第9章 电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介
电力晶体管和晶闸管
随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，高效、节 能、环保的电力电子器件及其应用越来越受到人们的关注。
报告的目的
本报告旨在全面介绍电力晶体管和晶闸管的基本原理、特 性、应用及发展趋势，为相关领域的研究人员、工程师和 技术人员提供有价值的参考。
报告范围
电力晶体管和晶闸管的基本原理和特性
晶闸管具有高耐压、大电流、低导通压降等优点，但开关速度较慢且存在门极触发 电流。
综上所述，电力晶体管和晶闸管在工作原理、结构和性能特点方面存在显著差异。 在实际应用中，应根据具体需求选择合适的器件。
05
电力晶体管与晶闸管的应 用领域
电力晶体管的应用领域
01
02
03
电机控制
电力晶体管可用于直流电 机和交流电机的控制，实 现电机的启动、调速、制 动等功能。
01
包括器件结构、工作原理、静态和动态特性等方面的介绍。
控制、电源变换、照明控制、新能源等领域中的应用
实例。
电力晶体管和晶闸管的发展趋势
03
探讨未来电力晶体管和晶闸管的技术创新、应用领域拓展及市
场前景等方面的趋势。
02
电力晶体管概述
定义与工作原理
定义
电力晶体管（Giant Transistor，简称 GTR）是一种耐高电压、大电流的双 极型晶体管，也称为可关断晶闸管。
主要特点
01
02
03
04
耐高电压、大电流
能够承受数千伏的电压和数百 安的电流，适用于高压、大电
流的场合。
开关速度快
开通和关断时间短，适用于高 频开关电路。
控制方便
通过门极电流控制晶体管的开 通和关断，控制简单、方便。
电力电子器件大全及使用方法详解
电力电子器件大全及使用方法详解一、二极管二极管是一种常见的电力电子器件，它可以实现电流的整流功能。
二极管具有单向导电性，即只有当正向电压施加在二极管上时，电流才能够流过二极管。
二极管常用于交流电转直流电的整流电路中。
使用方法：将二极管的正极连接到正电压，负极连接到负电压即可。
需要注意的是，二极管具有正向电压降(Vf)，在正向导通状态下会有一定的电压降，需要根据实际需求选择合适的二极管。
二、晶闸管晶闸管是一种可控硅器件，具有正向导通和反向封锁两种状态。
晶闸管通过控制门极电流来实现正向导通状态，控制门极电流为零时处于反向封锁状态。
晶闸管常用于高功率电流的开关和整流电路中。
使用方法：将晶闸管的端子正确连接，再通过控制晶闸管的门极电流来控制其导通和封锁状态。
在选择晶闸管时，需要考虑其额定电压和额定电流是否满足实际需求。
三、功率场效应管(MOSFET)功率场效应管是一种电压控制的开关器件，具有低导通电阻、快速开关速度和高电压容忍等优点。
功率MOSFET广泛应用于直流-直流转换器、交流-直流变换器和电源开关等电力电子领域。
使用方法：将功率MOSFET的源极与负极连接，漏极与负载连接，控制其栅极电压来控制其导通和截止状态。
在选择功率MOSFET时，需要考虑其额定电压、额定电流和导通电阻等参数是否满足实际需求。
四、IGBTIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种中压、大功率的开关器件，它具有MOSFET和晶闸管的优点。
IGBT可以实现高压和高电流的控制，广泛应用于电力电子变换器、交流调速器和逆变器等领域。
使用方法：将IGBT的集电极与源极连接，发射极与负载连接，通过控制栅极电压来控制IGBT的导通和截止状态。
在选择IGBT时，需要考虑其额定电压、额定电流和导通电阻等参数是否满足实际需求。
总结：电力电子器件包括二极管、晶闸管、功率MOSFET和IGBT等，它们在电力电子领域中具有重要的应用。
《晶闸管及其应用》课件
《晶闸管及其应用》PPT课件
目 录
• 晶闸管简介 • 晶闸管类型与参数 • 晶闸管应用 • 晶闸管电路设计 • 晶闸管使用注意事项
01
晶闸管简介
晶闸管定义
总结词
晶闸管是一种大功率半导体器件，具有单向导电性。
详细描述
晶闸管是一种由半导体材料制成的电子器件，其工作原理基于半导体的PN结。 它具有单向导电性，即只允许电流在一个方向上流动，而在另一个方向上则截 止。
详细描述
晶闸管作为电力电子器件，在电力系统、工业自动化、新能源等领域发挥着重要作用。通过整流技术，可以将交 流电转换为直流电，满足各种电子设备和电器的需求。逆变技术则将直流电转换为交流电，用于驱动电机、照明 等设备。此外，晶闸管还可以用于开关电路，实现电源的通断控制。
电机控制应用
总结词
晶闸管在电机控制领域应用广泛，可以实现电机的调速和正反转控制。
斩波电路设计
总结词
斩波电路是利用晶闸管快速导通和关断特性 ，将直流电转换为脉冲信号的电路。
详细描述
斩波电路设计主要考虑晶闸管的触发角、关 断角和脉冲宽度等因素，以实现斩波效果。 斩波电路常用于调节电源的输出电压或电流 ，以达到节能或调节系统性能的目的。
05
晶闸管使用注意事项
安全操作注意事项
01 操作前应穿戴好防护用具，确保工作区域 安全。
晶闸管工作原理
总结词
晶闸管由P1、N1、P2、N2四个层构成，利用内部电荷的移 动实现电流的控制。
详细描述
晶闸管由P型半导体和N型半导体交错排列形成P1、N1、P2 、N2四个层。当晶闸管两端加上正向电压时，空穴和电子分 别在P1层和N1层中形成，并形成电流。当晶闸管两端加上反 向电压时，空穴和电子在P2层和N2层中形成，但由于内部电 荷的移动被阻止，电流无法通过。
二极管,三极管,晶体管概念和用途
二极管、三极管、晶体管概念和用途一、二极管的概念和用途二极管是一种具有两个电极的半导体器件，它具有单向导电特性。
当施加正向电压时，二极管正向导通，电流通过；当施加反向电压时，二极管反向截止，电流基本不通过。
二极管主要用于整流、稳压、开关和检波等电路中。
1、整流在交流电路中，二极管可以将交流信号转换为直流信号。
通过二极管整流，可以将交流电源转换为直流电源，以满足电子设备对直流电源的需求。
2、稳压二极管还可以作为稳压器使用。
在稳压电路中，通过合理连接二极管和电阻，可以实现对电压的稳定。
3、开关由于二极管具有导通和截止的特性，可以将其应用到开关电路中。
在开关电路中，二极管可以控制电流的通断，实现对电路的控制。
4、检波二极管还可以用作检波器。
在无线电接收机中，二极管可以将射频信号转换为音频信号，实现信息的接收和解调。
二、三极管的概念和用途三极管是一种具有三个电极的半导体器件，分为发射极、基极和集电极。
三极管具有放大、开关等功能，是现代电子设备中不可或缺的器件。
1、放大在放大电路中，三极管可以对输入信号进行放大处理。
通过合理设置电路参数，可以实现对电压、电流和功率等信号的放大。
2、开关与二极管类似，三极管也可以用作开关。
通过控制基极电流，可以实现对集电极与发射极之间的电流通断控制。
3、振荡在振荡电路中，三极管可以实现信号的自激振荡。
通过反馈电路的设计，可以使三极管产生稳定的振荡信号。
4、调制在通信系统中，三极管可以用于信号的调制。
通过三极管的放大和调制功能，可以实现对射频信号等信息的传输。
三、晶体管的概念和用途晶体管是一种半导体器件，是二极管的发展和改进，是现代电子技术的重要组成部分，被广泛应用于放大、开关、振荡和数字逻辑电路等领域。
1、放大晶体管可以作为放大器使用，实现对信号的放大处理。
晶体管的放大能力较强，可以应用于音频放大、射频放大等领域。
2、开关晶体管也可以用作开关。
与三极管类似，晶体管可以实现对电路的控制，用于开关电源、数码电路等领域。
二极管、三极管、晶闸管简介
5、 二极管作用： 整流：将交流电信号转换成直流电信号。 检波：用于高频信号的调解（信号转换）。 发光：用于装饰或各种信号指示。 变容：用于各种自动调谐电路。 光电：用于光的测量；当制成大面积的光电二极管，可当做一种能源，称为光电池。
整流（利用单向导电性）
把交流电变为直流电，称为整流。一个简单的二极管半波整流电路如图(a)所示。若二极管为理想二极管，当输入一 正弦波时，由图可知：正半周时，二极管导通(相当开关闭合)，vo=vi；负半周时，二极管截止(相当开关打开)， vo =0。其输入、输出波形见图(b)。整流电路是直流电源的一个组成部分。
vi
＋
D
＋
0
t
vi
RL
vo
vo
－
－
0
t
(a)
(b)
稳压
稳压二极管的特点就是反向通电尚未击穿前，其两端的电压基本保持不变。这样，当把稳压管接 入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压 将基本保持不变。 稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字表示
1、正常二极管
二极管、三极管、晶闸管简介
晶体二极管(Diode)
1、二极管的构成 核心是PN结， P性材料和N性材料结合， 有2个出线 端，即二极管有正、负两个极
应用电路
整
稳
流
压
正极
positive
PN
负极
negative
限
幅
(a)
正极
负极
(b)
2、二极管的电路符号： D VD 3、 基本特性：单向导电性
4、分类： 根据材质分为：1）硅二极管（导通电压：0.5~0.7V） 2) 锗二极管(导通电压：0.2~0.3V) 根据用途分：整流二极管、检波二极管、稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管等
机工社2023电力电子技术 第6版教学课件第9章 电力电子器件的应用技术
电子保护电路
图9-15 过电流保护措施及配置位置
同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性。
电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分 区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后 实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。
21
9.2.2 过电流保护
快熔对器件的保护方式：全保护和短路保护两种
19
9.2.1 过电压的产生及过电压保护
过电压保护措施
图9-12 过电压抑制措施及配置位置
F避雷器 D变压器静电屏蔽层 C静电感应过电压抑制电容 RC1阀侧浪涌过电压抑制用RC电路 RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路
RV压敏电阻过电压抑制器 RC3阀器件换相过电压抑制用RC电路 RC4直流侧RC抑制电路 RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路
9.1.4 典型宽禁带器件的驱动电路
氮化镓场效应晶体管（GaN FET）和碳化硅场效应晶体 管（SiC FET）是目前两类典型的基于宽禁带材料的全控 型器件，均属于电压驱动型器件。 宽禁带器件开关速度更快，需要选用速度更快、延时更小 的驱动电路。同时由于其栅极对电压噪声更加敏感，对驱 动电压噪声的控制要求则比硅基器件更加严格。原因为：
挑选特性参数尽量一致的器件。 采用均流电抗器。 用门极强脉冲触发也有助于动态均流。 当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串 后并的方法联接。
30
9.3.4 电力MOSFET的并联和IGBT的并联
电力MOSFET并联运行的特点
Ron具有正温度系数，具有电流自动均衡的能力，容易 并联。 注意选用Ron、UT、Gfs和Ciss尽量相近的器件并联。 电路走线和布局应尽量对称。 可在源极电路中串入小电感,起到均流电抗器的作用。
电力电子器件与应用
电力电子器件与应用电力电子技术是现代电气工程领域中的重要分支，它主要研究与应用电子器件在电力系统中的转换、调节和控制技术。
电力电子器件的发展和应用，对于提高电力系统的效率、稳定性和可靠性具有重要意义。
本文将从电力电子器件的基本原理、常见的电力电子器件和其应用领域等方面进行探讨。
一、电力电子器件的基本原理电力电子器件是指能够将电力信号进行转换、调节和控制的电子器件。
其基本原理是利用半导体器件的导通和截止特性，通过不同的电路拓扑结构，实现对电力信号的处理。
常见的电力电子器件包括二极管、晶闸管、可控硅、IGBT和MOSFET等。
二、常见的电力电子器件1. 二极管：二极管是一种最简单的电力电子器件，其具有单向导电性。
它常用于整流电路中，将交流电信号转换为直流电信号。
2. 晶闸管：晶闸管是一种具有双向导电性的电力电子器件。
它具有可控性，可以通过控制电压或电流来实现导通和截止。
晶闸管广泛应用于交流电调节、交流电转换和交流电控制等领域。
3. 可控硅：可控硅是一种具有单向导电性和可控性的电力电子器件。
它可以通过控制触发信号来实现导通和截止。
可控硅常用于交流电调节和交流电控制等应用中。
4. IGBT：IGBT是一种综合了MOSFET和可控硅特性的电力电子器件。
它具有高压、高电流和高频率的特点，广泛应用于交流电调节、交流电转换和电力传输等领域。
5. MOSFET：MOSFET是一种具有双向导电性和可控性的电力电子器件。
它具有高速开关和低功耗的特点，常用于直流电调节、直流电转换和电力传输等应用中。
三、电力电子器件的应用领域电力电子器件在电力系统中的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 电力调节：电力电子器件可以通过调节电压、电流和频率等参数，实现对电力系统的调节。
例如，通过调节晶闸管和可控硅的触发角度，可以实现对交流电的调节，提高电力系统的稳定性和可靠性。
2. 电力转换：电力电子器件可以将不同形式的电力信号进行转换，实现能量的传输和转换。
晶闸管的用途
晶闸管的用途1. 什么是晶闸管晶闸管（Thyristor）是一种具有控制特性的半导体器件，由四个层叠的PNPN结构组成。
它能够实现电流的整流、开关和控制，广泛应用于各种电力电子设备中。
2. 晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理基于PN结的导电特性和PNPN结的开关特性。
当正向电压施加在晶闸管的控制端（称为门极）时，PNPN结会导通，形成一个低电阻通路，电流可以通过。
当反向电压施加在门极时，PNPN结会截止，晶闸管处于高阻态。
3. 晶闸管的用途晶闸管由于其独特的控制特性，被广泛应用于各个领域，以下是晶闸管的几个主要用途：3.1 电力控制晶闸管可以实现电流的整流和控制，因此在电力系统中有着重要的应用。
它可以用于交流电源的整流，将交流电转换为直流电，以供各类电子设备使用。
此外，晶闸管还可以用于电力系统的调整和控制，例如用于电力调频、电力调压等。
3.2 电动机控制晶闸管可以用于电动机的启动、制动和调速控制。
通过控制晶闸管的导通和截止，可以实现对电动机的精确控制。
晶闸管的调速控制可以使电动机在不同的负载情况下稳定运行，并且具有较高的效率和精度。
3.3 光控制和光通信晶闸管具有较高的开关速度和可控性能，因此在光控制和光通信领域有着广泛的应用。
晶闸管可以用于光控开关、光调制器等光学设备中，实现对光信号的精确控制和调节。
3.4 高压直流输电晶闸管可以用于高压直流输电系统中。
高压直流输电系统能够实现远距离的电力传输，并且具有较低的能量损耗。
晶闸管作为高压直流输电系统的关键元件之一，可以实现对输电系统的稳定控制和调节。
3.5 频率变换器晶闸管可以用于频率变换器中，将电源的频率转换为需要的频率。
频率变换器广泛应用于电力系统、电机驱动和工业自动化等领域，实现对电力和设备的精确控制。
4. 晶闸管的优势和发展趋势晶闸管作为一种重要的电力电子器件，具有以下优势：•高可靠性：晶闸管具有较高的工作可靠性和长寿命，能够在恶劣的工作环境下稳定工作。
第章电力晶体管和晶闸管
1) 正向断态重复峰值电压UDRM——在门极断路而 结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰 值电压。
2) 反向阻断重复峰值电压URRM—— 在门极断路而 结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰 值电压。
3) 通态（峰值）电压UTM——晶闸管通以某一规定 倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。
第章电力晶体管和晶闸管
第一节 电力二极管
➢ 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；
考虑2倍的安全雨量后得：
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3. 其他参数
1）通态平均电压UT(AV)：当晶闸管中流过额定电流并达
到稳定的额定结温时，阳极与阴极之间电压降的平均
值，称为通态平均电压。通态平均电压UT(AV)分为A～
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。
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4)断态电压临界上升率du／dt ：在额定结温和门极
开路情况下，不使元件从断态到通态转换的最大 阳极电压上升率称为断态电压临界上升率。
5）通态电流临界上升率di／dt ：在规定条件下，
➢ 本相电压强触发电路 这种触发方式电路简单、工作
可靠，主要用于双向晶闸管组 成的交流开关电路。
晶闸管及应用
通过纳米工艺减小晶闸管的尺寸，提高其开关速 度和集成度，同时降低能耗。
02
薄膜工艺
采用薄膜工艺制备晶闸管，可以实现更高的频率 和更低的导通电阻。
应用领域的拓展
01 新能源汽车
随着新能源汽车的快速发展，晶闸管在电机控制 器、充电桩等领域的应用将进一步扩大。
02 智能电网
智能电网的建设需要大量的电力电子设备，晶闸 管作为其中重要组成部分，将在无功补偿、有功 滤波等领域发挥重要作用。
03 工业自动化
工业自动化领域对电力电子设备的需求持续增长， 晶闸管将在电机驱动、变频器等领域得到更广泛 的应用。
THANKS
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正确连接
在连接晶闸管时，应确保 其正确接入电路，避免出 现极性接反、电压错接等 情况。
散热措施
对于大功率晶闸管，应采 取有效的散热措施，以防 止过热引起设备性能下降 或损坏。
维护与保养
检查外观
定期检查晶闸管的外观，确保其无破损、 裂纹等现象。
更换损坏的元件
如发现晶闸管损坏，应及时更换以保证电 路的正常运行。
详细描述
晶闸管的开关速度较快，可以在数微 秒甚至纳秒级别内完成通断转换。这 使得晶闸管在电动机控制、自动控制 系统等领域中具有广泛的应用。
04
晶闸管的选择与使用
选择标准
电压等级
根据实际电路的电压需求， 选择能够承受相应电压的 晶闸管。
电流容量
根据电路的电流需求，选 择具有足够电流容量的晶 闸管。
晶闸管及应用
目录
• 晶闸管简介 • 晶闸管的应用 • 晶闸管的特性 • 晶闸管的选择与使用 • 晶闸管的未来发展
01
晶闸管简介
晶闸管定义
电路中的电力电子器件与应用
电路中的电力电子器件与应用电力电子器件是构成电力电子系统的核心组成部分，在电力转换和控制中发挥着至关重要的作用。
本文将介绍一些常见的电力电子器件，并探讨它们在电路中的应用。
一、二极管（Diode）二极管是最简单的电力电子器件之一，它具有单向导电特性。
在电路中，二极管常用于整流电路，将交流电转换为直流电。
此外，二极管还可以用作过电压保护装置，以保护其他电子元件不受过电压的损害。
二、晶闸管（Thyristor）晶闸管是一种控制型二极管，具有可控的导通和截止特性。
在电力电子系统中，晶闸管广泛应用于交流电控制领域。
通过控制晶闸管的触发方式和触发角，可以实现对交流电的精确控制，用于变频调速、电流调节等方面。
三、可控硅（SCR）可控硅是一种具有双向导电特性的晶闸管。
与晶闸管相比，可控硅增加了反向导通能力，可以实现交流电的双向控制。
可控硅在电动机控制、电源开关等领域有广泛应用。
四、功率场效应晶体管（Power MOSFET）功率MOSFET是一种常用的电力电子开关器件。
它具有低导通电阻和高开关速度的特点，可实现高效率的功率传递。
功率MOSFET在电力电子转换系统中常用于开关电源、直流电机驱动等应用。
五、电力管（Power Transistor）电力管是具有较大功率承载能力的晶体管。
在高功率放大和开关电路中，电力管具有重要作用。
它可以放大或开关大电流，广泛应用于音频放大器、电力调制器等电路中。
六、电容（Capacitor）电容是一种储存电能的器件，具有储电和隔直流的特性。
在电力转换和滤波电路中，电容被广泛应用。
它可以储存电能，平滑电压波动，并降低电路中的噪声。
七、电感（Inductor）电感是一种储存磁能的器件，具有感应电压和滤波的作用。
在电力电子系统中，电感常被用于电源滤波、变压器和电感驱动等应用，用以改变电流和电压的大小。
综上所述，电力电子器件在电路中扮演着不可或缺的角色。
通过合理选择和应用这些器件，我们可以实现电能的高效转换、精确控制和稳定输出。
电力晶体管和晶闸管_2023年学习资料
R-K-4-E-导通后门极加负电压-23
nR-K-E-导通后减小阳极电流-24
nR-K-E-导通后减小阳极电压或去除阳极电压-25
H-R-K-EA-导通后阳极加反压-26
Rw-导通和关断条件-LAMP-SCR-〔解释-当SCR的阳极和阴极电压UAK<O,即EA下正上负，无论门 G-加什么电压，SCR始终处于关断状态；->-UAK>0时，且EG>0,SCR才能导通。-SCR一旦导通， 极G将失去控制作用，即无论Ec如何，均-保持导通状态。SCR导通后的管压降为1V左右，主电路中的-电流I由 和Rw以及EA的大小决定；-当UAK<O时，无论SCR原来的状态，都会使R熄灭，即此时-SCR关断。其实， I逐渐降低（通过调整Rw至某一个小数-值时，刚刚能够维持SCR导通。如果继续降低I,则SCR同样-会关断。 小电流称为SCR的维持电流。-27
3、电力二极管使用注意事项-1必须保证规定的冷却条件。-2平板型元件的散热器一般不应自行拆-装。-3如不能 足规定的冷却条件，必须降-低容量使用，如规定风冷元件使用在自冷-时，只允许用到额定电流的三分之一左右。-4 禁用兆欧表检查元件的绝缘情况。-如需检查整机的耐压时，应将原件短接。-10
四、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Rect fier Diode-多用于开关频率不高1kHz以下的整流电路-其反向恢复时间较长-■-正向电流定额和反向 压定额可以达到很高-2-快恢复二极管-Fast Recovery DiodeFRD-简称快速二极管。从性能 可分为快速恢复和超快速恢-复两个等级。前者t为数百纳秒或更长，后者则在100ns以-下，甚至达到20-30 s。-11
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。
第9章--电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介
目录目录.............................................................................................................................................................................. 第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介 . 09.1 电力二极管的应用简介 09.1.1 电力二极管的种类 09.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途 09.1.3 电力二极管的主要参数 09.1.4 电力二极管的选型原则 (1)9.2 电力晶体管的应用简介 (2)9.2.1 电力晶体管的主要参数 (2)9.2.2 电力晶体管的选型原则 (2)9.3 晶闸管的应用简介 (3)9.3.1 晶闸管的种类 (3)9.3.2 各种常用的晶体管结构、特点和用途 (3)9.3.3 晶闸管的主要参数 (4)9.3.4 晶闸管的选型原则 (5)9.4 总结 (6)第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介9.1 电力二极管的应用简介电力二极管（Power Diode）在20世纪50年代初期就获得应用，当时也被称为半导体整流器；它的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管相同，都以半导体PN结为基础，实现正向导通、反向截止的功能。
电力二极管是不可控器件，其导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。
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。
9.1.1 电力二极管的种类电力二极管主要有普通二极管、快速恢复二极管和肖特基二极管。
9.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途名称结构特点、用途实例图片整流二极管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5s以上，其正向电流定额和反向电压定额可以达到很高。
电力晶体管和晶闸管.ppt
1.2 电力二极管的基本特性
2) 动态特性
—— 二 极 管 的 电 压 - 电 流 特 性随时间变化的
I
di
F
F
dt
t
rr
U
F
t
t
d
f
tt
F0
tt
12
U
t
R
di
R
dt
——结电容的存在
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
I
u
RP U
SCR导通条件： UAK>0 同时 UGK>0 由导通→关断的条件：使流过SCR的电流降低至维持电流以下。
(一般通过减小EA,,直至EA<0来实现。）
22
三、晶闸管的工作原理分析
在分析SCR的工作原理时，常将其等 效为两个晶体管V1和V2串级而成。
此时，其工作过程如下：
G
UGK>0 → 产生IG → V2通→产生IC2 → V1 通→ IC1↗ → IC2 ↗ → 出现强烈的正反馈， G极失去控制作用，V1和V2完全饱和，
i
a) RP
i
U
F
FP
u
F
2V
恢复特性的软度：下降时间与延迟 时间 的比值tf /td，或称恢复系数， 用Sr表示。
0
b)
t
fr
t
图1-5 电力二极管的动态过程波形 a) 正
向偏置转换为反向偏置
b) 零偏置转换为正向偏置
9
关1断.2过程电力二极管的基本特性IF
diF dt
trr
须经过一段短暂的时间才能重新获得反 UF
电力二极管和晶闸管
电子技术的基础 ——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。 介绍电力二极管、晶闸管的工作原理、基本特性、主 要参数、选择和使用中应注意问题。
c)
阴极
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
反向截止
几乎为零 反向大 高阻态
反向击穿
反向大 反向大
——
导通条件：在阳极与阴极间加正向电压 关断条件：在阳极与阴极间加反向电压
➢ 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（两种形式)
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 截至的工作状态，这就叫反向击穿。
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。
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。
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
简称快速二极管。 从性能上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 则在100ns以下，甚至达到20~30ns。
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）。
电力二极管和晶闸管共47页
电流驱动型
电压驱动型
通断
9
3）按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况 单极型器件
由一种载流子参与导电的器件
双极型器件
由电子和空穴两种载流子参与导电的器件
复合型器件
单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件
10
6、学习要点
电力电子器件
工作原理 基本特征 主要参数
选择、使用时 注意的问题
基本特征
第1章 电力二极管和晶闸管
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——电力二极管 1.3 半控型器件——晶闸管
2
§1.1 电力电子器件概述
1、概念 主电路（Power Circuit）：在电气设备或电力系统中， 直接承担电能的变化或控制任务的电路。 电力电子器件（Power Electronic Device) ：直接用于处 理电能主电路中，实现电能的变换或控制的电子 器件。
P型区 空间电荷区 N型区
PN结的形成
PN结 外加电场
方向相反
PN结 自建电场
多子的扩散运动>少子的漂移运动
扩散电流
形成自P区流 入从N区流出 的电流
造成空间电 荷区变窄
正向电流
IF
16
外加电压升高 自建电场削弱 扩散电流增加
PN结的正向导通状 态
PN结流过 的正向电流
较小 电阻值较高且为常数 较大 电阻率下降电导率增加
电导调 制效应
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。
17
PN结外加 反向电压
几 乎 高没 电有 阻电 流 流 过
电力电子电源技术及应用1.1 电力二极管与晶闸管
电力电子器件的一般特征
• 1.电力电子器件所能处理电功率的大小，即承受电压和电 流的能力是其最重要的参数。 • 2.因为处理的电功率较大，所以为了减小本身的损耗，提 高效率，电力电子器件一般都工作在开关状态。 • 3.在实际应用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路 来控制——电力电子器件驱动电路。 • 4.尽管电力电子器件通常工作在开关状态，但是其自身的 功率损耗仍远大于信息电子器件，不仅在器件封装上比较 讲究散热设计，而且一般还需安装散热器。
2.电力二极管的导电特性（2）
• 将一块N型半导体和一块P型半导体接触，就 会在接触面上产生一个带电区域，如图所示， 它是由空穴和电子扩散而形成的。P型半导体 区域（简称P区）的多数载流子（空穴）会扩 散到N型半导体区域（简称N区），N区的多 数载流子（电子）会扩散到P区（扩散运动是 由浓度高的地方向浓度低的地方运动），这样， 在P型半导体和N型半导体接触面上形成了一 个带电区域，我们称其为PN结或阻挡层。PN 结内的电场是由N区指向P区，扩散运动并不 能无休止地进行，PN结形成的电场（也叫内 电场）对扩散运动形成了阻力，所以扩散到一 定的程度，就会达到电场力的平衡，扩散运动 就会停止。
1.1 电力二极管与晶闸管
1.1.1 电力电子器件概述
1.1.2 不可控器件——电力二极管 1.1.3 半控型器件——晶闸管
1.1 电力二极管与晶闸管
一、电力电子器件概述
• 在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控 制任务的电路被称为主电路。 • 电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中 实现电能变换或控制的电子器件。 • 电力电子器件目前往往专指电力半导体器件，与普 通半导体器件一样，目前电力半导体器件所采用的 主要材料仍然是硅。
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目录目录 (I)第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介 (1)9.1 电力二极管的应用简介 (1)9.1.1 电力二极管的种类 (1)9.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途 (1)9.1.3 电力二极管的主要参数 (1)9.1.4 电力二极管的选型原则 (2)9.2 电力晶体管的应用简介 (3)9.2.1 电力晶体管的主要参数 (3)9.2.2 电力晶体管的选型原则 (3)9.3 晶闸管的应用简介 (4)9.3.1 晶闸管的种类 (4)9.3.2 各种常用的晶体管结构、特点和用途 (4)9.3.3 晶闸管的主要参数 (5)9.3.4 晶闸管的选型原则 (6)9.4 总结 (7)第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介9.1 电力二极管的应用简介电力二极管（Power Diode）在20世纪50年代初期就获得应用，当时也被称为半导体整流器；它的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管相同，都以半导体PN结为基础，实现正向导通、反向截止的功能。
电力二极管是不可控器件，其导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。
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。
9.1.1 电力二极管的种类电力二极管主要有普通二极管、快速恢复二极管和肖特基二极管。
9.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途名称结构特点、用途实例图片整流二极管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5s以上，其正向电流定额和反向电压定额可以达到很高。
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5s以下）。
快恢复外延二极管，采用外延型P-i-N结构，其反向恢复时间更短（可低于50ns），正向压降也很低（0.9V左右）。
从性能上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，后者则在100ns以下，甚至达到20~30ns。
肖特基二极管优点：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；因此，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。
弱点：（1）当所能承受的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以下的低压场合.（2）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。
9.1.3 电力二极管的主要参数1．正向平均电流I F（AV）。
正向平均电流指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简称壳温，用T C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。
其是按照电流的发热效应来定义的，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。
2．正向压降U F。
正向压降指电力二极管在指定温度下，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U RRM。
反向重复峰值电压指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。
使用时，应当留有两倍以上的裕量。
4．最高工作结温T JM。
结温是指管芯PN结的平均温度，用T J表示。
最高工作结温是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。
T JM通常在125～175 ℃范围之内。
5．反向恢复时间t rr。
6．最大浪涌电流I FSM。
浪涌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。
9.1.4 电力二极管的选型原则（1）电力二极管的结构和型式满足应用场合的特点和技术要求。
（2）正向平均电流不小于其在应用电路中流过的最大电流。
（3）正向压降满足应用电路的技术要求。
（4）反向重复峰值电压不小于其在应用电路中承受的最大反向电压峰值的2倍。
（5）最高工作结温不小于其在应用电路的最高温度。
（6）反向恢复时间满足应用电路的要求。
（7）最大浪涌电流不小于其在应用电路中流过的最大浪涌电流。
（8）选择质量好、性价比高的品牌。
9.2 电力晶体管的应用简介电力晶体管（GTR ）是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管（BJT ），所以有时也称为Power BJT ；与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的。
GTR 是一种电流控制的双极双结大功率、高反压电力电子器件，具有自关断能力的全控型器件。
电力晶体管最主要的特性是耐压高、电流大、开关特性好，同时它既具备晶体管饱和压降低、开关时间短和安全工作区宽等固有特性，又增大了功率容量；电力晶体管的缺点是驱动电流较大、耐浪涌电流能力差、易受二次击穿而损坏、驱动电路复杂，驱动功率大。
由于它所组成的电路灵活、成熟、开关损耗小、开关时间短，因此在中等容量和中等频率的电源、电机控制、通用逆变器等电路中被广泛应用。
9.2.1 电力晶体管的主要参数1．电力晶体管的主要参数有电流放大倍数β、直流电流增益h FE 、集电极与发射极间漏电流I ceo 、集电极和发射极间饱和压降U ces 、开通时间t on 和关断时间t off 。
2．最高工作电压。
电力晶体管上所加的电压超过规定值时，就会发生击穿。
击穿电压不仅和晶体管本身的特性有关，还与外电路的接法有关。
发射极开路时集电极和基极间的反向击穿电压BU cbo ，基极开路时集电极和发射极间的击穿电压BU ceo ，发射极与基极间用电阻联接或短路联接时集电极和发射极间的击穿电压BU cer 和BU ces ，发射结反向偏置时集电极和发射极间的击穿电压BUcex 。
且存在以下关系：BU BU BU BU BU ceo cer ces cex cbo>>>> 9.2.2 电力晶体管的选型原则（1）电力晶体管的种类、应用场合满足应用电路的设计要求。
（2）共发射极直流放大倍数HFE 满足应用电路的要求。
（3）共发射极交流放大倍数β满足应用电路的要求。
（4）特征频率不小于其在应用电路中的最大频率的3倍。
（5）集电极和发射极间饱和压降满足应用电路的要求。
（6）集电极最大允许电流不小于其在应用电路中的最大电流2倍。
（7）集电极最大允许耗散功率满足应用电路的要求。
（8）开通时间ton 和关断时间toff 满足应用电路的要求。
（9）选择质量好、性价比高的品牌。
9.3 晶闸管的应用简介晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器（SCR），以前被简称为可控硅。
1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管，到1957年美国通用电气公司开发出了世界上第一只晶闸管产品，并于1958年使其商业化。
晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极、阴极和门极，其属于半控型器件。
晶闸管能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制，因此被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电路中。
9.3.1 晶闸管的种类按其关断、导通及控制方式：普通晶闸管（SCR）、双向晶闸管（TRIAC）、逆导晶闸管（RCT）、门极关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温控晶闸管（TT国外，TTS国内）和光控晶闸管（LTT）等多种。
按其引脚和极性：二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。
按其封装形式：金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。
其中，金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。
按电流容量：大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。
通常，大功率晶闸管多采用陶瓷封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封或金属封装。
按其关断速度：普通晶闸管和快速晶闸管，快速晶闸管包括所有专为快速应用而设计的晶闸管，有常规的快速晶闸管和工作在更高频率的高频晶闸管，可分别应用于400Hz和10kHz以上的斩波或逆变电路中。
按冷确方式：自然冷确式晶闸管、风冷确式晶闸管和水冷确式晶闸管。
电流较小的晶闸管一般采用自然冷确，电流较大的采用风冷确，电流非常大的采用水冷确。
9.3.2 各种常用的晶体管结构、特点和用途名称结构特点、用途实例图片普通晶闸管（SCR）晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极、阴极和门极；晶闸管能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制，因此被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电路中。
快速晶闸管（FST）快速晶闸管的开关时间以及du/dt和di/dt的耐量都有了明显改善。
普通晶闸管一般为数百微秒，快速晶闸管为数十微秒，而高频晶闸管则为10μs左右。
高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。
由于工作频率较高，选择快速晶闸管和高频晶闸管的通态平均电流时不能忽略其开关损耗的发热效应。
双向晶闸管（TRIAC）双向晶闸管可以认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。
门极使器件在主电极的正反两方向均可触发导通，在第Ｉ和第III 象限有对称的伏安特性。
双向晶闸管通常用在交流电路中，因此不用平均值而用有效值来表示其额定电流值。
逆导晶闸管逆导晶闸管是将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件，不具有承受反向电压的能力，一旦承受反向电压即开通。
具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点，可用于不需要阻断反向电压的电路中。
门极关断晶闸管门极关断晶闸管是晶闸管的一种派生器件，但可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断，属于全控型器件。
光控晶闸管（LTT）光控晶闸管是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。
由于采用光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，而且可以避免电磁干扰的影响，因此光控晶闸管目前在高压大功率的场合。
9.3.3 晶闸管的主要参数1．电压定额（1）断态重复峰值电压U DRM。
断态重复峰值电压是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在晶闸管上的正向峰值电压。
国标规定断态重复峰值电压U DRM为断态不重复峰值电压（即断态最大瞬时电压）U DSM的90%。
断态不重复峰值电压应低于正向转折电压U bo。
（2）反向重复峰值电压U RRM。
反向重复峰值电压是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在晶闸管上的反向峰值电压。
规定反向重复峰值电压U RRM为反向不重复峰值电压（即反向最大瞬态电压）URSM的90%。
反向不重复峰值电压应低于反向击穿电压。
（3）通态（峰值）电压U T。
通态（峰值）电压指晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。
通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。
选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍。
2．电流定额（1）通态平均电流I T（AV）。
通态平均电流按照正向电流造成的器件本身的通态损耗的发热效应来定义的。
国标规定通态平均电流为晶闸管在环境温度为40℃和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。