《汽车功率电子基础》课件 第3章 器件工作原理
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汽车电工电子技术PPT课件
R R1 R2
Rn
第一章 直流电路
五、基尔霍夫定律 1.基本术语 （1）支路；（2）节点；（3）回路；（4）网孔。
第一章 直流电路
2.基尔霍夫电压定律
在任一回路中，从任一点以顺时针或逆时针方向沿回路绕行一周，则所有支路或元件电压 的代数和恒等于零，即
或 U 0
IR E
3.基尔霍夫电流定律
环形变压器
第二章 电磁学原理及应用
3.变压器结构：绕组和铁芯。 绕组是用漆包线绕的线圈，铁芯一般是硅钢片叠成的。
漆包线
环形铁芯
第二章 电磁学原理及应用
4.几种常见变压器 （1）自耦变压器（有些具有调压功能，可降压也可升压）
第二章 电磁学原理及应用
（2）互感器（电压互感器、电流互感器）
电压互感器
符号R或r，单位：Ω（欧）、K Ω（千欧）、M Ω（兆欧）。 （2）电阻元件
固定电阻
可调电阻
第一章 直流电路
4.电功和电功率
（1）电功：电流流过负载时对负载所做的功称为电功，符号W。
（2）电功率
W UIt
P W UI t
二、电阻、电容和电感
1.电阻
I U R
2.电容
Cq u
i dq C du dt dt
U AB VA VB
其中，UAB为A、B两点间电压；VA为A点电位，VB为B点电位。 （4）电动势
汽车电工电子技术第三章 汽车电路基础
为30～36 V。请估算一下人体电阻应是多少呢?
（4）蓄电池内阻的估算。
如图3-7所示，已知蓄电池的电动势E=12 V，外电阻R=0.3Ω，电路中电流 为30A，问内阻r为多大?
图3-7 电池内阻的估算
图 3-8 电容器
3.工作评价 小组讨论，李师傅给出评价
能力 估算能力 估算方法 应用定律能力 创新能力
上述求和时，需要任意指定一个回路的 绕行方向，对于电动势，绕行方向与电 动势方向相同时，电动势取正号，反之 取负号。电阻上电流方向与回路绕行方 向一致时，电阻压降取正号，反之取负 号。 以图3-17电路说明基夫尔霍电压 定律。沿着回路abcdea绕行方向，有
2.特点:
图3-12 汽车示宽灯并联电路
(1) 分流关系：
R1I1 = R2I2 = … = RnIn = RI = U
(2) 功率分配：
R1P1 = R2P2 = … = RnPn = RP = U 2
(3)并联电路的等效电阻(即总电阻)的倒数等于各并联
电阻的倒数之和，即
1 1 1 +……
R R1 R2
本章内容
3.1 电路及组成 3.2 欧姆定律（OHMS LAW） 3.3 串、并联电路 3.4 基尔霍夫定律 3.5 惠斯通电桥
理论知识要点
❖ 1.电路是电流的通道
❖ 2.电路的设计是受以下因素影响 ❖ 负载的数量和类型 ❖ 导体的大小 ❖ 控制装置的类型
（4）蓄电池内阻的估算。
如图3-7所示，已知蓄电池的电动势E=12 V，外电阻R=0.3Ω，电路中电流 为30A，问内阻r为多大?
图3-7 电池内阻的估算
图 3-8 电容器
3.工作评价 小组讨论，李师傅给出评价
能力 估算能力 估算方法 应用定律能力 创新能力
上述求和时，需要任意指定一个回路的 绕行方向，对于电动势，绕行方向与电 动势方向相同时，电动势取正号，反之 取负号。电阻上电流方向与回路绕行方 向一致时，电阻压降取正号，反之取负 号。 以图3-17电路说明基夫尔霍电压 定律。沿着回路abcdea绕行方向，有
2.特点:
图3-12 汽车示宽灯并联电路
(1) 分流关系：
R1I1 = R2I2 = … = RnIn = RI = U
(2) 功率分配：
R1P1 = R2P2 = … = RnPn = RP = U 2
(3)并联电路的等效电阻(即总电阻)的倒数等于各并联
电阻的倒数之和，即
1 1 1 +……
R R1 R2
本章内容
3.1 电路及组成 3.2 欧姆定律（OHMS LAW） 3.3 串、并联电路 3.4 基尔霍夫定律 3.5 惠斯通电桥
理论知识要点
❖ 1.电路是电流的通道
❖ 2.电路的设计是受以下因素影响 ❖ 负载的数量和类型 ❖ 导体的大小 ❖ 控制装置的类型
第三章-基本功率集成电路工艺
介质隔离具有优越的电磁兼容（EMC）性和抗辐照性能。
2023/8/27
29/112
介质隔离
同样介质隔离也存在缺点，对于采用SiO2隔离的工艺 而言，由于SiO2热导率比单晶Si要低，在PIC运用时更 易造成局部过热效应，导致器件产生二次击穿，从而 影响PIC性能和可靠性。这就要求设计人员在版图设计 时特别注意。
2023/8/27
26/112
厚外延PN结隔离
这种技术主要优点是能利用纵向DMOS管的高电流处理 能力。
当芯片中采用电流处理能力较大的纵向器件（VDMOS、 NPN和IGBT等）且电极从芯片表面引出时，为了使器 件发挥更佳的性能，降低纵向器件的导通电阻，一般还 增加N+埋层和深N+注入工艺。
2023/8/27
2023/8/27
14/112
国家半导体公司
国家半导体（National Semiconductor）公司 开发一系列BCD工艺，其相应产品主要集中在电 源管理方面，是全球第一大的稳压器及电压参考 电路供应商。
2023/8/27
15/112
BCD工艺几个发展方向
目前BCD工艺还向以下几个方向发展： SOI方向 与微电子机械系统（MEMS）结合 与SOC系统结合
众多国内外的功率半导体厂商加入到BCD工艺这一领域： ST Microelectronics Philips BCD semiconductor Texas Instruments National Semiconductor Onsemi Power Integration等等公司。
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介质隔离
同样介质隔离也存在缺点，对于采用SiO2隔离的工艺 而言，由于SiO2热导率比单晶Si要低，在PIC运用时更 易造成局部过热效应，导致器件产生二次击穿，从而 影响PIC性能和可靠性。这就要求设计人员在版图设计 时特别注意。
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厚外延PN结隔离
这种技术主要优点是能利用纵向DMOS管的高电流处理 能力。
当芯片中采用电流处理能力较大的纵向器件（VDMOS、 NPN和IGBT等）且电极从芯片表面引出时，为了使器 件发挥更佳的性能，降低纵向器件的导通电阻，一般还 增加N+埋层和深N+注入工艺。
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国家半导体公司
国家半导体（National Semiconductor）公司 开发一系列BCD工艺，其相应产品主要集中在电 源管理方面，是全球第一大的稳压器及电压参考 电路供应商。
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BCD工艺几个发展方向
目前BCD工艺还向以下几个方向发展： SOI方向 与微电子机械系统（MEMS）结合 与SOC系统结合
众多国内外的功率半导体厂商加入到BCD工艺这一领域： ST Microelectronics Philips BCD semiconductor Texas Instruments National Semiconductor Onsemi Power Integration等等公司。
汽车电工电子基础
三、电流的热效应———焦耳定律 当电流通过导体(或用电器)时,由于电阻的存在,会产生热量,称电流的 热效应。选择电压、电流参考方向后,电阻功率的计算公式为 P = I2 R = U2/R 或 p = i2 R = u2/R 导体(用电器)在时间t 内产生的热量为 Q = Pt = I2Rt 或 q = pt = i2Rt 英国物理学家焦耳通过实验证明:电流通过导体(或用电器)时产生的热 量Q 与电流I 的平方、导体(用电器)的电阻R 以及通电时间t 成正比,这 一结论称为焦耳定律。热量的单位是J(焦耳)。
例 = ?
若已知图示电阻的电压从a 到b,大小是1 V,则U1 = ?,U2 = ?,Uba
3.电位 电位是一个相对的概念,分析电位时必须先选定一个参考点。参考点 用字母“o”表示,在电路中用⊥符号表示,原则上可任意选取,但习惯上 选 接地点或接机壳点或电路中连线最多的点作为参考点。电路中某一点的 电位就是该点到参考点的电压,用字母V表示。可见,电位的单位与电压 一样,也是V。图中a 点的电位为Va = Uao 或 Va = Uao参考点本身的电 位显然为零,所以参考点又叫零电位点。 如果已知a、b 两点的电位分别为Va 、Vb ,则a、b 两点间的电压为 Uab = Uao + Uob = Uao - Ubo = Va – Vb即:两点间的电压等于这两点 的电位的差,所以电压又叫电位差。
电子教案与课件：《汽车机械制造基础》 汽车机械制造基础第3章
压力角的余角 称为传动角。一般情况下，机构的最小 传动角 min 400；传递较大功率时，应使 min 500 ，出现最 小传动角的机构位置，可由机构运动简图中直观地判定。
2．转向传动机构
(a)
(b)
(c)
(d)
图3.2-17 梯形机构
l-转向器 2-转向摇臂 3-转向直拉杆 4-转向节臂 5-梯形臂 6-转向横
（2）活塞（点）的速度。
v* MM ' t
v lim MM ' lim s ds f ' (t)
t0 t
t0 t dt
（3）活塞（点）的加速度。如图3.2-6所示
a* v t
图3.2-6 活塞(点)的加速度
a
lim v t0 t
lim v' v lim v dv t0 t t0 t dt
3.1机构基础
3.1机构基础 一般机器主要由4个基本部分组成，即动力部 分、执行部分、传动部分及控制部分。简单的 机器主要由前3个基本部分组成。 3.1.2机器与机构 机器有共同的特征
图3.1-1 单缸四冲程内燃机 1-汽缸体2-活塞3-进气门4-排气门5-连杆6-曲轴 7-凸轮8-顶杆9-进排凸轮轴齿轮10-曲轴齿轮
按运动特点，可以认为机器是由若干构件组成 的。各构件之间具有确定的相对运动，其形状和 尺寸主要取决于运动性质。
2．转向传动机构
(a)
(b)
(c)
(d)
图3.2-17 梯形机构
l-转向器 2-转向摇臂 3-转向直拉杆 4-转向节臂 5-梯形臂 6-转向横
（2）活塞（点）的速度。
v* MM ' t
v lim MM ' lim s ds f ' (t)
t0 t
t0 t dt
（3）活塞（点）的加速度。如图3.2-6所示
a* v t
图3.2-6 活塞(点)的加速度
a
lim v t0 t
lim v' v lim v dv t0 t t0 t dt
3.1机构基础
3.1机构基础 一般机器主要由4个基本部分组成，即动力部 分、执行部分、传动部分及控制部分。简单的 机器主要由前3个基本部分组成。 3.1.2机器与机构 机器有共同的特征
图3.1-1 单缸四冲程内燃机 1-汽缸体2-活塞3-进气门4-排气门5-连杆6-曲轴 7-凸轮8-顶杆9-进排凸轮轴齿轮10-曲轴齿轮
按运动特点，可以认为机器是由若干构件组成 的。各构件之间具有确定的相对运动，其形状和 尺寸主要取决于运动性质。
汽车基本器件与基本电路
电路断路保护器简称断路器(俗称双金属片式保险器)，常用于保护电动 机等较大功率的电气设备。
电路断路保护器的基本组成是一对受热敏双金属片控制的触点，当电动 机因某种原因阻力加大甚至卡死造成电流过大或发生短路故障时，超过额定 电流数倍使双金属片受热变形，触点断开，自动切断电路以保护电气设备或 线路。与易熔线和熔断器相比，其特点是可重复使用。
（2）变压器的工作原理
如图所示，变压器两组线圈圈数分别为N1和N2，N1为初级线圈，N2 为次级线圈。在初级线圈上加一交流电压，在次级线圈两端就会产生感应 电动势。初级线圈上的电压是U1，次级线圈上的电压为U2。当N2＞N1时 ，其感应电动势要比初级所加的电压还要高，这种变压器称为升压变压器 ，即U2＞U1；当N2＜N1时， 其感应电动势低于初级电压， 即U2＜U1，这种变压器称为降 变压器。初级次级电压和线圈 圈数间具有下列关系： U1/U2=N1/N2
（3）电阻的单位标注
在电路图中，电阻值在兆欧以上的，标注单位为M。电阻值在1 kΩ～ 100 kΩ之间，标注单位为K。电阻值在1 000 Ω以下，标注单位为 Ω。
（4）电阻的使用
使用电阻时，要根据电路的要求，选用不同种类和误差的电阻。在一 般电路中，采用误差为10%或20%的碳膜电阻就可以了。
电阻的额定功率要选用等于实际承受功率的1.5～2倍，只有这样选用 才能保证电阻的耐用和可靠。
电路断路保护器的基本组成是一对受热敏双金属片控制的触点，当电动 机因某种原因阻力加大甚至卡死造成电流过大或发生短路故障时，超过额定 电流数倍使双金属片受热变形，触点断开，自动切断电路以保护电气设备或 线路。与易熔线和熔断器相比，其特点是可重复使用。
（2）变压器的工作原理
如图所示，变压器两组线圈圈数分别为N1和N2，N1为初级线圈，N2 为次级线圈。在初级线圈上加一交流电压，在次级线圈两端就会产生感应 电动势。初级线圈上的电压是U1，次级线圈上的电压为U2。当N2＞N1时 ，其感应电动势要比初级所加的电压还要高，这种变压器称为升压变压器 ，即U2＞U1；当N2＜N1时， 其感应电动势低于初级电压， 即U2＜U1，这种变压器称为降 变压器。初级次级电压和线圈 圈数间具有下列关系： U1/U2=N1/N2
（3）电阻的单位标注
在电路图中，电阻值在兆欧以上的，标注单位为M。电阻值在1 kΩ～ 100 kΩ之间，标注单位为K。电阻值在1 000 Ω以下，标注单位为 Ω。
（4）电阻的使用
使用电阻时，要根据电路的要求，选用不同种类和误差的电阻。在一 般电路中，采用误差为10%或20%的碳膜电阻就可以了。
电阻的额定功率要选用等于实际承受功率的1.5～2倍，只有这样选用 才能保证电阻的耐用和可靠。
汽车电工与电子基础教材讲义讲稿 第3章 三相交流电路主要内容精讲
电压, 正常工作。
2) 中性线断开
2
变为单相电路，如图(2)所示 3
由图（2）可求得
I U23 380 19 A R2 R3 10 10
U2 IR 219 10 190 V
U3 IR 3 19 10 190 V
R1
N
R3
R2
(1)
I
2 +
U–´1 U–+´2
解: (1) 本系统供电线路图
1 2 3+
UC
– N
一层 P 二层
三层
解：(1)本系统供电线路图
1 2
3+
UC
–
N
一层 P 二层
三层
(2) 当P处断开时，二、三层楼的灯串联接380V 电压， 所以亮度变暗，但一层楼的灯仍承受220V电压亮度不 变。
(3) 因为三楼灯多于二楼灯即 R3 R2 , 所以三楼灯比 二楼灯暗。
3 (2)
结论
（1）不对称负载Y连接又未接中性线时，负载相电 压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。
（2） 中线的作用：保证星形连接三相不对称负载的 相电压对称。
（3）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供 电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀 闸开关。
3 负载三角形连接的三相电路
汽车电工电子基础及电路分析
中央广播电视大学汽车（专科）系列辅助教材
北京中德合力技术培训中心组织编写
汽车电工电子基础及电路分析复习辅导书
赵亚男编写
中央广播电视大学出版社
北京
前言
《汽车电工电子基础及电路分析》是中央广播电视大学人才培养模式改革和开放教育试点汽车专业(开放专科)的必修专业课。它的任务是通过系统的理论教学，使学生掌握汽车电器设备的基本构成、工作原理、特性及使用维护故障排除等知识，为了便于复习考试，出版了《汽车电工电子基础及电路分析》复习辅导书。
本复习辅导书由路勇编写，供中央广播电视大学人才培养模式改革和开放教育试点汽车专业(开放专科)的学生复习考试使用。
由于编者水平有限，书中难免存在缺点和错误，恳请广大读者批评指正。
编者
2009年11月于北京
目录
前言................................................................................................................................ I 目录. (i)
第1章电路的基本概念、定律与分析方法 (1)
一、重点掌握 (1)
二、一般掌握 (1)
三、复习题 (1)
第2章正弦交流电路 (1)
一、重点掌握 (1)
二、一般掌握 (2)
三、一般了解 (2)
第3章变压器及电动机 (2)
一、重点掌握 (2)
二、一般了解 (2)
第4章半导体分立器件及其基本电路 (2)
一、重点掌握 (2)
二、一般掌握 (2)
三、一般了解 (3)
第5章模拟集成电路及应用 (3)
《功率电子电路》课件
优势。
集成化与智能化
功率电子器件正朝着集成化、模 块化、智能化的方向发展，以提 高系统的可靠性、减小体积和重
量。
可靠性强化
随着功率电子器件在航空航天、 轨道交通等领域的广泛应用，对 器件的可靠性要求越来越高，可
靠性强化技术成为研究重点。
功率电子电路在新能源领域的应用前景
1 2 3
风力发电
风力发电是新能源领域的重要方向，功率电子电 路在风力发电系统中发挥着重要作用，如控制策 略、最大功率跟踪等。
电容
表示电容器容纳电荷的本领， 用符号“C”表示，单位是法 拉(F)。
电压
电场力对单位正电荷所做的功 ，用符号“U”表示，单位是 伏特(V)。
电阻
表示导体对电流阻碍作用的大 小，用符号“R”表示，单位 是欧姆(Ω)。
电感
表示线圈产生感应电动势的能 力，用符号“L”表示，单位 是亨利(H)。
电路分析的基本方法
04 功率电子电路的设计与优化
电路设计的基本原则
安全性
确保电路在正常工作条件下不会对人员或设 备造成危害。
效率
可靠性
电路应能在预期的工作条件下长期稳定运行 ，避免出现故障。
优化电路设计以实现高效率，减少能源浪费 。
02
01
简洁性
设计应尽可能简单，降低制造成本和维护难 度。
04
03
集成化与智能化
功率电子器件正朝着集成化、模 块化、智能化的方向发展，以提 高系统的可靠性、减小体积和重
量。
可靠性强化
随着功率电子器件在航空航天、 轨道交通等领域的广泛应用，对 器件的可靠性要求越来越高，可
靠性强化技术成为研究重点。
功率电子电路在新能源领域的应用前景
1 2 3
风力发电
风力发电是新能源领域的重要方向，功率电子电 路在风力发电系统中发挥着重要作用，如控制策 略、最大功率跟踪等。
电容
表示电容器容纳电荷的本领， 用符号“C”表示，单位是法 拉(F)。
电压
电场力对单位正电荷所做的功 ，用符号“U”表示，单位是 伏特(V)。
电阻
表示导体对电流阻碍作用的大 小，用符号“R”表示，单位 是欧姆(Ω)。
电感
表示线圈产生感应电动势的能 力，用符号“L”表示，单位 是亨利(H)。
电路分析的基本方法
04 功率电子电路的设计与优化
电路设计的基本原则
安全性
确保电路在正常工作条件下不会对人员或设 备造成危害。
效率
可靠性
电路应能在预期的工作条件下长期稳定运行 ，避免出现故障。
优化电路设计以实现高效率，减少能源浪费 。
02
01
简洁性
设计应尽可能简单，降低制造成本和维护难 度。
04
03
汽车电工电子基础(完整版)
起来）
•中间环节（把电源与负载连接
电路的分类— •电力电路：•传负输载、（转将换电和能分转配化电成非电能的 设能备）
换和处理信号
精品•课电件 信电路：传递、变
由干电池（电源）、小电珠（负载）和开关（中间环节） 三部分组成的手电筒电路是电力电路
由话筒、放大器、扬声器组成的扩音器电路是电信电路
精品课件
示。则
Uab=Uac+Ucb =U1-U2 =（-6-4）V=-
Uab是否表示a端电位高于1b0端V电精位品。课件
电流值和电压值的测量
1.电流
在实际中，将电流表串接在电路中来测量某支路的电流，测量 时要注意选择电流表的量程、极性（直流表），以减小误差、 保护仪表。由于电流表必须串接入电路中，往往显得不太方便， 在测量电阻上的电流时，可以测其电压然后根据欧姆定律换算 出流经电阻的电流。根据电流值选择线路导线时，要查阅电工 手册，注意选择导线的线径，以防止线路因电流过大而烧坏。
精品课件
单元一 直流电路
知识目标： 电路的组成及基本概念 电路模型 电位的计算 电路分析的常用方法
能力目标：能用万用表测量直流电路中电流、电压、电阻 能解决直流电路中的联结问题
精品课件
第一节 电路的组Biblioteka Baidu及其基本概念
一 电路: 电流流经的闭合路径称为电路（由电
功率电子课件-VEH03245-3
A
Q1
Q2
G
S2 S1
K
SCR的双BJT电路
承受反向电压时，不论 门极是否有触发电流， 晶闸管都不会导通。
承受正向电压时，仅在 门极有触发电流的情况 下晶闸管才能开通。
晶闸管一旦导通，门极 就失去控制作用，出现 擎住现象。
要使晶闸管关断，只能 使晶闸管的电流降到接 近于零的某一数值以下 。 可以采取减小漏极电流 或反向漏源电压的方法。
北京理工大学
电动车辆国家工程实验室
汽车功率电子基础 — 第3章 器件工作原理
BIT-VEH03245
3.3 晶闸管－SCR伏安特性
IA
维持电流IH：门
极断路，晶闸管
被触发后的维持
通态的最小阳极
电流。
擎住电流IL：晶 闸管从断态到通 态后，门极触发 信号撤除，维持 通态的最小阳极 电流。
SCR的伏安特性曲线
汽车功率电子基础 — 第3章 器件工作原理
3.2 功率晶体管
（1）结构 （2）电流放大 （3）输出特性 （4）击穿特性 （5）开关特性 （6）安全工作区 （7）典型应用
BIT-VEH03245
北京理工大学
电动车辆国家工程实验室
汽车功率电子基础 — 第3章 器件工作原理
3.2 功率晶体管－结构
BIT-VEH03245
电动车辆国家工程实验室
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汽车功率电子基础 — 第3章 器件工作原理
3.2 功率晶体管－结构
双极晶体管BJT
NPN
PNP
特点：
功率晶体管
杂质浓度：E最高、B次之、 C最低；
少子和多子均参加电流传 输工作；
基极电流控制方式，电流 放大。
汽车功率电子基础 — 第3章 器件工作原理
3.2 功率晶体管－工作原理
特点： E区发射电子并注入B区； B区传输电子并少量复合； C区收集电子。
3.1 功率二极管－反向恢复特性
指标
特点： 反向恢复电荷区； 反向电流峰值后至稳定； 整流功率二极管的反向 恢复过程时间可达us级； 电荷存储效应。
汽车功率电子基础 — 第3章 器件工作原理
3.1 功率二极管－模型
iD
I
s
exp
uD nUT
1
式中： Is—反向饱和电流； UT—温度的电压当量； n—非理想化因子。
二次击穿 集电极发生一次击穿后，集 电极反向偏压进一步增大， 集电极电流增大到某一临界 值时，晶体管的集电极－发 射极电压突然降低，然而集 电极电流继续增长，这个现 象称为晶体管的二次击穿。 可能为热击穿或雪崩击穿， 造成晶体管的毁坏。
汽车功率电子基础 — 第3章 器件工作原理
3.2 功率晶体管－开关特性
3.1 功率二极管－动态特性
2个过程：正向恢复、反向恢复； 2个效应：电导调制、电荷存储。
汽车功率电子基础 — 第3章 器件工作原理
3.1 功率二极管－正向恢复特性
特点： 电压尖峰后下降至稳定； 电流无超调上升至稳定； 动态过程时间可达ns级； 电导调制效应。
汽车功率电子基础 — 第3章 器件工作原理
➢ 功率半导体器件的分类
不可控器件、半控型器件、全控型器件。
控
检测电路
制 电
驱动电路
路
保护电路
主控电路
电气隔离 主电路
功率半导体器件的电路作用
汽车功率电子基础 — 第3章 器件工作原理
功率半导体器件引言－发展历史
电子 真空管
晶体管
晶闸管
Power MOSFET
IGBT SiC/GaN
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 t/年
初始期
半控期
全控期
水银汞 弧整流
器
水银汞 弧可控 整流器
GTO
IGCT
功率电子技术的发展史是以功率半导体器件的发展史为纲的。
汽车功率电子基础 — 第3章 器件工作原理
功率半导体器件引言－器件比较
功 率
开关频率/ Hz
*R.Uchida and T.Yamada, Power electronics for high-power applications in the 21st century, IEEE2000。
汽车功率电子基础 — 第3章 器件工作原理
第3章 器件工作原理
讲师：XXX
汽车功率电子基础 — 第3章 器件工作原理
目录
功率半导体器件引言 3.1 功率二极管 3.2 功率晶体管 3.3 晶闸管SCR 3.4 功率MOSFET 3.5 绝缘栅双极晶体管IGBT 3.6 宽禁带器件
汽车功率电子基础 — 第3章 器件工作原理
功率半导体器件引言
➢ 器件特点 ➢ 发展历史 ➢ 器件比较
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功率半导体器件引言－器件特点
➢ 功率半导体器件的特点
（1）功率远大于一般用于信号处理的电子器件； （2）具有处理大电流或高电压的能力； （3）开关工作（一般小于100kHz）； （4）需要由信息电子电路来控制； （5）散热大，需要散热装置。
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3.1 功率二极管－参数
正向导通平均电流IFAV
导通阈值VTO
正向导通有效值电流IFRMS 正向导通压降VF
可重复反向峰值电压VRRM 反向饱和电流IRD
最高工作结温Tj
反向恢复电流峰值IRRD
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3.1 功率二极管－曲线
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3.2 功率晶wenku.baidu.com管－典型功率晶体管参数
漏电流
集电极发射极饱和电压 输入电流 输入电压
开关时间
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3.2 功率晶体管－问题
1）如果一只功率晶体管 的请通问态根时据间图为示开tsat关(on)时， 间，功率晶体管的最 大工作频率是多少如 何计算？
特点：
延迟时间td 上升时间tr 存储时间ts 下降时间tf 开通时间ton 关断时间toff
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3.2 功率晶体管－安全工作区
Ic / A I cm Pcm
BVceo Vce / V
安全工作区SOA
功率晶体管工作可靠而不发生损坏的工作电流和电压区域。通常指电流 极限线、电压极限线、最大功耗线、二次击穿线所限定的区域。
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3.2 功率晶体管－输出特性
II
III
特点：
I 共射极输出特性曲线
Ⅰ区, 截止状态；
Ⅱ区，非饱和区，电导调制效应；
Ⅲ区，饱和区，电流温度，放大电流随基极电流增大而提高。
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3.2 功率晶体管－击穿特性
一次击穿 当集电极反向偏置电压增大到某一数值时，集电极电流急 剧增加，出现击穿现象，称为晶体管的一次击穿。
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3.1 功率二极管－问题
1）功率二极管的工作频率相关的主要因素是 （A）工作电流 （B）反向恢复电荷 （C）工作电压 （D）结温
2）为什么？
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3.2 功率晶体管
（1）结构 （2）电流放大 （3）输出特性 （4）击穿特性 （5）开关特性 （6）安全工作区 （7）典型应用
/W
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3.1 功率二极管
（1）结构 （2）瞬态 （3）模型 （4）参数 （5）应用
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3.1 功率二极管－结构
重掺杂的p+型区 一般掺杂的p型区 轻掺杂的n-型区 重掺杂的n+型区
高 击穿电压
低接触电阻
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3.3 晶闸管
（1）SCR基本结构 （2）SCR工作原理 （3）SCR伏安特性 （4）SCR开关特性 （5）GTO介绍 （6）重要参数 （7）小结