单片机第一章电力电子器件n
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精选第1章 电力电子器件概述资料
5）最高工作结温TJM
结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。 TJM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125~175C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。
14
4、二极管类型
1) 普通二极管（General Purpose Diode）
1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。 1957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品。 1958年商业化。 开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代。 20世纪80年代以来，开始被全控型器件取代。 能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场合具有 重要地位。
19
1、晶闸管的结构与工作原理
tgt
以
上
两者
之
和
，
10% 0
uAK
td
tr
t
2) 关断过程
IRM
反向阻断恢复时间trr 正向阻断恢复时间tgr
O
t
关断时间tq以上两者之和
tq=trr+tgr
trr URRM tgr
普通晶闸管的关断时间
约几百微秒
晶闸管的开通和关断过程波形
29
3）门极特性
门极电流 IG 与门极和阴极之间电 压UGK的关系。
雪崩 击穿
断态重复峰值电压 断态不重复峰值电压
晶闸管本身的压降很小，在1V左 右。
正向转折电压
-IA
晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
27
（2）反向特性 IA 反向不重复峰值电压 反向特性类似二极管的反向特
性。
反向重复峰值电压
反向阻断状态时，只有极小的
结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。 TJM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125~175C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。
14
4、二极管类型
1) 普通二极管（General Purpose Diode）
1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。 1957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品。 1958年商业化。 开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代。 20世纪80年代以来，开始被全控型器件取代。 能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场合具有 重要地位。
19
1、晶闸管的结构与工作原理
tgt
以
上
两者
之
和
，
10% 0
uAK
td
tr
t
2) 关断过程
IRM
反向阻断恢复时间trr 正向阻断恢复时间tgr
O
t
关断时间tq以上两者之和
tq=trr+tgr
trr URRM tgr
普通晶闸管的关断时间
约几百微秒
晶闸管的开通和关断过程波形
29
3）门极特性
门极电流 IG 与门极和阴极之间电 压UGK的关系。
雪崩 击穿
断态重复峰值电压 断态不重复峰值电压
晶闸管本身的压降很小，在1V左 右。
正向转折电压
-IA
晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
27
（2）反向特性 IA 反向不重复峰值电压 反向特性类似二极管的反向特
性。
反向重复峰值电压
反向阻断状态时，只有极小的
第1章 电力电子器件概述54246
U
图1-4 电力二极管的伏安特性
1-16
1.2.2 电力二极管的基本特性
2) 动态特性
F
diF
dt
trr
——二极管的电压-电流特性随时 UF
td
tf
间变化的
tF t0
t1 t2
UR
t
diR
——结电容的存在
dt
延迟时间：td= t1- t0, 电流下降时间：tf= t2- t1
u
IRP a)
URP
i
1.2 不可控器件—电力二极管
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 1.2.2 电力二极管的基本特性 1.2.3 电力二极管的主要参数 1.2.4 电力二极管的主要类型
12/13/2019 1-11
1.2 不可控器件—电力二极管·引 言
Power Diode结构和原理简单，工作可靠，自 20世纪50年代初期就获得应用。
1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。 1957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品。 1958年商业化。 开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代。 20世纪80年代以来，开始被全控型器件取代。 能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量 的场合具有重要地位。
12/13/2019 1-26
1.2.3 电力二极管的主要参数
5）最高工作结温TJM
结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。 TJM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125~175C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。
12/13/2019 1-21
12/13/2019 1-8
电力电子器件-电子课件
决定晶闸管的最大电流 管芯半导体结温 流过电流的有效值 （相同的电流有效值条件下，其发热情况相同，选取型号相同）
第一章 电力电子器件
波形系数Kf ：有效值/平均值，反应周期
交流量波形性质。
如果额定电流为100A的晶闸管 其允许通过的电流有效值为1.57×100＝157A
第一章 电力电子器件
选择晶闸管额定电流时，要依据实际波形的电流
有效值与额定电流IT（AV)有效值相等的原则（即管芯结
温一样）进行换算。即：
由于晶闸管的过载能力差，一般选用时取1.5～2倍 的安全裕量。
第一章 电力电子器件
3.通态平均电压UT(AV)
当流过正弦半波的电流为额定电流，并达到稳定 的额定结温时，晶闸管阳极与阴极之间电压降的平均 值，称为通态平均电压。
第一章 电力电子器件
电力电子器件在电力设备或电力系统中，直接 承担电能变换和控制任务的电路称为主电路。
电力电子器件就是可直接用于主电路中实现电 能的变换和控制的电子器件。
电力电子器件则是电力电子电路的基础。 目前常用的电力电子器件都是用半导体材料制 成的，主要分为半控型器件和全控型器件。
第一章 电力电子器件
门极可关断晶闸管实物、图形 和文字符号
GTO在牵引电力机车和斩波器中的应用
第一章 电力电子器件
二、功率晶体管GTR
大功率晶体管（Giant Transistor）简称GTR， 又称为电力晶体管。因为有PNP和NPN两种结构，因此 又称双极型晶体管BJT。
功率晶体管GTR实物、图形和文字符号
第一章 电力电子器件
为晶闸管的额定电压值，用电压等级来表示。
第一章 电力电子器件
2.额定电流IT（AV)
又称为额定通态平均电流。 是指在环境温度小于40℃和标准散热及全导通的条 件下，晶闸管可以连续导通的工频正弦半波电流的平均 值。 晶闸管的额定电流参数系列：1A、5A、10A、20A、 30A、50A、100A、200A、300A。
第一章 电力电子器件
波形系数Kf ：有效值/平均值，反应周期
交流量波形性质。
如果额定电流为100A的晶闸管 其允许通过的电流有效值为1.57×100＝157A
第一章 电力电子器件
选择晶闸管额定电流时，要依据实际波形的电流
有效值与额定电流IT（AV)有效值相等的原则（即管芯结
温一样）进行换算。即：
由于晶闸管的过载能力差，一般选用时取1.5～2倍 的安全裕量。
第一章 电力电子器件
3.通态平均电压UT(AV)
当流过正弦半波的电流为额定电流，并达到稳定 的额定结温时，晶闸管阳极与阴极之间电压降的平均 值，称为通态平均电压。
第一章 电力电子器件
电力电子器件在电力设备或电力系统中，直接 承担电能变换和控制任务的电路称为主电路。
电力电子器件就是可直接用于主电路中实现电 能的变换和控制的电子器件。
电力电子器件则是电力电子电路的基础。 目前常用的电力电子器件都是用半导体材料制 成的，主要分为半控型器件和全控型器件。
第一章 电力电子器件
门极可关断晶闸管实物、图形 和文字符号
GTO在牵引电力机车和斩波器中的应用
第一章 电力电子器件
二、功率晶体管GTR
大功率晶体管（Giant Transistor）简称GTR， 又称为电力晶体管。因为有PNP和NPN两种结构，因此 又称双极型晶体管BJT。
功率晶体管GTR实物、图形和文字符号
第一章 电力电子器件
为晶闸管的额定电压值，用电压等级来表示。
第一章 电力电子器件
2.额定电流IT（AV)
又称为额定通态平均电流。 是指在环境温度小于40℃和标准散热及全导通的条 件下，晶闸管可以连续导通的工频正弦半波电流的平均 值。 晶闸管的额定电流参数系列：1A、5A、10A、20A、 30A、50A、100A、200A、300A。
单片机第一章电力电子器件n
1
第1章 电力电子器件
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——二极管 1.3 半控型器件——晶闸管 1.4 典型全控型器件 1.5 其他新型电力电子器件 1.6 电力电子器件的驱动 1.7 电力电子器件的保护 1.8 电力电子器件的串联和并联使用
电气工程学院
Electrical Engineering Institute of NEDU
2021年3月13日星期六
18
1.2.3 电力二极管的主要参数
2）正向压降UF 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。
3）反向重复峰值电压URRM
对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值 电压。 使用时，应当留有两倍的裕量。
电气工程学院
Electrical Engineering Institute of NEDU
b)
A a)
A
Anode
K
Kathode
c)
图1-2 电力二极管 a) 外形 b) 结构 c) 符号
电气工程学院
Electrical Engineering Institute of NEDU
2021年3月13日星期六
13
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
PN结的状态
状态参 数
正向导通
反向截止
小的正向漏电流。 器件开通。正向电压超过正 向转折电压Ubo，阳极电流 急剧增大，电压减小。 门极电流增大，正向转折电 压降低。 晶闸管正向压降1V左右。
电气工程学院
Electrical Engineering Institute of NEDU
IA 正向 导通
URSMURRM
IH
IG2 IG1 IG=0
第1章 电力电子器件
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——二极管 1.3 半控型器件——晶闸管 1.4 典型全控型器件 1.5 其他新型电力电子器件 1.6 电力电子器件的驱动 1.7 电力电子器件的保护 1.8 电力电子器件的串联和并联使用
电气工程学院
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2021年3月13日星期六
18
1.2.3 电力二极管的主要参数
2）正向压降UF 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。
3）反向重复峰值电压URRM
对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值 电压。 使用时，应当留有两倍的裕量。
电气工程学院
Electrical Engineering Institute of NEDU
b)
A a)
A
Anode
K
Kathode
c)
图1-2 电力二极管 a) 外形 b) 结构 c) 符号
电气工程学院
Electrical Engineering Institute of NEDU
2021年3月13日星期六
13
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
PN结的状态
状态参 数
正向导通
反向截止
小的正向漏电流。 器件开通。正向电压超过正 向转折电压Ubo，阳极电流 急剧增大，电压减小。 门极电流增大，正向转折电 压降低。 晶闸管正向压降1V左右。
电气工程学院
Electrical Engineering Institute of NEDU
IA 正向 导通
URSMURRM
IH
IG2 IG1 IG=0
第1章 电力电子器件概述54246
从外形上看，主 要有螺栓型和平 板型两种封装。
A
K A
a)
K
A
K
PN
I J
b)
A
K
c)
图1-2 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
10/28/2019 1-13
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
PN结的状态
状态 参数
电流 电压 阻态
正向导通
正向大 维持1V 低阻态
第1章
电力电子器件
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——二极管
1.3 半控型器件——晶闸管
1.4 典型全控型器件
1.5 其他新型电力电子器件
1.6 电力电子器件的驱动
1.7 电力电子器件的保护
1.8 电力电子器件的串联和并联使用
本章小结及作业
10/28/2019 1-1
第1章 电力电子器件·引言
10/28/2019 1-24
1.3 半控器件—晶闸管
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理 1.3.2 晶闸管的基本特性 1.3.3 晶闸管的主要参数 1.3.4 晶闸管的派生器件
10/28/2019 1-25
1.3 半控器件—晶闸管·引言
晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流 器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）
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。
控
制
控制电路
电
检测 电路
保护 电路
V1 LR
在主电路 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
A
K A
a)
K
A
K
PN
I J
b)
A
K
c)
图1-2 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
10/28/2019 1-13
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
PN结的状态
状态 参数
电流 电压 阻态
正向导通
正向大 维持1V 低阻态
第1章
电力电子器件
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——二极管
1.3 半控型器件——晶闸管
1.4 典型全控型器件
1.5 其他新型电力电子器件
1.6 电力电子器件的驱动
1.7 电力电子器件的保护
1.8 电力电子器件的串联和并联使用
本章小结及作业
10/28/2019 1-1
第1章 电力电子器件·引言
10/28/2019 1-24
1.3 半控器件—晶闸管
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理 1.3.2 晶闸管的基本特性 1.3.3 晶闸管的主要参数 1.3.4 晶闸管的派生器件
10/28/2019 1-25
1.3 半控器件—晶闸管·引言
晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流 器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）
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。
控
制
控制电路
电
检测 电路
保护 电路
V1 LR
在主电路 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
第1章电力电子器件概述97564
1-23
1.2.4 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）。
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。
以致1+2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA，将趋
近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。
1-30
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
其他几种可能导通的情况：
阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应 阳极电压上升率du/dt过高 结温较高 光触发
光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘 而应用于高压电力设备中，称为光控晶闸管（Light Triggered Thyristor——LTT）。
——— 电子器件：晶体管和集成电路
电力电子电路的基础
——— 电力电子器件
本章主要内容：
概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。 介绍常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主 要参数以及选择和使用中应注意问题。
1-2
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
t1 t2
UR
t
diR
——结电容的存在
dt
延迟时间：td= t1- t0, 电流下降时间：tf= t2- t1
u
IRP a)
URP
i
UFP
iF
反向恢复时间：trr= td+ tf
1.2.4 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）。
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。
以致1+2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA，将趋
近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。
1-30
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
其他几种可能导通的情况：
阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应 阳极电压上升率du/dt过高 结温较高 光触发
光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘 而应用于高压电力设备中，称为光控晶闸管（Light Triggered Thyristor——LTT）。
——— 电子器件：晶体管和集成电路
电力电子电路的基础
——— 电力电子器件
本章主要内容：
概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。 介绍常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主 要参数以及选择和使用中应注意问题。
1-2
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
t1 t2
UR
t
diR
——结电容的存在
dt
延迟时间：td= t1- t0, 电流下降时间：tf= t2- t1
u
IRP a)
URP
i
UFP
iF
反向恢复时间：trr= td+ tf
第1章电力电子器件概述43504
平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
1-27
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
1-28
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
按晶体管的工作原理 ，得：
I c1 1I A ICBO1
（1-1）
Ic2 2 I K ICBO2
基本结构和工作 原理与信息电子 电路中的二极管 一样。
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，主 要有螺栓型和平 板型两种封装。
A
K A
a)
K
A
K
PN
I J
b)
A
K
c)
图1-2 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
1-13
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
1-26
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
A
G
KK
A A
G
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K
K G
A
a)
b)
c)
图1-6 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
外形有螺栓型和平板型两种封装。
有三个联接端。
螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧 密联接且安装方便。
——— 电子器件：晶体管和集成电路
电力电子电路的基础
——— 电力电子器件
本章主要内容：
概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。 介绍常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主 要参数以及选择和使用中应注意问题。
第1章电力电子器件1
快恢复二极管：短恢复时间，适用于中等电压和电流范 围，多用作高频开关，用于逆变和斩波电路；
肖特基势垒二极管：由金属半导体结构成，为多数载流 子器件，它具有低导通电压和极短的开关时间。但反 向漏电流大和阻断电压低是其缺点。主要用于高频、 低压的场合，如小开关电源中。
2020/4/5
西南交通大学峨眉校区电气工程系
3) 不可控器件
包括电力二极管（Power Diode），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。
2020/4/5
西南交通大学峨眉校区电气工程系
9
1.2 不可控器件——电力二极管
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 1.2.2 电力二极管的基本特性 1.2.3 电力二极管的主要参数 1.2.4 电力二极管的主要类型
2020/4/5
西南交通大学峨眉校区电气工程系
5
1.1.2 电力电子器件的发展
功率半导体器件的发展经历：
1. 大功率二极管产生于20世纪40年代，是功率半导体器件中结构最 简单、使用最广泛的一种器件。目前已形成整流二极管(rectifier diode)、快恢复二极管(fast recovery diode)和肖特基二极管 (schottky barrier diode)等3种主要类型。
PN结的正向导通状态： 电导调制效应使得PN结在正向电流较大时压降仍然很低，维持在 1V左右，所以正向偏置的PN结表现为低阻态。
PN结的反向截止状态： PN结的单向导电性，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。
PN结的反向击穿： 有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式，可能导致热击穿。
PN结的电容效应： 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 。
肖特基势垒二极管：由金属半导体结构成，为多数载流 子器件，它具有低导通电压和极短的开关时间。但反 向漏电流大和阻断电压低是其缺点。主要用于高频、 低压的场合，如小开关电源中。
2020/4/5
西南交通大学峨眉校区电气工程系
3) 不可控器件
包括电力二极管（Power Diode），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。
2020/4/5
西南交通大学峨眉校区电气工程系
9
1.2 不可控器件——电力二极管
1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 1.2.2 电力二极管的基本特性 1.2.3 电力二极管的主要参数 1.2.4 电力二极管的主要类型
2020/4/5
西南交通大学峨眉校区电气工程系
5
1.1.2 电力电子器件的发展
功率半导体器件的发展经历：
1. 大功率二极管产生于20世纪40年代，是功率半导体器件中结构最 简单、使用最广泛的一种器件。目前已形成整流二极管(rectifier diode)、快恢复二极管(fast recovery diode)和肖特基二极管 (schottky barrier diode)等3种主要类型。
PN结的正向导通状态： 电导调制效应使得PN结在正向电流较大时压降仍然很低，维持在 1V左右，所以正向偏置的PN结表现为低阻态。
PN结的反向截止状态： PN结的单向导电性，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。
PN结的反向击穿： 有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式，可能导致热击穿。
PN结的电容效应： 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 。
第1章 电力电子器件53958
1.1.3 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：
1) 半控型器件
➢ 晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件
通➢ 过器控件制的信关断号由可其以在控主制电路其中导承通受而的不电压能和控电制流其决关定 断。
2) 全控型器件
➢ 绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar
P型区
- + ·+ ·+ ·+
- + ·+ ·+ ·+
- + ·+ ·+ ·+
- + ·+ ·+ ·+
- + ·+ ·+ ·+
空间电荷区
N型区
图1-3 PN结的形成
• 扩空交散间界运电处动荷电和建子漂立和移的空运电穴动场的最被浓终称度达为差到别内动，电态造场平 成或衡了自，各建正区电、的场负多，子 空其向间方另电向一荷是区量阻的达 止扩到扩散稳散运定运动值动，，的到形，对成另方了一区一方内个面成稳又为定吸少的引子由对，空方在间区界面 电内两荷的侧构少分成子别的（留范 对 下围本了，区带被而正称言、为则负为电空多荷间子但电）不荷向能区本任，区意按运移所动强，的调即杂的质 角漂离度子移不。运同这动也些。被 不称能为移动耗的尽正层、负阻电挡荷层称或为势空垒间区电。荷。
当电力二极管的外加电压由正 向变为反向，正向电流在此反向电 压的作用下开始下降至零后，由于 二极管在PN结两侧储存了大量少 子因而并没有恢复反向阻断能力， 这些少子在外加反向电压的作用下 被抽取出电力二极管，因而形成交 大的反向电流，并伴随有明显的反 向过冲电压，当反向电流的变化率 接近于零后，电力二极管两端承受 的电压降至外加电压的大小，电力 二极管完全恢复对反向电压的阻断 能力。这就是二极管的反向恢复过 程。
第1章电力电子器件概述97963
PN结的电容效应：
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。 电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关 状态。
1-15
1.2.2 电力二极管的基本特性
1) 静态特性
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。
平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
1-27
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
1-28
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
按晶体管的工作原理 ，得：
I c1 1I A ICBO1
（1-1）
Ic2 2 I K ICBO2
电真空器件 (汞弧整流器、闸流管)
半导体器件 (采用的主要材料硅）仍然
1-4
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
3）同处理信息的电子器件相比的一般特征：
能处理电功率的能力，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。
以致1+2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA，将趋
近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。
1-30
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
其他几种可能导通的情况：
阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应 阳极电压上升率du/dt过高 结温较高 光触发
光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘 而应用于高压电力设备中，称为光控晶闸管（Light Triggered Thyristor——LTT）。
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。 电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关 状态。
1-15
1.2.2 电力二极管的基本特性
1) 静态特性
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。
平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
1-27
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
1-28
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
按晶体管的工作原理 ，得：
I c1 1I A ICBO1
（1-1）
Ic2 2 I K ICBO2
电真空器件 (汞弧整流器、闸流管)
半导体器件 (采用的主要材料硅）仍然
1-4
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
3）同处理信息的电子器件相比的一般特征：
能处理电功率的能力，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。
以致1+2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA，将趋
近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。
1-30
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
其他几种可能导通的情况：
阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应 阳极电压上升率du/dt过高 结温较高 光触发
光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘 而应用于高压电力设备中，称为光控晶闸管（Light Triggered Thyristor——LTT）。
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1.1.2 电力电子系统组成
电力电子系统：由控制电路(检测电路、驱动 电路、保护电路)和主电路组成。V(Valve阀)
•控
•制
•控制电
路
•电
•路
•检测 •电路
•保护 电路
•驱动 •电路
•V•1 •L •R
•V•2 •主电路
•在主电 路和控制 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
2020/11/13
单片机第一章电力电子器件n
1.2.3 电力二极管的主要参数
•1) 正向平均电流IF(AV)
额定电流——在指定的管壳温度和散热条件 下，允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
使用时应按电流发热效应有效值相等的原则 来选取电流定额，并应留有一定的裕量。
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2020/11/13
1.2.4 电力二极管的主要类型
1) 普通二极管（General Purpose 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 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高 DATASHEETPPT文Βιβλιοθήκη 演模板2020/11/13
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•电气隔 •图1-1 电力电子系统组离成
2020/11/13
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1.1.3 电力电子器件的分类
按器件被控程度，分为三类：
半控型器件（Thyristor） ——控制信号可控制其导通不能控制其关断。
全控型器件（IGBT,MOSFET，GTO) ——控制信号既可控制其导通又可控制其关 断，
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•整流二极管及模 块
2020/11/13
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1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
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，主 要有螺栓型和平 板型两种封装。
•A •K
•K
•A
•K
•P •N
•I •J
•b)
•A •a)
•A
•K
• An • Kathod •c) ode
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1.3.2 晶闸管的基本特性
• （2）反向特性
反向阻断状态时，只有极
小的反向漏电。 反向击穿后，可能导致晶
•U•RSM•U•RRM ••U•A
闸管发热损坏。
•雪崩
•击穿
••IA •正向 •导通
••IH
••IG2 ••IG1 ••IG••=0
•O
•U•DRM •U•bo •+•U•A
UDRM 和 URRM 中 较
小的标值作为该器 件的额定电压。
反向重复峰值电压URRM
选用时，一般取额
在门极断路而结温为额定值时， 定电压为正常工作
允许重复加在器件上的反向峰值
时晶闸管所承受峰 值电压2-3倍。
电压。
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2020/11/13
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1.3.3 晶闸管的主要参数
单片机第一章电力电子器件n
1.2.3 电力二极管的主要参数
器件电流额定的选择： 工频正弦半波电流: 额定值：IF(AV)=Im/π, 有效值：If= Im/2 波形系数：Kf = If /IF(AV)= π /2=1.57 有效值与额定值关系式：If =1.57 IF(AV)
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2020/11/13
主电路（Main Power Circuit） ——直接承担电能的变换或控制任务的电路。
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2020/11/13
单片机第一章电力电子器件n
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
• 2）电力电子器件一般特征：
处理电功率的能力大。 工作在开关状态。 需要信息电子电路控制。 功率损耗大。
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称 为 光 控 晶 闸 管 （ Light Triggered Thyristor— LTT）。
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2020/11/13
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1.3.2 晶闸管的基本特性
晶闸管正常工作时的特性总结如下：
承受反向电压，不论门极是否有触发电流，晶 闸管不导通。 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。 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 。
2020/11/13
单片机第一章电力电子器件n
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件的损耗
•通态损耗
•主要损耗
•断态损耗 •开关损耗
•开通损耗 •关断损耗
通态损耗是器件功率损耗的主要成因。
开关频率较高时，开关损耗可能是功率损耗的主要因素。
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2020/11/13
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PN结的反向击穿（两种形式)
雪崩击穿
齐纳击穿
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2020/11/13
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1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
PN结电容效应：
PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电 容
效应，该效应影响PN结的工作频率。
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2020/11/13
单片机第一章电力电子器件n
••IH
••IG2 ••IG1 ••IG••=0
•O
•U•DRM •U•bo •+•U•A
•U•DSM
向转折电压Ubo，阳极电流 急剧增大，电压减小。
•雪崩 •击穿
门极电流增大，正向转折电
压降低。
晶闸管正向压降1V左右。
••-•IA
•图1-8 晶闸管的伏安特性
•IG2>IG1>IG
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•晶闸管模 块
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•平板型晶闸管外形及结构
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1.3.1晶闸管的结构与工作原理
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图1-7 晶闸管 a) 双晶体管模型 b) 工作原理
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1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
➢ 阻断状态：IG=0，1+2很小。流过晶闸管的
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1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
图1-6 晶闸管
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
外形有螺栓型和平板型两种封装
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1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
常用晶闸管的结构
•螺栓型晶闸管
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单片机第一章电力电子器件n
1.1 电力电子器件概述
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2020/11/13
单片机第一章电力电子器件n
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）
——直接用于电能的变换或控制主电路。
1.2.4 电力二极管的主要类型
•2)、快恢复二极管 • （Fast Recovery Diode——FRD）
简称快速二极管trr在5μS以下
快恢复外延二极管 （Fast Recovery Epitaxial Diodes——FRED），
trr低于50ns， UF也很低（0.9V左右），反向耐压
多在1200V以下。
1.2.2 电力二极管的基本特性
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。
•I ••IF
•O •U•TO •U•F
•U
图1-4 电力二极管的伏安特性
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漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。
➢ 开通状态：1+2趋近于1的，IA趋近于无穷大， 实现饱和导通。IA实际由外电路决定。
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2020/11/13
单片机第一章电力电子器件n
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
其它可能导通的情况：
阳极电压升高造成雪崩效应 阳极电压上升率du/dt过高 结温较高 光触发
2）电流定额
通态平均电流 IT(AV）
在规定条件下允许流过的最大工频正弦半波电流的 平均值。额定电流的参数。使用时应按有效值相等的 原则来选取晶闸管，裕度系数1.5-2。
维持电流 IH
使晶闸管维持导通所必需的最小阳极电流。
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
持导通所需的最小阳极电流。通常IL=（ 2-4 ）IH。
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2020/11/13
单片机第一章电力电子器件n
1.3.3 晶闸管的主要参数
3）动态参数 断态电压临界上升率du/dt
指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态 到通态转换的外加电压最大上升率。可使使晶闸管误导通 。
通态电流临界上升率di/dt
指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态 电流上升率。可能造成局部过热使晶闸管损坏。
DATASHEET
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2020/11/13
单片机第一章电力电子器件n
1.3.2 晶闸管的基本特性
• 1） 静态特性
（1）正向特性