电力二极管和晶闸管

置的PN结表现为低阻态。
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PN结外加 反向电压
几 乎 高没 电有 阻电 流 流 过
N区流入
外电路电流 P区流入出
少子浓度很小，在 温度一定时漂移电 流的数值趋于恒定
反向电流IR
反向 饱
和流IS
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
这个主要特征。
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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
掌握
电力电子器件
型号命名法 参数
特征曲线
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§1.2 不可控器件——电力二极管
1、电力二极管
20世纪50年 初获得应用
电力二极管 （半导体整流器）
逐步 汞弧 取代 整流器
结构和原理简单 工作可靠
快恢复二极管 肖特基二极管
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
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普通二极管（螺栓式）
普通二极管（平板式）
整流二极管及模块
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N型半导体和P型半导体结合后构成PN结
内电
－ － － －场+ + + + －－－ － + + + + －－－ － + + + + －－－ － + + + + －－－ － + + + +
度
通过控制信号可控制 其导通而不能控制其关断
｛ 半控型器 晶闸管
件
及其派生器件
通过控制信号即可控制 其导通又能控制其关断
自关断器件
｛绝缘栅双极晶体管
全控型器件 电力效应晶体管
门门极极可可关关断断晶晶体体管管
处理兆瓦级 大功率电能
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不能用控制信号控制 其通断，不需要驱动电路
｛ 不控型器件 电力二极 管 只有两个端子
IRP——电流过冲最大值 URP——电压过冲最大值 td= t1-t0——延迟时间 tf= t2-t1——电流下降时间 trr=td+tf——反向恢复时间 tf /td ——恢复特性的软度，
U正正向向电电流流I开F对始应明的 电显力增二加极，管处两于端稳
的定电导压通U状F为态其。正 向电压降。
只有少子引起的
微小而数值恒定 的反向漏电流。
正向通态压降UF：0.7～1.2V
反向漏电流：数十微安～数十毫安
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➢ 动态特性
反向 偏置
零偏置
正向 偏置
过渡过程中 电压—电流 特性随时间
P型区 空间电荷区 N型区
PN结的形成
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内电 场
－－－ － + + + + －－－ － + + + + －－－ － + + + + －－－ － + + + + －－－ － + + + +
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
现在仍大量应用于许多电气设备
应用
中、高频电流 逆变 低压高频电流
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A
K A
a)
以半导体PN结
为基础，由一个
KA I
PN
K 面积较大的PN结 和两端引线以及
J
封装组成，外形
b)
上看，主要有螺
栓型和平板型两
种封装，基本结
构和工作原理与
c)
信息电子电路中
的二极管一样。
电力二极管的外形、结构和电气图形符号
关断
由信息电路组成
检测电路、驱动电路以外的电路
控制电 路
主电路
电力电子系统
检测电路： 检测主电路或应用现场信号
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驱动电路
主电路
控制信号
检测电 路 保护电路 ：保证电力电子器件和整个电力电子系
统正常可靠运行
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15）、按电照力电电力子电子器器件件分能类够被控制电路信号所控制的程
2）按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端 之间信号的性质
电流驱动型
电压驱动型
通断
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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
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变化
电力二极管的动态状态
反映通态和断态之间过程的开关特性
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IF
di F
dt
t
rr
U F
t
t
d
f
tt
F0
tt
t
1
2
U
R
di R
dt
I RP U a) RP
电力二极管的动态过程波形 a) 正向偏置转换为反向偏置
电力二极管的关断
经在过关一断段之短前暂有的较时大间的才 能反重向新电获流得，反伴向随阻明断显， 进的入反截向止电状压态过。冲。
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
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§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。
2、广义 分类
电真空器件（汞弧整流器、闸流管等，已
逐步被半导体器件取代）
半导体器件（目前所指电力电子器件，采
用材料仍然是硅）
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2
3、特征
电力电子器件是功率半导体器件。
1）电力电子器件处理的电压电流较大。 2）电力电子器件一般都工作在开关状态。 3）注重器件的功率损耗和散热问题。 4）注重对器件的保护。 5）需要驱动与隔离。
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施加PN结反 向电压过大
反向电流 急剧增大
破坏PN结反向偏置 为截止的工作状态
PN结的反向击穿
雪崩击穿
齐纳击穿
因热量散发不 出
PN结温度上升 过热烧坏
热击 穿
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2、电力二极管的基本特性
➢ 静态特性
I
电力二极管 静态特征
IF
伏安特征
O UTO UF
电力二极管的伏安特性
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
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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
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4、系统组成
控
检测
电路
制
电
驱动
路
电路
V1 LR
V2 主电路
电力电子电路
由控制电路、驱 动电路、电力电 子器件为核心的 主电路组成
电力电子系统组成
主电路端子（公共端）——驱动电路和主电路，
是主电路电流流出电力电子器件的端子。
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4
导通
控制电路 通过驱动电路 主电路中
控制
电力电子器件