电力电子器件及电力二极管
1电力电子器件1(二极管)
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
电力电子技术中的开关器件有哪些
电力电子技术中的开关器件有哪些电力电子技术是指利用电力器件进行能量转换和信号处理的技术领域。
开关器件在电力电子技术中起着至关重要的作用,它们具有开关能力,可以控制电路通断,实现能量转换和信号处理功能。
在电力电子技术中常用的开关器件包括晶体管、功率MOSFET、IGBT和二极管等。
下面将分别介绍这些开关器件的工作原理和应用。
一、晶体管晶体管是一种基于半导体材料的开关器件,分为NPN型和PNP型两种。
晶体管工作的基本原理是通过控制输入信号的电流或电压,来控制输出信号的增益和功率。
晶体管具有高速开关和放大功能,广泛应用于电力电子技术中的各种电路中,如放大器、振荡器、计算机逻辑电路等。
二、功率MOSFET功率MOSFET是一种金属氧化物半导体场效应管,具有低电阻、高开关速度和低功耗等特点。
功率MOSFET的工作原理是通过控制栅极电压来改变沟道中的电阻,从而实现对信号的放大或开关控制。
功率MOSFET广泛应用于直流-直流转换器、交流-直流变换器、电机驱动器等电力电子系统中。
三、IGBTIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是一种集晶体管和MOSFET于一体的开关器件。
它结合了晶体管和MOSFET的优点,具有高电压承受能力和低导通压降的特点。
IGBT的工作原理是通过控制栅极电压来控制基极和集电极之间的结,实现对电流的开关和放大。
IGBT广泛应用于交流电机驱动、电网功率变换、无线电发射器等领域。
四、二极管二极管是一种最简单的开关器件,它由P型和N型半导体材料组成。
二极管具有电压导通和整流功效,其工作原理是通过施加正向电压,使电流从P区域流向N区域,实现通断控制。
二极管广泛应用于电源、整流、保护电路等。
以上是电力电子技术中常见的开关器件,它们的工作原理和应用领域各有特点,通过合理选择和配置,可以实现各种电力电子系统的功能和性能要求。
在实际应用中,需要根据具体需求和设计条件来选择合适的开关器件,以提高系统效率、稳定性和可靠性。
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
电力电子技术-电力电子器件的原理与特性
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
电力电子技术的主要内容1
电⼒电⼦技术的主要内容1电⼒电⼦技术的主要内容将电⼦技术和控制技术引⼊传统的电⼒技术领域,利⽤半导体电⼒开关器件组成各种电⼒变换电路实现电能的变换和控制称为电⼒电⼦技术。
电⼒电⼦技术主要包括电⼒电⼦器件、变流电路和控制技术三个部分,其中电⼒电⼦技术是基础,变流电路是电⼒电⼦技术的核⼼。
主要研究电⼒电⼦器件的应⽤、电⼒电⼦电路的电能变换原理以及控制技术及电⼒电⼦装置的开发与应⽤。
1、电⼒电⼦器件1.1电⼒电⼦器件是指可直接⽤于主电路中实现电能变换或控制的电⼦器件,它是电⼦器件的⼀⼤分⽀,能承受⾼电压和⼤电流,是弱电控制强电的纽带。
1.2电⼒电⼦器件的分类1.2.1按可控性分类根据控制信号对器件控制程度可将电⼒电⼦器件分为三类:(1)不可控器件,不能⽤控制信号来控制其导通、关断的电⼒电⼦器件,如电⼒⼆极管。
(2)半控型器件,能⽤控制信号控制其导通,但不能控制其关断的电⼒电⼦器件称为半控型器件,主要有晶闸管及其⼤部分派⽣器件(GTO除外)。
(3)全控型器件,能⽤控制信号控制其导通,⼜能控制其关断的电⼒电⼦器件称为半控型器件,⼜称为⾃关断器件。
如绝缘栅双极晶体管(IGBT)和电⼒场效应晶体管(P-MOSFET)等。
1.2.2按驱动信号类型分类(1)电流驱动型,通过控制极注⼊或抽出电流来实现导通或关断控制的。
如门极可关断晶闸管(GTO)、电⼒晶体管(GTR)。
(2)电压驱动型,通过在控制端和公共端之间加⼀定的电压信号就能实现导通或关断控制的,如电⼒场效应晶体管(P-MOSFET)、集成门集换流晶闸管(IGCT)。
1.2.3按器件内部载流⼦参与导电情况分类(1)单极型器件,由⼀种载流⼦参与导电的器件,如电⼒场效应晶体管(P-MOSFET)、静电感应晶体管(SIT)。
(2)双极型器件,由电⼦和空⽳两种载流⼦参与导电的器件,如电⼒晶体管(GTR)、静电感应晶闸管(SITH)、MOS控制晶闸管(MCT)。
1.3常⽤电⼒电⼦器件1.3.1电⼒⼆极管具有⼀个PN结和阳极A、阴极K的两层两端半导体器件。
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。
01第1章电力电子器件 基本模型 电力二极管 晶闸管
天津冶金职业技术学院教案( 首页)天津冶金职业技术学院教案( 首页)图1.3.2 晶闸管的内部结构和等效电路)导通:阳极施加正向电压时→给门极G也加正向电压T I I图1.3.6 控晶闸管的电气图形符号和伏安特性a) 电气图形符号b) 伏安特性1.4 可关断晶闸管可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor)简称GTO。
天津冶金职业技术学院教师授课教案沟道沟道MOSFET耗尽型:增强型:耗尽型增强型之间就存在导电沟道;才存在导电沟道1. IGBT的结构图1.7.1 IGBT的结构、简化等效电路与电气符号IGBT的结构如图1.7.1(a)所示。
它是在VDMOS管结构的基础上再增加一个P+层,形成了一个大面积的P+N结1J,和其它结2J、3J一起构成了一个相当于由VDMOS驱动的厚基区PNP型GTR;简化等效电路如图1.7.1(b)所示。
电气符号如图1.7.1(c)所示GBT有三个电极:集电极C、发射极E和栅极G。
2. IGBT的工作原理IGBT也属场控器件,其驱动原理与电力MOSFET基本相同,是一种由栅电压GEU控制集电极电流的栅控自关断器件。
1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性IGBT的伏安特性和转移特性图1.7.2 IGBT的伏安特性和转移特性天津冶金职业技术学院教案( 首页)构,如图1.8.4(a)。
)三极:阳极A 、阴极、栅极G ,)原理:栅极开路,在阳极和阴极之间加正向电压,有电流流过SITH ;在栅极G 和阴极K 之间加负电压,G-K 之间PN 结反偏,在两个栅极图1.9.5 GTO 的基本驱动电路2)导通和关断过程:图1.9.5(b)导通时GTO 门极与阴极间流过负电流而被关断;由于GTO 的开通和关断均依赖于一个独立的电源,故其关断能力强且可控制,其触发脉冲可采用窄脉冲;3)图1.9.5(c)中,导通和关断用两个独立的电源,开关元件少,电路简单。
4)图1.9.5(d),对于300A 以上的GTO ,用此驱动电路可以满足要求。
新能源汽车技术07-常用电力电子器件
- UAA +
(a)
(b)
R + UGG - S
- UAA + UGG - +
R S
+ UAA -
(c)
(d)
亮 R + UGG - S - + UAA UGG - 灭 + R S 暗 + UAA -
(e)
(f)
R - UGG + S
+ UAA - UGG + -
R S
- UAA +
(g)
(h)
(1) S断开, UGK=0, UAA为正向, 灯泡不亮, 称之为正向阻断, 如图 (a)所示。
+表示高掺 杂浓度,-表 示低掺杂浓 度
GTR的结构、电气图形符号和内部载流子的流动 a) 内部结构断面示意图 b) 电气图形符号 c) 内部载流子的流动
3.全控型器件-电力晶体管-GTR
☞在应用中,GTR一般采用共发射极接法。 集电极电流ic与基极电流ib之比为
i =b i
c
b
i
c
ib I ceo
ib1< ib2< ib3
O
截止区
共发射极接法时 GTR的输出特性
Uce
3.全控型器件-电力场效应晶体管- Power MOSFET
电力场效应晶体管
分为结型和绝缘栅型 通常主要指绝缘栅型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET) 简称电力MOSFET(Power MOSFET) 结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管(Static Induction Transistor——SIT) 特点——用栅极电压来控制漏极电流 驱动电路简单,需要的驱动功率小。 开关速度快,工作频率高。 热稳定性优于GTR。 电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置 。
电子行业电力电子器件及应用
电子行业电力电子器件及应用引言电子行业是一个快速发展的行业,在电子设备中,电力电子器件是不可或缺的关键组成部分。
电力电子器件是指用于调整和转换电能的器件,广泛应用于交流和直流电网、电动机驱动、电源供应等领域。
本文将介绍电子行业中常见的电力电子器件及其应用。
一、开关器件1.整流二极管 (Rectifier Diode)整流二极管是一种常见的开关器件,用于将交流电转换为直流电。
它具有正向导通和反向截止的特性,常用于交流电桥式整流器、逆变器等电路中。
2.IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) IGBT 是一种高压高频开关器件,兼具了普通晶体管和普通MOSFET的特点。
它可以控制高电压和高电流的通断,并且具有低开关损耗和快速切换速度的特点。
IGBT广泛用于工业设备、交通工具和电力传输中。
3.MOSFET (Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor)MOSFET 是一种常见的开关器件,可以通过调节栅极电压来控制导通和截止。
它具有低导通电阻、低开关损耗和高开关速度的特点。
MOSFET 常用于直流转换器、电机驱动和太阳能发电逆变器等应用中。
二、功率模块1.IGBT模块IGBT模块是由多个IGBT芯片、隔离驱动电路和散热器组成的集成模块。
它可以方便地实现高压高频电路的设计和构建,广泛应用于电力传输、电机驱动和可再生能源领域。
2.整流桥模块整流桥模块是由多个整流二极管组成的集成模块。
它常用于交流电源的整流和直流电源供应的设计中。
3.功率放大模块功率放大模块是用于放大低功率信号为高功率信号的模块。
它常用于音频放大器、无线电频率放大器等应用中。
三、电力电子器件的应用1.交流调速电力电子器件在交流调速中起着重要作用。
例如,交流调压器使用电力电子器件的开关特性来调节交流电压的大小,实现电压调节和稳定。
2.无线充电利用电力电子器件的功率转换特性,可以实现无线充电技术。
电力电子器件
习题3.101.电力电子器件一般工作在开关状态,通常情况下,电力电子器件功率损耗为当器件开关频率较高时,功率损耗主要为开关损耗。
2.二极管英文名字缩写(TVS),二极管电气符号为。
3.电力二极管主要类型:、、。
3.131.晶闸管英文名字缩写为:。
2.同一晶闸管维持电流I H与掣住电流I l在数值大小上有I l I H。
3.晶闸管基本工作特性的概括为正向触发刚导通,反向截止。
3.201.晶闸管:。
门极自关断晶闸管:。
电力晶闸管。
2.GTO的多元集成,多元集成,多元的功率集成结构是为了便于实现萌及控制关断而设计。
3.功率晶体管GTR从高压小电流向低电压大电流跃变现象:。
4.GTR共发射极接法时输出特性中的三个区域:,,。
5.GTR电气符号中:b是极。
c是极。
e是极。
3.271.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR的共发射极接法时输出特性中的三个区域有对应关系,其中前者截至区对应后者,前者饱和区对应后者,前者非饱和区对应后者。
2.电力MOSFET的电气符号中,G是极,D 极,S 极。
3.电力MOSFET通态电阻具有温度系数。
4.晶闸管;门级的关断晶闸管:;电力晶体管:;绝缘栅双型晶体管:。
电力场效应管晶体管。
4.31.在如下电力电子器件中SCR,GTO,IGBT,MOSFET中,按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电情况,属于双极型器件是;属于单极型器件;属于复合型器件的是;属于电压驱动的是;电流驱动型全控器件。
2.晶闸管的电气图形符号:。
3.门级的关断晶闸管电气图形符:。
4.电气晶体管电气图形符号:。
5.电力场效应晶体管电器图形符号:。
6.绝缘栅双极型晶体管电气图形符号:。
7.如图中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形,电流最大值为I m,试计算波形的电流平均值I d与电流有效值I L,如果考虑安全裕量为a。
应选择额定电流为多大的晶闸管?1.单项桥式全控整流电路,带电阻负载时,其a角的移相范围:带阻感负载时,a角的移相范围:。
1-2-电力电子主要器件特点
主要电力电子器件特点◆不可控器件——电力二极管PD◆电流驱动型器件(SCR、GTO、GTR)◆电压驱动型器件(POWER MOSFET、IGBT)()电力二极管(P Di d )I(一)电力二极管(Power Diode)I F◆二极管的基本原理——PN结的单向导电性功率提高:结构、P-i-NO U TO U FU◆PN 结的电容效应,结电容C J 影响PN 结的工作频率势垒电容C B 和扩散电容C D◆正向电压降U 和反向漏电流I Fd i F F U Ft t t rrt dt ft t td t◆通流能力强---电导调制效应F 012U Rd i R d t ◆存在较大反向电流和反向电压过冲a)U RPI R P ◆正向导通需要正向恢复时间t fr(二)电流驱动型器件特点:都是三个联接端,2个功率端,1个控制端◆晶闸管—半控型器件,开通时刻可控◆门极可关断晶闸管GTO☞晶闸管的一种派生器件,在门极施加负的脉冲电流使其关断小☞电流关断增益βoff◆电力晶体管(Giant Transistor——GTR)☞与普通的双极结型晶体管基本原理样与普通的双极结型晶体管基本原理一样☞最主要的特性是耐压高、电流大、开关特性好(三)电力MOSFET(绝缘栅型MOS)栅极来控制漏极特点◆电压来控制电流,它的特点:☞驱动电路简单,需要的驱动功率小。
☞开关速度快,工作频率高。
☞电流容量小,耐压低,多用于功率不超过10kW的电力电子装置。
◆按导电沟道可分为沟道和沟道P N沟道。
☞当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道的称为耗尽型。
对于N(P)沟道器件,栅极电压大于(小于)零时才存在导☞)沟道器件栅极电压大于(小于)零时才存在导电沟道的称为增强型。
☞在电力MOSFET中,主要是N沟道增强型。
中主要是☞输出特性截止区(GTR的截止区)饱和区(GTR的放大区)非饱和区(GTR的饱和区)饱和----漏源电压增加时漏极电流不再增加,非饱和指漏源电压增加时----漏极电流相应增加。
电力电子器件及应用技术
电力电子器件及应用技术电力电子器件是指能转换和调节电能的器件,是电力电子技术的核心。
随着电力电子技术的不断发展,电力电子器件的种类也日益增多。
在本文中,我们将介绍几种常见的电力电子器件及其应用技术。
一、开关管开关管是一种常见的电力电子器件,适用于高压、高电流的工作环境。
开关管具有通断能力强、开关速度快等特点,被广泛应用于各个领域。
最常见的应用是在电源开关、直流电机驱动器、电池充电器等设备中。
二、整流器整流器是将交流电转换为直流电的电力电子器件,常用于交流电转换为直流电的环境中。
整流器的类型有很多种,其中最常见的是单相整流器和三相整流器。
整流器广泛应用于交流到直流的转换领域,比如电源适配器、电气焊接设备等。
三、逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的电力电子器件,适用于需要将直流电转换为交流电的场合。
逆变器在可逆变和无线电源等领域有广泛应用。
它可以将直流电动力设备连接到交流电网,比如太阳能和风能的利用。
逆变器还可用于驱动交流电机。
四、电力调节器电力调节器是一种能够调节电能的电力电子器件,可以根据需要对电压和电流进行调节。
电力调节器被广泛应用于稳压变送器、磁控管、智能继电器等设备中。
它能够在工业自动化、变频调速等领域起到重要作用。
五、功率电子器件功率电子器件是指能够直接转换大功率电力的电力电子器件。
功率电子器件的种类多样,其中最常见的是晶闸管、电力二极管和功率MOSFET。
这些器件被广泛应用于电力变换、电力控制等领域。
功率电子器件的发展为电力电子技术的进步提供了有力支持。
六、电力电子应用技术电力电子应用技术是指将电力电子器件应用于各个领域的技术方法和方法。
电力电子应用技术在电力系统、工业制造、交通运输、新能源等领域发挥着重要作用。
其中,电力变换技术、电力控制技术、电力传输技术等是电力电子应用技术的重要组成部分。
七、电力电子器件的未来发展随着科技的进步和社会的发展,电力电子器件及其应用技术也在不断发展。
未来,电力电子器件将更加智能化、高效化、小型化。
电力二极管
二极管在开通过程中,其正向压降先出 现一个过冲UFP(几伏~几十伏),经过 一段时间才接近稳态值UF(1~2V)。 这段时间称为正向恢复时间tfr。 其原因: ①电导调制效应起作用需一定的时间来 储存大量少子,在达到稳态导通前管压 降较大。
②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。
(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。
(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。 它通常在125℃~175℃范围内。 其他参数详见有关参考文献。
常用电力二极管的主要性能参数详见有关手册。
4 电力二极管的主要类型
电力二极管的应用范围广,种类也很多,主要 有以下几种类型:
关断过程中的电压、电流波形如图所示。
关断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(由于外电路电感存在)。
当原来处于正向导通的电力二极管外 原因:正向导通时在管子两侧 加电压在tF时刻突然从正向变为反向时, 储存有大量少子,它们在外加 正向电流IF开始下降,下降速率由反向 反向电压作用下被抽取出管子, 电压和电路中的电感决定,而管压降 因而形成较大的反向电流,当 由于电导调制效应基本变化不大。到t0 它们即将被抽尽时,管压降变 时刻正向电流降为零,此时器件并没 为负极性。 有恢复反向阻断能力,而是在外加反 向电压作用下形成较大的反向电流。 直到t1时刻反向电流IRP(由URP产生的) 达到最大值后,才开始恢复反向阻断, 反向恢复电流迅速减小。到了t2时刻, 电流变化率接近于零,管子两端的反 向电压才降到外加反向电压UR,二极 管完全恢复反向阻断能力。
电力电子器件及电力二极管
在开关电路中,电力二极管作为开关元件,可以通过控制其导通和截止状态来控 制电流的通断,广泛应用于大功率开关设备中,如电机控制器、逆变器等。
保护电路中的应用
总结词
电力二极管在保护电路中起到过压保护、过流保护等作用,保障电子设备和系统的安全运行。
详细描述
在保护电路中,电力二极管具有快速响应和单向导电性等特点,可以用于过压保护、过流保护等,防 止电子设备和系统因过压、过流而损坏。同时,电力二极管还可以用于吸收电路中的浪涌电压和电流 ,提高系统的稳定性和可靠性。
解决方案包括优化器件结构和散热设计,采用先进的散热材料和技术等。
02 03
可靠性
电力电子器件在高电压、大电流环境下工作,对其可靠性的要求极高。 解决方案包括加强器件的材料、工艺和制造过程的质量控制,以及采用 寿命预测和健康管理技术等。
能效
提高电力电子器件的能效是当前的一个重要挑战。解决方案包括优化电 路拓扑和控制策略,采用新型的半导体材料和器件结构等。
电动汽车
电动汽车市场的快速发展为电力电子器件提供了新的应用场景。同时,电动汽车对电力电 子器件的能效、可靠性和集成化程度提出了更高的要求,需要加强相关技术的研发和应用 。
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电力电子器件及电力 二极管
目 录
• 电力电子器件概述 • 电力二极管基础 • 电力二极管的应用 • 电力二极管的选择与使用 • 新型电力电子器件介绍 • 电力电子器件的发展前景与挑战
01
电力电子器件概述
定义Байду номын сангаас分类
定义
电力电子器件是用于转换、控制 和利用电能的电子器件,主要用 于电力系统的控制和调节。
关于电力电子器件分类与应用思考
电力电子器件组合的应用
在电力系统中,电力二极管常常与其他电力电子 器件如晶闸管、电力晶体管等组合使用,实现整 流、逆变、斩波等功能。
开关电源的应用
电力二极管在开关电源中作为整流元件,将交流 电转换为直流电,为负载提供稳定的电压。
3
保护电路的应用
电力二极管在保护电路中起到防止电流倒流、稳 定电压等作用,保护电路免受过电压、过电流的 损害。
PNP晶体管是一种由两个P型和 一个N型半导体元件组成的电力
晶体管。
PNP晶体管的电流方向与NPN 晶体管相反,因此在实际应用中 需要与NPN晶体管进行匹配使
用。
PNP晶体管的输出特性曲线与 NPN晶体管相反,因此具有不
同的应用场景。
晶体管的应用
放大器
开关电路
晶体管作为一种放大元件,广泛应用于音 频、视频、射频等领域的放大器中,如音 频功率放大器、射频功率放大器等。
关于电力电子器 件分类与应用思 考
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目录
• 电力电子器件概述 • 电力二极管 • 电力晶体管 • 电力场效应管 • 电力电子器件的发展趋势与挑战 • 电力电子器件在新能源领域的应用 • 电力电子器件在工业领域的应用
01
CATALOGUE
电力电子器件概述
定义与分类
01
新型器件的研发和应用
碳化硅(SiC)器件
碳化硅是一种宽带隙半导体材料,具有高耐压、高频率、高 效率和高可靠性等优点,被广泛应用于电力电子装置中。SiC 器件能够提高电力电子装置的性能和可靠性,是未来电力电 子器件发展的重要方向之一。
氮化镓(GaN)器件
氮化镓是一种宽带隙半导体材料,具有高频率、高效率和高 可靠性等优点,被广泛应用于电力电子装置中。GaN器件具 有更高的开关速度和更高的工作效率,能够提高电力电子装 置的功率密度和效率。
电子行业电力电子器件介绍
电子行业电力电子器件介绍1. 概述电力电子器件是电子行业中一类重要的器件,在能源转换、控制和调节等方面发挥着关键作用。
随着能源需求的增长和环境保护的要求,对电力电子器件的要求也越来越高。
2. 电力电子器件的分类电力电子器件根据其功能和特点可以分为多个类别,以下是一些常见的电力电子器件分类:2.1 可控硅(SCR)可控硅是一种常见的电力电子器件,在交流电控制方面具有重要作用。
可控硅具有整流和可控开关的功能,因此广泛应用于电能转换、变频调速、功率因数校正等领域。
2.2 可控晶闸管(GTO)可控晶闸管是一种高压高功率的半导体开关器件,广泛应用于高压直流输电和直流变频调速等场合。
可控晶闸管具有较好的控制能力和可靠性,被认为是电力电子领域的关键器件之一。
2.3 电力二极管电力二极管是一种用于整流和逆变的无控制半导体器件。
具有较大的导通电流和较高的工作温度,广泛用于交流电转换、电源等方面。
常见的电力二极管有快恢复二极管、整流二极管等。
2.4 电力MOSFET电力MOSFET是电力电子器件中的一种关键元件,广泛应用于交流-直流转换、逆变和变频调速等领域。
它具有快速开关速度、低开关损耗和高温工作能力等优点。
电力IGBT是一种高压、高功率的开关器件,结合了MOSFET的高速性和可控晶闸管的大电流承受能力。
电力IGBT被广泛应用于交流电变频调速、直流电逆变等电力电子系统中。
3. 电力电子器件的应用电力电子器件在电力变换、电能控制和调节等方面具有广泛的应用。
电力电子器件可以将一种电能形式转换为另一种电能形式,例如将交流电转换为直流电、将直流电转换为交流电。
这种电力转换广泛应用于工业生产、交通运输等领域。
3.2 电能控制和调节电力电子器件可以控制和调节电能的大小、频率和波形,实现对电力系统的稳定运行和优化控制。
例如,调整电源的输出电压、调整电机的转速等。
3.3 新能源应用随着新能源的快速发展,电力电子器件在太阳能、风能等新能源设备中的应用越来越广泛。
第二章电力电子器件
第4页/共82页
2.1 电力电子器件概述
电力电子器件的使用特点 从使用角度出发,主要可从以下五个方面考察电力电子器件的性能特点。 (1)导通压降。电力电子器件工作在饱和导通状态时仍产生一定的管耗,管耗 与器件导通压降成正比。 (2)运行频率。受到开关损耗和系统控制分辨率的限制,器件的开关时间越短, 器件可运行的频率越高。 (3)器件容量。器件容量包括输出功率、电压及电流等级、功率损耗等参数。 (4)耐冲击能力。这主要是指器件短时间内承受过电流的能力。半控型器件的 耐冲击能力远高于全控型器件。 (5)可靠性。这主要是指器件防止误导通的能力。
普通二极管(Conventional Diode)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 2. 快速恢复二极管
恢复过程很短,特别是反向恢复过程很短(一般在5ms以下)的二极管被称 为快速恢复二极管(Fast Recovery Diode,FRD),简称快速二极管。 3. 肖特基势垒二极管
2.3 半控型器件—晶闸管及其派生器件
2. 晶闸管的工作原理 按图2.12所示电路 (1) 当晶闸管承受反向阳极电压时,不论门极承受何种电压,晶闸管都处
于关断状态。 (2) 当晶闸管承受正向阳极电压时,若门极不施加电压,晶闸管也处于关
断状态。即晶闸管具有正向阻断能力。 (3) 要使晶闸管由阻断变为导通,必须在晶闸管承受正向阳极电压时,同
第11页/共82页
2.2 电力二极管
电力二极管的工作原理和基本特性
电力二极管的基本结构都是以半导体PN结为基础。电力二极管实际上是 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。图2.7所示为电力二极 管的外形、结构和电气图形符号。从外形上看,电力二极管主要有螺栓型和 平板型两种封装。
电力电子器件电力二极管
开关
利用电力二极管的单向导 电性,实现电路的通断控 制。
限幅
利用电力二极管的反向击 穿特性,限制电路中的最 大电压或电流。
电力二极管的电气特性
伏安特性
反向击穿特性
正向压降
开关速度
描述电力二极管在不同 电压下的电流表现。
描述电力二极管在反向 电压下的电流表现。
描述电力二极管在正向 导通时的电压降。
描述电力二极管在开关 状态下的响应速度。
或温度过高。
02
开路故障
当电力二极管开路时,应检查其焊接是否良好、引线是否松动或开路。
03
漏电流过大
当电力二极管漏电流过大时,可能是由于工作温度过高、反向电压过高
或使用时间过长。此时应检查其工作温度、反向电压和使用时间是否在
规定范围内。
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电力二极管的改进
随着材料和工艺的进步,电力二极管的性能得到 不断提升和优化。
硅整流器的出现
20世纪50年代,硅整流器出现,成为电力电子领 域的重要器件。
新型电力电子器件的发展
近年来,随着电力电子技术的不断发展,出现了许 多新型电力电子器件,如绝缘栅双极晶体管 (IGBT)、功率MOSFET等,广泛应用于电动汽车、 风电、光伏等领域。
电力电子器件电力二 极管
contents
目录
• 电力二极管简介 • 电力二极管的工作原理 • 电力二极管的主要类型 • 电力二极管的性能参数 • 电力二极管的选用与使用注意事项
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、 开关和保护电路。
特性
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(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
11
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:
33
34
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。
25
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
28
6 电力二极管的型号和选择原则
电力二极管的型号
29
30
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
17
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。
18
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
4
• 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
20
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
21
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
2
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
26
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。
19
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
12
3 电力二极管的特性
伏安特性 开关特性
13
3.1伏安特性
14
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
31
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
7
按驱动信号类型
脉冲触发 电平触发
8
9
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