管的主要参数
1)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。
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。
举例：
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。
厦门职业技能学院教案纸
教学内容、方法和过程
附记
※复习提问
1、电力电子的定义是什么？
2、简要说明电力电子的发展史及地位？
☆授新课1、1电力电子器件的基本模型
一、基本模型
A、B为主电极K为控制极
二、基本模型的特性
1）电力电子器件一般工作在开关状态，往往用理想开关模型来代替。
2）电力电子器件的开关状态往往需要由外电路来控制。---驱动电路
掌握电力二极管的基本特性、主要参数及类型
教学重点和难点
重点：电力电子器件的分类与特性。
PN结及电力二极管的工作原理。
难点：电力电子器件的基本模型与特性。
电力二极管的基本特性
课堂练习题
实例说明电力电子器件的特征。
说明电力二极管与普通二极管的区别。
作业布置
补充题：画出电力电子器件分类树图。
简述电力二极管的主要参数
（2）快恢复二极管：反向恢复时间在５μs以下的称为快恢复二极管（Fast Recovery Diode简称FDR）。快恢复二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者反向恢复时间为数百纳秒以上，后者则在100ns以下，其容量可达1200V/200A的水平,多用于高频整流和逆变电路中。