电力电子器件的特征

(2) P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟 等形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。P型半导体 中空穴是多数载流子，电子是少数载流子。
⑶ PN结：
在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质, 分别形成N型半导体和P型半导体。对于P型半导体和N 型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN 结。
2.主要特征
半导体主要特征：半导体材料具有掺杂性、热敏性和光敏性。 杂质半导体主要特征：在本征半导体中掺入某些微量元素作为 杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的本征半 导体称为杂质半导体。掺入的杂质主要是三价或五价元素。
(1) N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形 成N型半导体,也称电子型半导体。在N型半导体中自由电 子是多数载流子,空穴是少数载流子。
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
2.基本特性
二极管的基本原理在于PN结的单向导电性这一主要特征。
（1）静态特性主要指其伏安特性
当电力二极管承受的正向电压大到
一定值（门槛电压UTO），正向电流才开
始明显增加，处于稳定导通状态。与正
向电流IF对应的电力二极管两端的电压 UF即为其正向电压降。当电力二极管承
教学目标
1.知识目标：熟悉电力电子器件的特征及分类问题；了 解半导体的有关知识；熟悉电力二极管的 结构及图形符号；理解电力二极管的工作 特性。
2.能力目标：学会应用电力二极管的工作特性解决实际 问题。
3.情感目标：培养学生积极向上的学习态度，培养学生 接受新知识的能力。
教学重点 、难点
重点：通过自主探究，让学生发现电力二极 管的单向导电性，确定判断极性的方 法。
PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区 流到N区，PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻 性，电流小。
二、电力二极管
1.电力二极管的外形、结构和电气图形符号
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。
电力电子器件：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。
2.电力电子器件的特征
（1）能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力， 是最重要的参数。 （2）电力电子器件一般都工作在开关状态。
（3）实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控 制。 （4）为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而 损坏，不仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般 都要安装散热器。
难点：二极管特性的正确应用。
知识回顾
电力电子技术课程要求和安全操作规程:
要严格按照课程要求和安全操作规 程来完成任务。
拟解决问题：
1.了解电力电子器件的特征。 2.了解半导体的有关知识。 3.了解二极管的特性及应用。 4.建立理论与实践结合起来的抽象思维方式。
一、电力电子器件的知识
1.电力电子器件的概念
受反向电压时，只有少子引起的微小而 数值恒定的反向漏电流。
I IF
O UTO UF
U
二维动画演示电力二极管特性
（2）动态特性---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。 ●开通过程：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个值（如 2V）。 这一动态过程时间被称为正向恢复时间tfr。电导调制效 应起作用需一定的时间来储存大量少子，达到稳态导通 前管压降较大。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 。
具有这样特征的器件是晶闸管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。 （3）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。
具有这样特征的器件是绝缘栅双极晶体管、电力场 效应晶体管、门极可关断晶闸管。
二、半导体的知识
1.分类
根据物体导电能力（电阻率）的不同，来划分导体、 绝缘体和半导体。半导体的导电性能优于绝缘体而不如 导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
二、核心内容
1.电力电子器件的知识 2.半导体知识 3.电力二极管的结构、特性、主要参数
拓展
1.分析电力二极管的开关特性，试设计电力 二极管的特性实验电路。 2.电力二极管作为开关元器件是如何控制电 路的？
3.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（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。
（2）正向压降UF 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UPRM 指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压；
3.电力电子器Байду номын сангаас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）不可控器件：不能用控制信号来控制其通断, 因此也 就不需要驱动电路。
具有这样特征的器件是电力二极管，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。
（2）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。
通常是其雪崩击穿电压UB的2/3；使用时，往往按照电路 中电力二极管可能承受的反向最高峰值电压的两倍来选定。
（4）最高工作结温TJM 结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ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。TJM通常在125~175C范围之内。
（5）反向恢复时间trr 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。
课堂小结
一、基本概念
1.电力电子器件：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。 2.不可控器件：不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱 动电路。 3.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。 4.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。