第二讲：电力二极管
【学习课件】第二章电力二极管和晶闸管
肖特基二极管的弱点
反向耐压提高时正向压降会提高，多用于200V以下。 反向稳态损耗不能忽略，必须严格地限制其工作温度。
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。 反向耐压较低时其正向压降明显低于快恢复二极管。 效率高，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。
N2
N2
K
G
J1 晶闸管是PNPN四层半导体结构。
J2 具有J1、J2、J3三个PN结。
可用三个二极管或两个三极管等效。
J3
电力电子20技21/术7/9
K
23
晶闸管的等效电路(二极管等效电路) A
J1
J2 G
J3
K
电力电子20技21/术7/9
24
晶闸管的等效电路(三极管等效电路) A
P1
J1 N1
从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。
前者trr为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，
甚至达到20~30ns。
电力电子20技21/术7/9
13
. 电力二极管的主要类型
3. 肖特基二极管(DATASHEET)
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）。
电力电子20技21/术7/9
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晶闸管的结构
电力电子20技21/术7/9
15
晶闸管的外形
小电流塑封式
大电流平板式
电力电子20技21/术7/9
小电流螺旋式
大电流螺旋式
图形符号
16
晶闸管的外形
KP螺旋式
电力电子20技21/术7/9
电力二极管解读
电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关 状态。
1-20
1.2.2
1) 静态特性
电力二极管的基本特性
I
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。
1-1
1.1
电力电子器件概述
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
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
1-2
机械开关、理想开关及半导体开关
• 电力电子器件是变流装置中的开关设备，在对它讨 论之前，我们先来了解在电力电子设备中为什么使 用半导体器件而不是机械开关。
(1) 开关在关断状态时，电路中流过的电流、即漏电流 (Ioff)为零。
(2)开关在导通状态时，开关的电压(Von)为零。 (3) 开关从导通状态变为关断状态的时间(toff)，或者从关 断状态变为导通状态的时间(ton)为零。
(4) 开关即使是高速、长时间反复导通与关断也不损坏。
1-4
3、半导体开关要求的条件
126fav对应的有效值为157例如如果手册上给出某电力二极管的额定电流fav100a由此得到允许通过正弦半波电流的幅值允许通过任意波形的有效值为157a也就是说额定电流为100a的二极管可以通过幅314a的半波正弦电流可以在全周期内通过任意波形的有效值为157a的电流其功耗发热不超过允许127国产普通功率二极管的型号规定如下
1-32
1.2.4
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）。 肖特基二极管的弱点
电力二极管的主要类型
电力二极管的主要类型
电力二极管主要有以下几种类型：
1. 正向导通型二极管（小信号二极管）：也称为通用二极管，主要用于低电压和小电流的应用场合。
常见的正向导通型二极管有硅二极管和锗二极管。
2. 高速开关型二极管（快恢复二极管）：这种二极管具有较快的恢复时间，能够快速关断和开启，适用于高频率开关电路和功率电子器件等领域。
3. 高压整流型二极管：这种二极管能够承受较高的电压并进行整流操作，常用于大功率电子设备和高压电源等应用。
4. 肖特基势垒二极管：肖特基二极管以其低功耗和高开关速度而闻名，因此广泛应用于低功耗电子设备和高频率开关电路。
5. 整流桥二极管：由四个二极管组成的整流桥电路，用于将交变电压转换为直流电压。
以上类型仅为常见的几种电力二极管类型，实际上还有其他特殊用途的二极管，如光电二极管、温度传感二极管等。
不同类型的电力二极管在电流容量、导通特性、工作温度范围等方面都有所区别，根据具体的应用需求选择适合的类型。
电力电子器件讲义
第2章 电力电子器件2.1.1电力二极管1. 电力二极管的基本特性电力二极管是指可以承受高电压大电流具有较大耗散功率的二极管，它与其他电力电子器件相配合，作为整流、续流、电压隔离、钳位或保护元件，在各种变流电路中发挥着重要作用；它的基本结构、工作原理和伏安特性与信息电子电路中的二极管相同，以半导体PN 结为基础；主要类型有普通二极管、快恢复二极管和肖特基二极管；由一个面积较大的PN 结和两端引线以及封装组成，从外形上看，大功率的主要有螺栓型和平板型两种封装，小功率的和普通二极管一致。
2.电力二极管的基本特性静态特性，主要是指其伏安特性。
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，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。
动态特性，因为结电容的导致电压-电流随时间变化，这就是电力二极管的动态特性，并且往往专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性，由正向偏置转换为反向偏置。
电力二极管并不能立即关断，而是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。
图2-2 电力二极管的伏安特性图2-1 电力二极管的外形、结构和电气图形符号 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号延迟时间：td=t1-t0电流下降时间：tf =t2- t1反向恢复时间：trr=td+ tf恢复特性的软度： tf /td ，或称恢复系 数，用Sr 表示。
由零偏置转换为正向偏置，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 ）。
正向恢复时间tfr ，出现电压过冲的原因:电导调制效应起作用所需的大量少子需要一定的时间来储存，在达到稳态导通之前管压降较大；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。
电力二极管与晶闸管幻灯片PPT
绪论
三、电力电子技术的应用
1〕一般工业
直流电动机调速，交流电机的变频调速，电化学工业，冶金工业中的高频或中频 感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源
信设备中的高频开关电源。大型计算机、微型计算机内部的电源现在也都采用高
频开关电源。在各种电子装置中采用高频开关电源。
5〕家用电器 变频空调器是家用电器中应用电力电子技术的典型例子之一。电视 机、音响设备、家用计算机等电子设备的电源局部也都需要电力电子技术。此外， 有些洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。
个重要特征。 电力电子技术归属于电气工程学科 电气工程学科中一个最为活泼的分支，其不断进步给电气工程的现代化
以巨大的推动力。 控制理论广泛用于电力电子技术，使电力电子装置和系统的性能满足各
种需求 电力电子技术可看成“弱电控制强电〞的技术，是“弱电和强电的接口
〞，控制理论是实现该接口的强有力纽带。
2〕交通运输
电气化铁道中，电动汽车 飞机、船舶的电源等。
3〕电力系统：直流输电，柔性交流输电〔FACTS〕，无功补偿和谐波抑制，晶闸
管控制电抗器〔TCR〕、静止无功发生器〔SVG〕、有源电力滤波器〔APF〕、
电
能
质
量
控
制
等
。
4〕电子装置用电源 各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通
射和射频干扰小。
绪论
五、 电力电子器件的概念和特征 (1) 主电路〔main power circuit〕——电气设备或电力系统中，直接
电力二极管知识及应用
电力二极管知识及应用电力二极管，也称为功率二极管，是一种具有一定承受功率能力的二极管。
与普通的信号二极管相比，电力二极管能够更好地承受高电流和高功率的工作条件。
电力二极管的结构与普通二极管相似，由P型和N型半导体材料组成，但与普通二极管相比，电力二极管的尺寸更大，能够承受更高的电流。
它的关键参数包括最大耐受电流（IFM），最大反向耐压（VRM）和最大功耗（Pd）。
电力二极管的应用十分广泛。
以下是一些常见的应用场景：1. 整流器：电力二极管可以用作整流器，将交流电信号转换为直流电信号。
在电力系统中，整流器常用于将交流电转换为直流电以供电系统的各种负载使用。
2. 反向保护：电力二极管可以用作反向保护装置，防止电路中的反向电压或反向电流对元器件造成损害。
通过将电力二极管正向极性连接到电路，可以保护其他元器件不受反向电流的损害。
3. 电源输出保护：电力二极管可以用作电源输出的短路保护。
当负载短路时，电力二极管可以快速断开电流，从而保护电源不受过大电流损害。
4. 电能回收：电力二极管可以用于电能回收系统中，将电路中的反向电压或电流转化为可用的电能。
这种应用在一些需要提取和利用系统中浪费能量的场景中非常有用。
5. 高压开关：电力二极管可以用作高压开关装置，用于切断或接通电路中的高压信号。
这种应用在电力系统中常见，特别是在开关电源、逆变器和直流测量系统等领域中。
尽管电力二极管在很多应用上具有很多优势，但也存在一些限制。
首先，电力二极管虽然能够处理较高的功率和电流，但由于内部阻抗较高，会导致功耗较大。
其次，电力二极管的开关速度相对较慢，不能适用于一些要求快速响应的应用。
总结而言，电力二极管是一种具有较高承受功率能力的二极管。
它在整流、保护、电能回收和高压开关等多个应用领域都有广泛的应用。
但在选择电力二极管时，需要根据具体应用的功率、电流和开关速度要求来进行选择，并充分考虑电力二极管的最大耐受电流、反向耐压和功耗等关键参数。
《电力二极管》课件
目录
• 电力二极管简介 • 电力二极管的应用 • 电力二极管的选择与使用 • 电力二极管的发展趋势与未来展望 • 电力二极管与其他电子器件的比较
01
电力二极管简介
定义与特性
定义
电力二极管是一种电子器件，具 有单向导电性，主要用于整流和 开关电路。
特性
具有快速响应、高耐压、低正向 压降等特性，能够在高电压和大 电流条件下工作。
在电路中，当出现异常情况（如过电压、过电流）时，二极管会快速导通，将异常电流引入地线，从而保护电路 不受损坏。
03
电力二极管的选择与使 用
选择依据
01
02
03
04
额定电流
根据电路中的最大电流选择合 适的二极管，确保二极管能够
承受电路中的电流。
额定电压
选择能够承受电路中最大电压 的二极管，以确保其正常工作
02
电力二极管的应用
整流应用
总结词
利用二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电。
详细描述
在交流电的正半周期，二极管正向偏置，电流通过；在负半周期，二极管反向 偏置，电流截止。通过这种方式，可将交流电转换为直流电，实现整流。
开关应用
总结词
利用二极管的单向导电性，实现电路的开关控制。
详细描述
在开关电路中，二极管在正向偏置时导通，在反向偏置时截止。通过控制二极管 的状态，可以实现电路的开关功能。
与可控硅的比较
总结词
可控硅和电力二极管在功能和应用上有 一定重叠，但工作原理和结构有所不同 。
VS
详细描述
可控硅是一种具有可控导通能力的半导体 器件，通过控制输入信号实现导通角和输 出电流的调节。电力二极管主要用于整流 和开关应用，其反向恢复时间和开关速度 通常比可控硅更快。
电力二极管和晶闸管讲义课件
电力二极管和晶闸管讲义课件一、引言本讲义课件旨在介绍电力二极管和晶闸管的根本概念、工作原理以及应用领域。
电力二极管和晶闸管是电子器件中非常重要的组成局部，对于电力系统的平安运行和电能的调控起着至关重要的作用。
通过学习本讲义，您将能够了解到电力二极管和晶闸管的特性以及在实际应用中的具体用途。
二、电力二极管2.1 根本概念电力二极管，也称为肖特基二极管，是一种具有单向导电特性的半导体器件。
它由P型半导体和N型半导体组成，其中P型半导体为阳极〔A〕端，N型半导体为阴极〔K〕端。
当正向电压作用于二极管时，电流能够从阳极端流向阴极端；而当反向电压作用于二极管时，电流几乎不会通过二极管。
2.2 工作原理电力二极管的导电特性是由肖特基效应产生的。
肖特基效应是指当P型半导体和N型半导体相接触时，由于能带结构的不连续性，形成一个肖特势垒。
在正向电压作用下，势垒降低，电子能够克服势垒，从P型半导体向N型半导体注入，形成电流；而在反向电压作用下，势垒增加，阻碍电流的流动。
2.3 应用领域电力二极管在电力系统中有着广泛的应用。
其主要作用是实现电能的整流，即将交流电转换成直流电。
电力二极管可以作为整流器使用，将交流电源转换为电流仅在一个方向上流动的直流电源。
此外，电力二极管还可以用于电压倍增电路、脉冲调制电路等方面。
三、晶闸管3.1 根本概念晶闸管是一种具有控制特性的高功率半导体器件。
它由四层半导体构成，包括三个PN结。
晶闸管有三个主要引脚，包括阳极〔A〕、阴极〔K〕和控制极〔G〕。
晶闸管的主要特点是具有单向导通性和双向控制性，其导通与截止状态可通过控制极上的信号进行控制。
3.2 工作原理晶闸管的导通与截止是由PN结的正向偏置与反向偏置来控制的。
当控制极施加正向脉冲信号时，PN结之间的势垒会降低，使得晶闸管导通；而当控制极施加反向脉冲信号或不施加信号时，PN结之间的势垒会增加，使得晶闸管截止。
3.3 应用领域晶闸管在电力系统中有着广泛的应用。
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uF tfr
零偏置转换为正向导通
t
13
I
电力二极管(Power Diode) 电力二极管
——主要性能参数 主要性能参数 1．正向平均电流IF(AV) ．正向平均电流
UB URRM
IF
O UTO
UF
U
指在规定+40℃的环境温度和标准散热条件下， 元件结温达到额定且稳定时，容许长时间连续流过工 频正弦半波电流的平均值。
4
电力电子器件概述
——基本特征 基本特征 处理电功率的能力， 处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电 子器件
电力电子器 件与信息电 子器件的比 较：
电力电子器件一般都工作在开关状态 电力电子器件往往需要由信息电子电路来控 制。 电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电 子器件，一般都要安装散热器。 子器件，一般都要安装散热器。
(1.5 ↔ 2) I max ⇒ IF ≥ 1.57
2、额定电压URRM的选择原则 、额定电压 URRM应大于电力二极管实际可能承受的最大反向瞬时电 压Umax的2到3倍，然后取相应标准系列值 到 倍
22
电力二极管(Power Diode) 电力二极管
——稳压二极管 稳压二极管 1、结构、电气符号、及外形 、结构、电气符号、 结构： 结构： 与电力二极管相同， 与电力二极管相同，只是制造工 艺和方法略有不同 电气符号： 电气符号： 外形： 外形：
2．快速恢复二极管 反向恢复时间很短，一般在5μs以下，此类二极管 称为快速恢复二极管。另外，快速恢复外延型二极管反 向恢复时间可低于50ns，正向压降很低，多用于高频整 流电路中。 DATASHEET 1 2 3
20
2.2 电力二极管 3. 肖特基二极管 肖特基二极管(DATASHEET) )
以金属和半导体接触形成PN结构成的二极管称为肖特 基势垒二极管（Schottky Barrier Diode ——SBD）。 肖特基二极管的优点
23
电力二极管(Power Diode) 电力二极管
——稳压二极管 稳压二极管 2、工作原理及特性 、 伏安特征： 伏安特征： （1）正向特性与普通二极管相同 ） （2）而反向特性却比较特殊：当反向电压加到一定程度时， ）而反向特性却比较特殊：当反向电压加到一定程度时， 虽然管子呈现击穿状态，通过较大电流，但管子不损毁， 虽然管子呈现击穿状态，通过较大电流，但管子不损毁，且 管子两端的电压变化极小，从而起到稳压作用； 管子两端的电压变化极小，从而起到稳压作用；当反相大电 压去掉后，管子恢复反相截止状态。 压去掉后，管子恢复反相截止状态。 工作特点： 工作特点： 主要工作在反向击穿状态，起稳压作用， 主要工作在反向击穿状态，起稳压作用，反向击穿电压即为其 稳压电压； 稳压电压； 稳压管在电路中要反向连接； 稳压管在电路中要反向连接；
TJM是指在 结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。 是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度 结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。 TJM通常在 通常在125~175°C范围之内。 范围之内。 ° 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。 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。
5
电力二极管(Power Diode) 电力二极管
——电力二极管的电气图形符号和外形 电力二极管的电气图形符号和外形
电气图形符号
6
大功率二极管
7
电力二极管(Power Diode) 电力二极管
——基本内部结构 基本内部结构 电力二极管的基本结构与信息电子电路中的二极管 一样，都是具有一个PN结的两端器件。 PN结的两端器件 一样，都是具有一个PN结的两端器件。 不同的是电力二极管的PN结面积较大。 不同的是电力二极管的PN结面积较大。 PN结面积较大 电容效应： 电容效应： PN结的电荷量随外加电压而变化 呈现电容效应， 结的电荷量随外加电压而变化， 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 称为结电容CJ 高频等效电路 高频等效电路
I IF
UB
URRM
O UTO UF U
门槛电压UTO 正向电流IF开始明显增加所对应的电 正向电流 开始明显增加所对应的电 压 正向电压降UF 正向导通是电力二极管两端的最 大电压降
10
反向击穿电压U 反向击穿电压 B
电力二极管(Power Diode) 电力二极管
⒉ 动态特性 因结电容的存在，电力二极管在零偏置、正向导通 和反向截止这三个状态之间转换时，必然经过一个过渡 过程，其电压、电流随时间变化的特性称为电力二极管 的动态特性。
3
半导体器件： 半导体器件：
电力电子器件概述
——基本分类 基本分类 电真空器件： 汞弧整流器、 电真空器件： 汞弧整流器、闸流管 通过从控制端注入或者抽出 电流驱动型： 电流驱动型： 电流来实现导通或者 关断的 器件 半导体器件： 半导体器件：
仅通过在控制端和公共端之间 电压驱动型： 电压驱动型： 施加一定的电压信号就可实现 导通或者关断的器件。 导通或者关断的器件。
IF
UB
URRM
O UTO UF U
4．反向重复平均漏电流IRR 反向重复平均漏电流I 对应于反向重复峰值电压URRM下的平均漏电流，
16
电力二极管(Power Diode) 电力二极管
5）最高工作结温TJM ）最高工作结温
结温是指管芯PN结的平均温度， 表示。 结温是指管芯 结的平均温度，用TJ表示。 结的平均温度
第二讲： 电力二极管（功率二极管） 第二讲： 电力二极管（功率二极管）
1 电力电子器件概述 电力电子器件
电力二极管的结构、工作原理、 2 电力二极管的结构、工作原理、基本 特性、 特性、主要参数 3 4 5 电力二极管的选取原则 稳压二极管 抗瞬变二极管
1
电力电子器件概述
——基本概念 基本概念 电力电子变换系统： 电力电子变换系统 由控制电路 驱动电 控制电路、驱动电 控制电路 保护电路 路、保护电路 和 以电力电子器件为 核心的主电路 主电路组成。 主电路
控 制 电 路 检测 电路 保护 电路 驱动 电路
V1 L R
V2
主电路
主电路： 主电路：电力电子变换系统中，直接承担电能的变换或控制 任务的电路 电力电子器件： 电力电子器件：可直接用于主电路中，实现电能的变换或控 制的电子器件。作用类似于信息电子技术（模电、数电）的 信息电子器件。
2
电力电子器件概述
I
电力二极管(Power Diode) 电力二极管
——主要性能参数 主要性能参数
UB URRM
IF
O UTO
UF
U
2．正向电压降UF 正向电压降U 电力二极管在规定温度和散热条件下，流过某一指定的 正向稳态电流时，电力二极管的最大电压降。
15
电力二极管(Power Diode) 电力二极管
I
反向重复峰值电压U 3 ． 反向重复峰值电压 URRM （ 额 定电压） 定电压） 电力二极管在指定温度下， 所能重复施加的反向最高峰值 电压
IF UF tF t0 diF dt td t1 diR dt IRP URP
u i
trr tf t2 UR t
UFP
iF
2V 0
uF tfr t
正向导通转换为反向截止
11
零偏置转换为正向导通
电力二极管(Power Diode) 电力二极管
关断特性： 关断特性
tF：时刻外加电压改变 t0：时刻电流下降为零， 时刻电流下降为零 电流下降为零，
17
2.2 电力二极管
——主要类型 主要类型 1．普通二极管 又称整流二极管（ 又称整流二极管（Rectifier Diode） ） 多用于开关频率不高（ 以下） 多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路 以下 其反向恢复时间较长 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高 DATASHEET
18
2.2 电力二极管
——主要类型 主要类型 1．普通二极管 又称整流二极管（ 又称整流二极管（Rectifier Diode） ） 多用于开关频率不高（ 以下） 多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路 以下 其反向恢复时间较长 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高 DATASHEET
19
2.2 电力二极管
电力二极管具有单向导电性
状态参数 电流 正向导通 正向大 反向截止 几乎为零 反向击穿 反向大
电压
维持1V
反向大
反向大
低阻态 阻态
高阻态
——
1、雪崩击穿 2、齐纳击穿 3、热击穿
9
电力二极管(Power Diode) 电力二极管
——基本特性 基本特性
静态特性、 静态特性、动态特性 ⒈ 静态特性 电力二极管的静态特性主要是指其 伏安特性，即器件端电压 电流的 端电压与 伏安特性，即器件端电压与电流的 关系。 关系。
反向恢复时间很短（10~40ns）。 反向恢复时间很短（ ）。 正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲。 正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲。 效率高，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。 效率高，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。
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电力二极管(Power Diode) 电力二极管
电容效应的影响： 电容效应的影响：