2电力二极管

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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

第1章--电力晶体管和晶闸管

Ｉ，对应为0.4V～1.2V共九个组别。 2) 维持电流 IH ：使晶闸管维持导通所必需的最小电流
一般为几十到几百毫安，与结温有关，结温越高，则IH越小
3) 擎住电流 IL：晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。
IG2 > IG1 > IG =0
UBO UA
雪崩击穿
图1-5 晶闸管的伏安特性 IG2>IG1>IG
16
IA
四、晶闸管的阳极伏安特性
正向导通
1) 正向特性
URSM URRM -UA
IH
IG2
IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻
断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向
J1 J2 J3
K
a)
b)
图1-2 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
K G
A c)
11
晶闸管的管耗和散热：
管耗＝流过器件的电流×器件两端的电压
管耗将产生热量，使管芯温度升高。如果超过允许值，将损坏器件，所以必须进行散热和冷却。
冷却方式：自然冷却（散热片）、风冷（风扇）、水冷
雪崩击穿
UDSM
电电压流超急过剧临增界大极，限器即件开正通向。转折电压Ubo，则漏
-IA
图1-5 晶闸管的伏安特性
随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降
IG2>IG1>IG
低。
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。

电力二极管主要类型

电力二极管主要类型
电力二极管的主要类型：
1、普通二极管
普通二极管也叫作整流二极管，常用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中，它的反向恢复时间较长，一般是在5s以上。

但它的正向电流定额值和反向电压定额值可以达到很高，分别是数千安和数千伏以上。

2、快恢复二极管（FRD）
快恢复二极管是指恢复过程短，特别是反向恢复过程很短的二极管，简称快速二极管。

大多数的快速二极管在工艺上多采用了渗金措施，有的采用PN 结型结构，有的采用改进的PiN结构。

采用外延型PiN结构的快恢复外延二极管（FRED），其反向恢复时间更短，一般在低于50ns以下，正向压降也很低，一般在0.9V左右，氮气反向耐压在400V以下。

从性能上分，快速二极管可分为快速恢复和超快速恢复两个等级，前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者在100ns以下，甚至低于20-30ns。

3、肖特基二极管（SBD）
肖特基二极管是指以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管，肖特基二极管的优势很多，如反向恢复时间短、正向恢复过程中不会有明显的电压脉冲、在反向哪呀较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管；它的开关损耗和正向导通损耗都比快速
二极管还低，效率更高。

但它也有不足之处，当提高其反向耐压时，它的正向压降也将提高高到无法满足要求，所以常用于200V以下，同时它的反向漏电流较大且对温度敏感，因此无法忽略它的反向稳态损耗，而且必须更加严格地控制它的工作温度。

电力二极管的用途

电力二极管的用途电力二极管的主要用途：1.整流电路：电力二极管在整流电路中起着关键作用，它可以将交流电转换为直流电。

通过利用二极管的单向导电性，可以阻止反向电流，从而实现整流功能。

2.逆变电路：在逆变电路中，电力二极管作为开关元件，将直流电转换为交流电。

通过控制二极管的通断，可以生成所需的交流电波形。

3.开关作用：电力二极管在开关应用中可作为电子开关使用，实现电路的通断控制。

它们在电路中可以作为快速通断开关，实现高效、快速的电路控制。

4.保护电路：电力二极管在保护电路中起到过压保护和过流保护的作用。

当电路出现过压或过流时，二极管会反向截止，从而保护电路免受损坏。

5.稳压电路：在稳压电路中，电力二极管可以作为稳压二极管使用，提供稳定的电压参考。

它们可以与电阻、电容等元件配合使用，实现电路的稳压功能。

6.浪涌吸收：电力二极管在浪涌吸收应用中可以吸收电路中的浪涌能量，以保护电路免受瞬态过电压的影响。

它们可以并联在电路中，以吸收浪涌电流，保护电路中的其他元件。

7.调制信号：在调制信号过程中，电力二极管可以作为调制器使用，将低频信号转换为高频信号。

通过控制二极管的通断，可以实现信号的调制与解调。

8.隔离电源：在隔离电源应用中，电力二极管可以实现电路之间的电气隔离。

它们可以与变压器等元件配合使用，确保电路之间的相互独立，提高系统的安全性。

综上所述，电力二极管在电力电子技术中具有广泛的应用，涉及整流、逆变、开关、保护、稳压、浪涌吸收、调制信号以及隔离电源等多个方面。

这些用途使得电力二极管成为电力电子设备中的重要元件之一，对于各种电子设备和系统的运行发挥着关键作用。

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。

电力电子技术第五版课后习题及答案

电力电子技术第五版课后习题及答案第二章电力电子器件2-1 与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。

2.电力二极管在P 区和N 区之间多了一层低掺杂N 区，也称漂移区。

低掺杂N 区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N 区就可以承受很高的电压而不被击穿。

2-2. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。

或：uAK>0且uGK>0。

2-3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。

要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。

2-4 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im π4π4π25π4a)b)c)图1-43图2-27 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22m I π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41 I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I m 2-5 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知a) I m1≈4767.0I ≈329.35，I d1≈0.2717 I m1≈89.482 / 16 b) I m2≈6741.0I ≈232.90,I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314,I d3=41I m3=78.5 2-6 GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构,为什么GTO 能够自关断,而普通晶闸管不能?答：GTO 和普通晶阐管同为PNPN 结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2，分别具有共基极电流增益a1和a2，由普通晶阐管的分析可得,a1+a2=1是器件临界导通的条件。

电力电子技术-电力电子器件的原理与特性

Vo RL
IR
Vo
VS +
-
IZ
DZ
RL
(a)整流
(b)续流
(c)限幅
(d)钳位
图2.6 二极管的整流、续流、限幅、钳位和稳压应用
(e)稳压
本章内容
2.3 晶闸管（SCR）
2. 3 晶闸管
一、名称 ➢晶闸管（Thyristor） ➢可控硅
（SCR）
二、外形与符号 ➢螺栓式结构 (<200A) ➢平板式结构 (>200A)
• N型半导体：掺入微量5价元素（磷、锑、鉮等）
自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 • P型半导体：
掺入微量3价元素（硼、镓、铟等）空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。
半导体基础知识
器件原理
• PN结（异型半导体接触现象） • （1）扩散运动（多数载流子）
自由电子由 N区向 P区空穴由 P区向 N区（2）漂移运动（少数载流子）与扩散运动相反
三、SCR的工作原理（续）
（2）按晶体管原理可得：
IA
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
其中： α1、α2分别是晶体管T1、T2的共基极电流增益； ICBO1、ICBO2分别是晶体管T1、T2的共基极漏电流。
❖双极型器件：有两种载流子参与导电，如二极管、晶闸管、GTO、GTR、IGCT、SITH等。
❖复合型器件：由MOSFET与晶体管、晶闸管复合而成，如IGBT、IPM、MCT等。
➢ 按门极驱动信号的种类（电流、电压）分类： ❖电流控制型器件如晶闸管、GTO、GTR、 IGCT、SITH等
❖电压控制型器件如MOSFET、IGBT、IPM、 SIT、MCT等

电力电子技术_洪乃刚_第二章电力电子器件

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2、晶闸管的电流参数通态平均电流和额定电流通态平均电流IAV国际规定是在环境温度为40°C和在规定冷却条件下，稳定结温不超过额定结温时，晶闸管允许流过的最大正弦半波电流的平均值。晶闸管以通态平均电流标定为额定电流。当通过晶闸管的电流不是正弦半波时，选择额定电流就需要将实际通过晶闸管电流的有效值IT折算为正弦半波电流的平均值，其折算过程如下：通过晶闸管正弦半波电流的平均值：
晶闸管开通和关断过程
晶闸管在受反向电压关断时，反向阻断恢复时间 trr，正向电压阻断能力恢复的这段时间称为正向阻断恢复时间tgr，晶闸管的关断时间toff=trr+tgr，约为数百微秒。（2）dv/dt和di/dt限制晶闸管在断态时，如果加在阳极上的正向电压上升率dv/dt很大会使晶闸管误导通，因此，对晶闸管正向电压的dv/dt需要作一定的限制。晶闸管在导通过程中，如果电流上升率di/dt很大会引起局部结面过热使晶闸管烧坏，因此，在晶闸管导通过程中对di/dt也要有一定的限制。
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二、电力二极管的伏安特性
当施加在二极管上的正向电压大于UTO 时，二极管导通。当二极管受反向电压时，二极管仅有很小的反向漏电流（也称反向饱和电流）。
二极管的伏安特性
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三、电力二极管的主要参数
A、额定电压 B、额定电流 C、结温
电力二极管实物图
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A、电力二极管的额定电压反向重复峰值电压和额定电压：额定电压即是能够反复施加在二极管上，二极管不会被击穿的最高反向重复峰值电压URRM，该电压一般是击穿电压UB的2/3。在使用中额定电压一般取二极管在电路中可能承受的最高反向电压（在交流电路中是交流电压峰值），并增加一定的安全裕量。

电力电子复习资料..

第一章概述可以认为，所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。

电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。

通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。

具体地说，电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。

电能变换的形式共有四种：交流-直流变换、直流-直流变换、直流-交流变换、交流-交流变换。

电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。

变流技术则是电力电子技术的核心。

美国学者W. Newell认为电力电子学是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。

一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。

把驱动、控制、保护电路和电力电子器件集成在一起，构成电力电子集成电路（PIC），这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。

电力电子集成技术包括以PIC为代表的单片集成技术、混合集成技术以及系统集成技术。

随着全控型电力电子器件的不断进步，电力电子电路的工作频率也不断提高。

与此同时，软开关技术的应用在理论上可以使电力电子器件的开关损耗降为零，从而提高了电力电子装置的功率密度。

第二章电力电子器件2.1：电力电子器件概述1、电力电子器件（Power Electronic Device）是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。

电力电子器件一般工作在开关状态2、电力电子器件的功率损耗：通态损耗、断态损耗、开关损耗（开通损耗、关断损耗）通态损耗是电力电子器件功率损耗的主要成因。

当器件的开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素。

3、电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。

4、电力电子器件的分类（1）按照能够被控制电路信号所控制的程度：半控型器件、全控型器件、不可控器件。

半控型器件是指用控制信号可以控制其导通，但不能控制其关断的电力电子器件。

电力二极管名称缩写

电力二极管名称缩写Zener二极管（Zener Diode）引言：Zener二极管是一种特殊的二极管，具有反向击穿电压的特性。

它广泛应用于电路中的稳压和电压参考源，起到稳定电压的作用。

本文将介绍Zener二极管的工作原理、特点及其在电路中的应用。

一、工作原理Zener二极管是一种具有反向击穿电压的二极管。

在正向偏置时，它的工作方式与普通二极管相同，即电流从P区流向N区。

而在反向偏置时，当反向电压达到击穿电压时，Zener二极管会发生反向击穿现象，电流大幅度增加，同时维持较低的反向电压。

这种反向击穿电压是通过材料的掺杂和结构的设计来实现的。

二、特点1. 稳定的反向击穿电压：Zener二极管具有一个特定的反向击穿电压，一旦电压达到该值，电流将大幅度增加，同时维持较低的反向电压。

2. 快速响应时间：Zener二极管的响应时间较短，能够快速稳定电流和电压。

3. 高稳定性：Zener二极管具有良好的温度稳定性和电流稳定性，能够在不同温度和电流条件下保持相对稳定的工作状态。

三、应用1. 稳压电路：Zener二极管被广泛应用于稳压电路中，通过选择合适的反向击穿电压，可以实现对输入电压的稳定输出。

2. 电压参考源：由于Zener二极管的稳定性和精确的反向击穿电压，它常被用作电路中的电压参考源，用于提供稳定的参考电压。

3. 电源保护：在电路中，Zener二极管可以用于保护其他元件免受过高的电压损坏，起到电源保护的作用。

4. 模拟电路：在模拟电路中，Zener二极管常用于电流限制和电压调节的应用，保证电路的正常工作。

总结：Zener二极管作为一种特殊的二极管，具有反向击穿电压的特性，被广泛应用于电路中的稳压和电压参考源。

它的工作原理简单，特点鲜明，应用广泛。

通过选择合适的反向击穿电压，Zener二极管能够在电路中实现稳定的电压输出，保护其他元件免受损坏，同时在模拟电路中发挥重要作用。

在电子领域中，Zener二极管扮演着重要的角色，为电路的稳定运行提供保障。

电力二极管的电流参数理解

１．电力二极管的电流参数：正向平均电流)(AV F I （额定电流）指电力二极管长期运行时，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。

但是在实际的变流电路中，流过器件的电流不可能正好是正弦半波电流，因此在设计电路，选取器件的时候，要按照实际电路中电流的有效值与正弦半波有效值相等的原则，再换算成平均值计算得出器件的额定电流。

具体的工频正弦半波电流在一个周期内的波形如图１所示I图１正弦半波电流波形图该波形在一个周期内的表达式为⎩⎨⎧≤≤≤≤=πππ200sin t t t I I mF 该波形的平均值为πππππππm m m av F I t I dt dt t I I =-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=⎰⎰0)cos (20sin 2120)( 该波形的有效值为222cos 12sin 2102022)(m m m eff F I dt t I tdt I I =-==⎰⎰ππππ 因此，该波形的平均值和有效值之间的关系为)()()(57.12av F av F eff F I I I ==π２．课堂练习图２中阴影部分为流过二极管的电流波形，计算电流的平均值d I 与电流有效值I 。

如果不考虑安全裕量，问A 100的电力二极管能送出平均电流d I 为多少，相应的电流最大值m I 为多少？Im图２电流波形图解：该电流的平均值为402122/2/0m m d I dt dt I I =⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=⎰⎰ππππ 该电流的有效值为2212/02m m I dt I I ==⎰ππ 由题可知，电力二极管的额定电流为A 100，因此流过它的电流有效值为A 157。

图２的电流流过电力二极管，要满足器件的电流额定要求，必须根据有效值相等原则，使该电流的有效值A I 157=由它与最大值之间的关系，可得A I I m 3142==从而得到该电流的平均值为A I I m d 5.784== 注：该练习说明如果电路的电流是图２所示的波形，那么只要电流最大值不超过３１４Ａ，电力二极管就能正常工作。

与信息电子电路中的二极管相比,电力二极管具有怎样的结构特点才使得它具有耐受高电压和大电流的能力？

与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的
结构特点才使得它具有耐受高电压和大电流的能力？
电力二极管相较于信息电子电路中的二极管具有以下结构特点，使其具有耐受高电压和大电流的能力：
1.厚垒结构：电力二极管的垒区（PN结）通常采用较宽的
区域来增加电压耐受能力。

垒区的厚度决定了二极管的击
穿电压，较厚的垒区能够承受更高的电压。

2.大面积结构：电力二极管通常采用较大的芯片面积，以增
加电流承载能力。

较大的芯片面积减少了电流通过芯片的
电流密度，从而允许通过更大的电流而不导致过热或烧毁。

3.金属封装：电力二极管常采用金属封装，如TO-220、TO-
247等，这种封装结构可以更好地散热，从而有效降低温
度。

金属封装还具有良好的机械强度，能够承受较大的力
和压力。

4.较低的内阻：电力二极管的内部材料和结构通常被优化，
以减小内部电阻。

较低的内阻意味着更少的能量损耗和较
低的温度上升，从而增加了二极管承受大电流的能力。

综上所述，电力二极管通过较厚的垒区、大面积结构、金属封装和较低的内阻等结构特点，提供了更高的电压耐受能力和大电流承载能力。

这使得它们适用于高功率和高电压应用，如电源、电动机驱动等领域。

第2章电力二极管

trr= td+ tf ，关断过程中，电流降到零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。
2.4
电力二极管的主要类型
在应用时，应根据不同场合的不同要求选择不同类型的电力二极管。
性能上的不同是由半导体物理结构和工艺上的差别造成的。
A
K
A I
P J b)
N
K
K
A a)
c)
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
2.1
PN结与电力二极管的工作原理
2. PN结及工作原理
N型半导体和P型半导体结合后构成PN结。
内电场
。
- 。。
-
+ + + + +
+ · + · + · + · + · + · + · + · + · + · + · + · + · + · + ·
• 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
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
2.1
PN结与电力二极管的工作原理
造成电力二极管和信息电子电路中的普通二极管区别的一些因素：
• 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。

电力二极管导通条件

电力二极管导通条件1. 嘿，你知道电力二极管导通条件不？就像一扇门，只有满足一定条件才会打开让电流通过呢。

比如说，对于普通的电力二极管，正向电压得达到它的门槛值，这就好比你要进一个俱乐部，得达到人家规定的最低消费标准才行。

如果正向电压不够，那电流就只能在门外干着急，像那些没带够钱想进高级场所的人一样，只能眼巴巴瞅着。

2. 电力二极管导通啊，这可是个挺有趣的事儿。

想象一下，电力二极管是个小卫士，正向电压就是它的通关密码。

要是这个密码不对，也就是正向电压没达到要求，那它就会把电流这个小访客拒之门外。

就像你去朋友家，按错了门铃密码，朋友肯定不会给你开门呀，多简单的道理。

3. 哇塞，电力二极管导通条件其实不难理解啦。

把电力二极管当作一个严格的看门人，电流就是想进去的客人。

那什么时候能进去呢？当正向电压足够大的时候呗。

这就好比在古代，士兵守着城门，只有拿着正确的令牌（正向电压足够），才能进城（电流导通）。

要是没有令牌，那肯定是进不去的，电流也一样，正向电压不够就没法导通。

4. 你要是问电力二极管导通条件呀，我给你打个比方。

电力二极管就像一个神秘的盒子，电流想进入这个盒子。

正向电压呢，就像是一把特殊的钥匙。

只有这把钥匙的尺寸（电压值）合适，也就是达到了导通的条件，才能打开盒子让电流进去。

要是这把钥匙不对，电流就被困在盒子外面，就像你拿错钥匙开不了家门一样，急得不行。

5. 电力二极管导通可不是随随便便的哦。

我来给你说说，它就像一个有自己规则的小世界。

这个小世界里，正向电压是主宰电流能否通行的老大。

如果正向电压达到了让电力二极管导通的那个神奇数值，电流就像欢快的小水流一样顺利通过。

这就好比绿灯亮了，车辆就能顺利前行，要是正向电压不够，就像红灯亮着，车辆只能停着，电流也没法导通。

6. 哟呵，电力二极管导通条件这个事儿啊。

你可以把电力二极管想象成一座桥，电流就是要过桥的人。

正向电压呢，就是让这座桥放下来让人通过的机关。

1电力电子器件概述

U
图1-4 电力二极管的伏安特性
2) 动态特性
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
状态：导通、阻断
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
过程：
开通、关断
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。
（2）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。当正弦半波电流的峰值为Im时，它可用下式计算：
I Frms
1 T /2 2 2 I sin ( t )dt 0 m T
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
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。
主电路（Main Power Circui
——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。
2. 分类:
电真空器件半导体器件 (汞弧整流器、闸流管) (采用的主要材料硅）
3. 同处理信息的电子器件相比的一般特征
(1)能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。
(2) 电力电子器件一般都工作在开关状态。（开关器件的条件）

二级管参数

2. 最大反向电压（Reverse Voltage, Vrmax）：最大反向电压是指二极管能够承受的最大反向电压。当反向电压超过这个值时，二极管可能会击穿并损坏。
二级管参数
3. 最大正向电流（Forward Current, Ifmax）：最大正向电流是指二极管能够承受的最大正向电流。当正向电流超过这个值时，二极管可能会过热并损坏。
二级管参数
6. 功耗（Power Dissipation）：功耗是指二极管在工作过程中消耗的功率。功耗与正向电流和正向电压有关，通常以瓦特（W）为单位。
这些参数可以帮助工程师选择适合特定应用的二极管，并确保其正常工作和可靠性。请注意，不同类型和型号的二极管可能具有不同的参数范围，因此在选择和使用二极管时，应仔细阅读其数据手册或规格表。
二级管参数
二极管是一种最简单的半导体器件，它具有两个端口：正极（阳极）和负极（阴极）。以下是一些常见的二极管参数：
1. 额定电压（Forward Voltage, Vf）：二极管的额定电压是指在正向工作时，二极管的电压降。对于硅二极管，额定电压通常在0.6V到0.7V之间，而对于锗二极管，额定电压通常在0.2V到0.3V之间。
4. 反向漏电流（Reverse Leakage Current, Ir）：反向漏电流是指在反向电压下，二极管的漏电流。对于正常工作的二极管，反向漏电流应该很小。
5. 响应时间（Response Time）：响应时间是指二极管从关断状态到பைடு நூலகம்通状态的时间，或者从导通状态到关断状态的时间。响应时间越短，二极管的开关速度越快。

电力二极管的工作原理、基本特性及主要参数

电力二极管的工作原理、基本特性及主要参数电力（二极管）（Power （Diode））自20世纪50年代初期就获得应用，但其结构和原理简单，工作可靠，直到现在电力二极管仍然大量应用于许多（电气）设备当中。

1（工作原理）电力二极管是以半导体PN结为基础的,实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。

从外形上看，可以有螺栓型、平板型等多种封装。

电力二极管的外形、结构和电气图形符号a) 外形b) 基本结构c) 电气图形符号二极管的基本原理——PN结的单向导电性当PN结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上则形成自P 区流入而从N区流出的（电流），称为正向电流IF，这就是PN结的正向导通状态。

当PN结外加反向电压时（反向偏置）时，反向偏置的PN结表现为高阻态，几乎没有电流流过，被称为反向截止状态。

PN结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大，反向电流将会急剧增大，破坏PN结反向偏置为截止的工作状态，这就叫反向击穿。

按照机理不同有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式。

反向击穿发生时，采取了措施将反向电流限制在一定范围内，PN结仍可恢复原来的状态。

否则PN结因过热而烧毁，这就是热击穿。

齐纳击穿和雪崩击穿区别在于：齐纳击穿可恢复，齐纳二极管（稳压二极管）击穿后可以自愈，是一种正常的工作状态，齐纳二极管就工作在齐纳击穿区。

雪崩击穿不可恢复，是一种非正常的工作状态，一旦二极管工作在雪崩击穿区，该二极管即已损坏报废，表现为短路，失去（半导体）特性。

当齐纳二极管的反向击穿电流超过其允许的最大击穿电流数倍时，齐纳二极管也会发生雪崩击穿，现象是二极管短路报废。

PN结的（电容）效应PN结的电容称为结电容Cj，又称为微分电容。

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。

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。

在正向偏置时，当正向电压较低时，势垒电容为主。

扩散电容仅在正向偏置时起作用。

直流电路中的电力电子元件

直流电路中的电力电子元件直流电路是电流方向保持稳定的电路，其中使用的电力电子元件起着重要的作用。

电力电子元件是在电力电子技术的基础上发展起来的，具有稳定性好、高效率、节能等特点。

本文将介绍直流电路中常见的电力电子元件，包括二极管、晶闸管和MOSFET三个方面。

一、二极管二极管是一种简单且常用的电力电子元件，在直流电路中扮演着整流和稳压的重要角色。

1. 半导体材料二极管的核心是半导体材料。

半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的物质，如硅和锗等。

它们能够在一定条件下导电，也可以被控制地变成绝缘体。

2. 工作原理二极管由P型半导体和N型半导体组成。

当接入电路时，P型半导体的空穴和N型半导体的电子互相扩散，形成一个p-n结。

当正向偏置（即正极连接在P区，负极连接在N区）时，电流可以顺利通过二极管，实现电路的导通。

而当反向偏置（即正极连接在N区，负极连接在P区）时，由于p-n结的形成，电流无法通过二极管，实现电路的截流。

3. 应用二极管广泛应用于直流电源的整流电路中。

它将交流电转换为直流电，确保电子设备正常工作。

另外，在稳压电路中，二极管也起到了重要的作用，可以实现对电压的稳定控制。

二、晶闸管晶闸管是一种控制型的电力电子元件，主要用于直流电路的开关控制和功率调节。

1. 结构和工作原理晶闸管由P区、N区和控制端组成。

正向偏置时，P区的空穴和N区的电子扩散，形成p-n结。

在无控制信号下，晶闸管处于关断状态。

然而，当控制端施加一个正脉冲信号时，晶闸管突然变为导通状态。

此时，只有当正向电流大于一定值时，晶闸管才能始终保持导通状态。

而当电流降至零时，晶闸管会自动断开。

2. 功能晶闸管可以实现高速开关控制，可以用作直流电机的调速装置、可靠地实现电源开关，并有效地保护电路免受过电流和过压的损害。

三、MOSFETMOSFET是一种现代化的电力电子元件，具有高效率、低电阻和高速开关等特点，广泛应用于直流电路中。

1. 结构MOSFET由金属-氧化物-半导体结构组成，主要有N沟道MOSFET和P沟道MOSFET两种类型。

电力二极管(PPT52页)

穴的浓度差别，形成了各区的多子向另一区的扩散运动，其结果是在N型半导体和P型半导体的分界面两侧分别留下了带正、负电荷的离子。这些不能移动的正、负电荷称为空间电荷，这个区域称为空间电荷区。空间电荷建立的电场称为内电场，其方向是阻止扩散运动的。另一方面，内电场又吸引对方区域中的少子向本区运动，即形成漂移运动。扩散运动和漂移运动既相互联系又是一对矛盾，最终达到动态平衡，正、负空间电荷量达到稳定值，形成了一个稳定的空间电荷区，这就是PN结。
①电流控制型器件：采用电流信号来实现其导通或关断控制。如：晶闸管、门极可关断晶闸管、电力晶体管GTR、IGCT（集成门极换流
晶闸管）等。电流控制型器件的特点是： a在器件体内有电子和空穴两种载流子导电，由导通转向阻断时，两种载流
子在复合过程中产生热量，使器件结温升高。过高的结温限制了工作频率的提高，因此，电流控制型器件比电压控制型器件的工作频率低。 b电流控制型器件具有电导调制效应，使其导通压降很低，导通损耗较小。 c电流控制型器件的控制极输入阻抗低，控制电流和控制功率较大，电路也比较复杂。
检测
控
电路
制
保护
电
电路
路
驱动
电路
V1 LR
V2
主电路
电气隔离
图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
2.1.3 电力电子器件的分类
■按照能够被控制电路信号所控制的程度
◆半控型器件 ☞器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定 ☞主要是指晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。
◆全控型器件 ☞通过控制信号既可以控制其导通、关断。 ☞门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor ）、功率场效
2.1.1 电力电子器件的概念和特征

电力二极管的基本原理

电力二极管的基本原理电力二极管是一种能够将电流限制在一个方向上流动的电子器件。

它由两个半导体材料P型和N型晶体构成，其中P型材料含有掺杂的三价杂质，而N型材料则含有掺杂的五价杂质。

这种结构使得电力二极管在外加正向电压时具有较低电阻，而在反向电压下则会产生很高的电阻。

其基本原理可以通过PN结的行为来解释。

1.PN结：PN结是电力二极管的基础结构。

当P型半导体和N型半导体结合在一起时，它们的杂质会扩散到接触面上并形成一个耗尽区。

在这个区域内，P型材料中的电子会向N型材料扩散，并与N型材料中的空穴结合，形成正离子和负离子。

这些离子的存在会产生一个电场，将进一步抵消电子和空穴的扩散，最终形成一个平衡的耗尽区。

2.正向偏置：当一个正向电压施加在PN结上时，将会使得P区的正离子和N区的负离子进一步移动，进一步减少耗尽区的宽度。

当电压达到一定程度时，耗尽区几乎会消失，变得非常窄。

在这种情况下，电子能够穿过耗尽区域，并在N区中的空穴之间流动，形成电流。

3.反向偏置：当一个反向电压施加在PN结上时，耗尽区的宽度会增加，使得电子和空穴更难穿过。

这导致了一个非常高的电阻，几乎不允许电流通过。

1.PN结内建电压：PN结的耗尽区存在内建电压，导致电力二极管的截止电压。

截止电压是指在反向电压下，电流基本上无法通过二极管的电压值。

截止电压的大小取决于半导体材料的特性，例如由掺杂的杂质浓度和PN结的尺寸等。

2.正向电压降：当电力二极管处于正向电压下，电流可以很容易地通过二极管。

在这种情况下，PN结的内建电压会在一定程度上被减小，使得电流通过二极管形成导通。

导通状态下，二极管的正向电压降会比截止电压要小。

3.反向电流：虽然在反向电压下电力二极管的电阻非常高，但是仍然存在一小部分电流流过。

这被称为反向饱和电流，是由于少量杂质离子在耗尽区域扩散而引起的。

它的大小取决于PN结的特性和工作温度。

总的来说，电力二极管的基本原理是基于PN结的行为。