电力电子技术第一章 功率二极管和晶闸管
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图1-5 晶闸管的导通关断实验电路
第二节 晶 闸 管
1)当双刀开关Ｑ１向右反向闭合，晶闸管承受反向阳极电压，不论门 极承受何种电压，灯泡都不亮，说明晶闸管处于关断状态。 2)当双刀开关Ｑ１向左正向闭合，晶闸管承受正向阳极电压，仅当双 刀开关Ｑ２正向闭合，即门极也承受正向电压时灯泡才亮。 3)晶闸管一旦导通，双刀开关Ｑ２不论正接、反接或者断开，晶闸管 都保持导通状态不变，说明门极失去了控制作用。 4)要使晶闸管关断，可以去掉阳极电压，或者给阳极加反压，也可 以降低正向阳极电流至一定数值以下。
图1-2 功率二极管的符号和伏安特性
第一节 功率二极管
二、主要参数 1.额定电流(正向平均电流)ＩＦ
在规定的环境温度为40℃和标准散热条件下，元件PN结温度稳 定且不超过140℃时，所允许长时间连续流过50Hz正弦半波的电流 平均值称为额定电流IF。 2.反向重复峰值电压URRM
在额定结温条件下，取元件反向伏安特性不重复峰值电压值UR SM的80%称为反向重复峰值电压URRM。
第一章 功率二极 管和晶闸管
主编
第一节 功率二极管
一、功率二极管的结构与伏安特性 1.结构
功率二极管的内部结构是一个PN结，结面积较大。由于功率二极 管功耗较大，它的外形有螺旋式和平板式两种。螺旋式二极管的阳极 紧拴在散热器上。平板式二极管又分为风冷式和水冷式，它的阳极和 阴极分别由两个彼此绝缘的散热器紧紧夹住。常用大功率二极管的外 形如图1-1所示。
第二节 晶 闸 管
结论： 1)晶闸管的导通条件：在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时 在它的门极和阴极间也加正向电压，两者缺一不可。 2)晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，因此门极所加的触发电 压一般为脉冲电压。 3)晶闸管的关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。
第二节 晶 闸 管
三、晶闸管的阳极伏安特性 晶闸管的阳极与阴极间的电压和阳极电流之间的关系，称为阳
图1-1 大功率二极管的外形
第一节 功率二极管
2.伏安特性 功率二极管的阳极和阴极间的电压和流过管子的电流之间的关
系称为伏安特性，如图1⁃2所示。当电压从零逐渐增大时，开始阳极 电流很小，这一段特性曲线很靠近横坐标轴。当正向电压大于0．5 V时，正向阳极电流急剧上升，管子正向导通。如果在电路中不接 限流元件，二极管将被烧毁。
第一节 功率二极管
3.肖特基二极管 以金属和半导体接触形成的势垒为基本结构的二极管称为肖特
基势垒二极管，简称肖特基二极管。肖特基二极管的优点在于：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，明显低于快速 恢复二极管。因此，其开关损耗和正向导通损耗都比快速恢复二极 管还要小，工作效率高。肖特基二极管的弱点在于：当其所能承受 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，肖 特基二极管多用于200V以下的低压场合。
极伏安特性。其伏安特性曲线如图1⁃6所示。
图1-6 晶闸管的阳极伏安特性
第二节 晶 闸 管
四、晶闸管主要参数 晶闸管的主要参数在附表2中列出。 1.额定电压UTn
当门极开路、元件处于额定结温时，所测定的正向转折电压UB0 和反向击穿电压UR0，由制造厂家规定减去某一数值(通常为100V)， 分别得到正向不可重复峰值电压UDSM和反向不可重复峰值电压URSM， 再各乘以0．9，即得正向断态重复峰值电压UDRM和反向阻断重复峰 值电压URRM。
第一节 功率二极管
2.快速恢复功率二极管 反向恢复过程很短(一般在5μs以下)的二极管被称为快速恢复功
率二极管，简称快速二极管。其正向压降很低(0．9V左右)，但其反 向耐压多在400V以下。不管是什么结构，快速恢复二极管从性能上 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。
第一节 功率二极管
三、功率二极管的参数选择及使用注意事项 1.参数选择 (1)额定正向平均电流IF的选择原则 ＩＦ＝（１．５～２）（1⁃1） (2)额定电压URRM的选择原则 ＵＲＲＭ＝（２～３）ＵＤＭ(1⁃2) 2.功率二极管的使用注意事项 1)必须保证规定的冷却条件，如强迫风冷或水冷。 2)平板型元件的散热器一般不应自行拆装。 3)严禁用兆欧表检查元件的绝缘情况。
第一节 功率二极管
3.正向平均电压UF 在规定环境温度40℃和标准散热条件下，元件通过50Hz正弦半
波额定正向平均电流时，元件阳极和阴极之间的电压的平均值称为 正向平均电压UF，简称管压降，一般在0．45～1V范围内。 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通常为12 5～175℃。
图1-3 晶闸管的外形及符号 a)塑封形 b)螺栓形 c)平板形 d)符号
第二节 晶 闸 管
图1-4 晶闸管的内部结构及等效电路 a)芯片内部结构 b)互补晶体管等效电路
第二节 晶 闸 管
二、晶闸管的导通与关断条件 晶闸管是单向可控的开关元件，它的导通和关断条件，可通过
如图1⁃5所示的实验电路来说明。
第一节 功率二极管
四、功率二极管的主要类型 在实际应用中，人们根据不同场合的不同要求，选择不同类型
的功率二极管。 1.普通功率二极管
普通功率二极管又称整流二极管，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5μs以上，但其 正向电流定额和反向电压定额却可以达到很高，分别可达数千安和 数千伏以上。
第二节 晶 闸 管
一、晶闸管的结构 晶闸管的外形及符号如图1⁃3所示。晶闸管的外形大致有三种：
塑封形、螺栓形和平板形。图1⁃3a为塑封形，多用于额定电流10A以 下；图1⁃3b为螺栓形，一般用于额定电流10～200A；图1⁃3c为平板 形，用于额定电流在200A以上。晶闸管工作时，由于器件损耗而产 生热量，需要通过散热器降低管芯温度，器件外形就是为便于安装 散热器而设计的。
第二节 晶 闸 管
1)当双刀开关Ｑ１向右反向闭合，晶闸管承受反向阳极电压，不论门 极承受何种电压，灯泡都不亮，说明晶闸管处于关断状态。 2)当双刀开关Ｑ１向左正向闭合，晶闸管承受正向阳极电压，仅当双 刀开关Ｑ２正向闭合，即门极也承受正向电压时灯泡才亮。 3)晶闸管一旦导通，双刀开关Ｑ２不论正接、反接或者断开，晶闸管 都保持导通状态不变，说明门极失去了控制作用。 4)要使晶闸管关断，可以去掉阳极电压，或者给阳极加反压，也可 以降低正向阳极电流至一定数值以下。
图1-2 功率二极管的符号和伏安特性
第一节 功率二极管
二、主要参数 1.额定电流(正向平均电流)ＩＦ
在规定的环境温度为40℃和标准散热条件下，元件PN结温度稳 定且不超过140℃时，所允许长时间连续流过50Hz正弦半波的电流 平均值称为额定电流IF。 2.反向重复峰值电压URRM
在额定结温条件下，取元件反向伏安特性不重复峰值电压值UR SM的80%称为反向重复峰值电压URRM。
第一章 功率二极 管和晶闸管
主编
第一节 功率二极管
一、功率二极管的结构与伏安特性 1.结构
功率二极管的内部结构是一个PN结，结面积较大。由于功率二极 管功耗较大，它的外形有螺旋式和平板式两种。螺旋式二极管的阳极 紧拴在散热器上。平板式二极管又分为风冷式和水冷式，它的阳极和 阴极分别由两个彼此绝缘的散热器紧紧夹住。常用大功率二极管的外 形如图1-1所示。
第二节 晶 闸 管
结论： 1)晶闸管的导通条件：在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时 在它的门极和阴极间也加正向电压，两者缺一不可。 2)晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，因此门极所加的触发电 压一般为脉冲电压。 3)晶闸管的关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。
第二节 晶 闸 管
三、晶闸管的阳极伏安特性 晶闸管的阳极与阴极间的电压和阳极电流之间的关系，称为阳
图1-1 大功率二极管的外形
第一节 功率二极管
2.伏安特性 功率二极管的阳极和阴极间的电压和流过管子的电流之间的关
系称为伏安特性，如图1⁃2所示。当电压从零逐渐增大时，开始阳极 电流很小，这一段特性曲线很靠近横坐标轴。当正向电压大于0．5 V时，正向阳极电流急剧上升，管子正向导通。如果在电路中不接 限流元件，二极管将被烧毁。
第一节 功率二极管
3.肖特基二极管 以金属和半导体接触形成的势垒为基本结构的二极管称为肖特
基势垒二极管，简称肖特基二极管。肖特基二极管的优点在于：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，明显低于快速 恢复二极管。因此，其开关损耗和正向导通损耗都比快速恢复二极 管还要小，工作效率高。肖特基二极管的弱点在于：当其所能承受 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，肖 特基二极管多用于200V以下的低压场合。
极伏安特性。其伏安特性曲线如图1⁃6所示。
图1-6 晶闸管的阳极伏安特性
第二节 晶 闸 管
四、晶闸管主要参数 晶闸管的主要参数在附表2中列出。 1.额定电压UTn
当门极开路、元件处于额定结温时，所测定的正向转折电压UB0 和反向击穿电压UR0，由制造厂家规定减去某一数值(通常为100V)， 分别得到正向不可重复峰值电压UDSM和反向不可重复峰值电压URSM， 再各乘以0．9，即得正向断态重复峰值电压UDRM和反向阻断重复峰 值电压URRM。
第一节 功率二极管
2.快速恢复功率二极管 反向恢复过程很短(一般在5μs以下)的二极管被称为快速恢复功
率二极管，简称快速二极管。其正向压降很低(0．9V左右)，但其反 向耐压多在400V以下。不管是什么结构，快速恢复二极管从性能上 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。
第一节 功率二极管
三、功率二极管的参数选择及使用注意事项 1.参数选择 (1)额定正向平均电流IF的选择原则 ＩＦ＝（１．５～２）（1⁃1） (2)额定电压URRM的选择原则 ＵＲＲＭ＝（２～３）ＵＤＭ(1⁃2) 2.功率二极管的使用注意事项 1)必须保证规定的冷却条件，如强迫风冷或水冷。 2)平板型元件的散热器一般不应自行拆装。 3)严禁用兆欧表检查元件的绝缘情况。
第一节 功率二极管
3.正向平均电压UF 在规定环境温度40℃和标准散热条件下，元件通过50Hz正弦半
波额定正向平均电流时，元件阳极和阴极之间的电压的平均值称为 正向平均电压UF，简称管压降，一般在0．45～1V范围内。 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通常为12 5～175℃。
图1-3 晶闸管的外形及符号 a)塑封形 b)螺栓形 c)平板形 d)符号
第二节 晶 闸 管
图1-4 晶闸管的内部结构及等效电路 a)芯片内部结构 b)互补晶体管等效电路
第二节 晶 闸 管
二、晶闸管的导通与关断条件 晶闸管是单向可控的开关元件，它的导通和关断条件，可通过
如图1⁃5所示的实验电路来说明。
第一节 功率二极管
四、功率二极管的主要类型 在实际应用中，人们根据不同场合的不同要求，选择不同类型
的功率二极管。 1.普通功率二极管
普通功率二极管又称整流二极管，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5μs以上，但其 正向电流定额和反向电压定额却可以达到很高，分别可达数千安和 数千伏以上。
第二节 晶 闸 管
一、晶闸管的结构 晶闸管的外形及符号如图1⁃3所示。晶闸管的外形大致有三种：
塑封形、螺栓形和平板形。图1⁃3a为塑封形，多用于额定电流10A以 下；图1⁃3b为螺栓形，一般用于额定电流10～200A；图1⁃3c为平板 形，用于额定电流在200A以上。晶闸管工作时，由于器件损耗而产 生热量，需要通过散热器降低管芯温度，器件外形就是为便于安装 散热器而设计的。