1.2电力二极管

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教 学 内 容、 方 法 和 过 程
附记
三、电力二极管的主要类型
（1）普通二极管：普通二极管又称整流管
（Rectifier Diode），多用于开关频率在１KHZ
以下的整流电路中，其反向恢复时间在５μs以 上，额定电流达数千安，额定电压达数千伏以 上。
（2）快恢复二极管：反向恢复时间在５μs以下
程。
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a) 正向偏置转换为反向偏置 转换为正向偏置
b) 零偏置
电容特性
电
感特性
电力二极管的动态过程波形
关断过程：
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 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。
成过
程。 重点掌握 PN结的单 向导电性 及二极管 的主要参
数。
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。
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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,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。
3) 反向重复峰值电压URRM
指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值 电压，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。
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4、
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。
势垒电容只在外加电压变化时才起作用，外加电 压频率越高，势垒电容作用越明显。势垒电容的大小 与PN结截面积成正比，与阻挡层厚度成反比。
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。
2）引线和焊接电阻的压降等都有明显的影 响；
3)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；
4)为了提高反向耐压，其掺杂浓度低也造成 正向压降较大。
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定的裕量。
1200V/200A的水平, 多用于高频整流和逆变电路 举例：
中。
当用在
（3）肖特基二极管：肖特基二极管是一种金属
频率较高的 场合时，开
同半导体相接触形成整流特性的单极型器件，其 关损耗造成
的发热往往
导通压降的典型值为0.4～0.6V，而且它的反向恢 不能忽略,当
复时间短，为几十纳秒。但反向耐压在200Ｖ以 采用反向漏
正向平均电 流是按照电 流的发热效 应来定义 的，因此使
的称为快恢复二极管（Fast Recovery Diode简称 用时应按有 效值相等的
FDR）。快恢复二极管从性能上可分为快速恢复和 原则来选取
电流定额，
超快速恢复二极管。前者反向恢复时间为数百纳 并应留有一
秒以上，后者则在100ns以下，其容量可达
电流较大的
下。它常被用于高频低压开关电路或高频低压整 电力二极管
流电路中。
时，其断态 损耗造成的
四、 电力二极管的主要参数
发热效应也 不小。
1) 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。
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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。
由一个面 积较大的 PN结和两 端引线以 及封装组 成的，
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2）外形上看，主要有螺栓型和平板型两种 封装，当然还有其他形式的封装。
3）电气图形符号 2、二极管的单向导电性
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。
1）正向导通状态： PN结呈低阻状态 2）PN结的反向截止状态：PN结呈高阻状态
扩散电容仅在正向偏置时起作用。在正向偏置 时，当正向电压较低时，势垒电容为主；正向电压较 高时，扩散电容为结电容主要成分。
结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开关 的状态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工 作，应用时应加以注意。
5、造成电力二极管和信息电子电路中的普通二
极管区别的一些因素： 1）正向导通时要流过很大的电流，其电流
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0起到恢复反响 阻断能力止的时间
小结：
1、 简单
理解
PN结
的形
*空间电荷:交界处电子和空穴的浓度差别，造成了 各区的多子向另一区的扩散运动，在界面两侧分别留 下了带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些 不能移动的正、负电荷称为空间电荷。 *内电场:空间电荷建立的电场,也称自建电场，其方 向是阻止扩散运动的，另一方面又吸引对方区内的少 子（对本区而言则为多子）向本区运动，即漂移运 动。 *空间电荷区:扩散运动和漂移运动最终达到动态平 衡，正、负空间电荷量扩散运动和漂移运动最终达到 动态平衡，正、负空间电荷量达到稳定值，形成了一 个稳定的由空间电荷构成的范围，被称为空间电荷 区，按所强调的角度不同也被称为耗尽层、阻挡层或 势垒区。
课堂练 习题
说明电力二极管与普通二极管的区别。
作业布 补充题：简述电力二极管的主要参数。
置
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※复习提问 1、电力电子器件的特征是什么？ 2、简要说明电力电子器件的分类？
☆授新课
一、电力二极管的工作原理
1、结构
PN结的形成
1） N型半导体和P型半导体结合后构成PN结。
2) 动态特性——开关特性：反映通态和断态之 间的转换过程
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。动态特性主要指开关特性 (Switching Characteristic)。
*关断过程：正向偏置转换为反向偏置的过
程。 *开通过程：零偏置转换为正向偏置的过
附记
二、
1) 静态特性——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。
UF=1——2V 电力二极管的伏安特性
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Hale Waihona Puke Baidu
课程 名称
电力电子技术
教师
苏立按
章 节 内 容
第1章 电力电子器 件 1、2电力二极管
审批意见
授课班 级
授课日 期
授课时 数
2
授课方 法
讲授、提问
仪器教 具挂图
教学
理解PN结及电力二极管的工作原理。 目的
掌握电力二极管的基本特性、主要参数及
要 求 类型。
教学 重点 重点：PN结及电力二极管的单相导电性。 和难 难点：PN结及电力二极管的工作原理。 点