1、功率二極管和晶閘管，補充內容：功率電子器件概述1.1功率二極管1.2晶閘管1.3雙向晶閘管和其他派生晶閘管本章概述，電子技術基礎電子器件：晶體管和集成電路基礎功率電子器件本章主要內容：功率電子器件的概念、特性和分類概述。介紹了功率二極管和晶閘管的工作原理、基本特性、主要參數(shù)、選擇及使用中應注意的問題。1.電力電子器件的概念和特性。由電力電子設備組成的應用系統(tǒng)。電力電子裝置的分類和電力電子裝置概述1)概念：電力電子裝置可直接用于主電路中，以實現(xiàn)電能的轉換或控制。主電源電路(Main Power Circuit)是電氣設備或電力系統(tǒng)中直接承擔電能轉換或控制的電路。2)對：電真空裝置(汞弧整流器、閘

2、流管等)進行分類。)，半導體器件(使用的主要材料仍然是硅)，1。電力電子設備的概念和特征，即處理電力的能力，一般遠遠大于電子設備處理信息的能力。它處理電能的能力小至毫瓦，大至兆瓦，其中大多數(shù)遠遠大于處理信息的電子設備。3)與處理信息的電子設備相比的一般特性：電力電子設備一般工作在開關狀態(tài)。導通時，阻抗很小，接近短路，管壓降接近零，電流由外部電路決定。當阻塞(關斷狀態(tài))時，阻抗非常大，接近開路，電流幾乎為零，管兩端的電壓由外部電路決定。電力電子器件的動態(tài)特性(即開關特性)和參數(shù)也是電力電子器件特性的重要方面。在電路分析中，為了簡單起見，通常使用理想開關。實際上，電力電子設備經(jīng)常需要由信息電子電路

3、控制。在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路來放大控制電路的信號，控制電路是電力電子器件的驅動電路。電力電子設備的功率損耗比信息電子設備的功率損耗大得多，所以通常安裝散熱器。開態(tài)損耗是設備功率損耗的主要原因。當器件的開關頻率較高時，開關損耗可能成為器件功率損耗的主要因素。電力電子設備、電力電子系統(tǒng)的主要損耗、開態(tài)損耗、關態(tài)損耗、開關損耗、關態(tài)損耗、開態(tài)損耗：它由控制電路、驅動電路、保護電路和以電力電子設備為核心的主電路組成。2.由電力電子器件、控制電路和電氣隔離組成的應用系統(tǒng)。在主電路和控制電路中增加了一些電路，以保證電力電子設備和整個系統(tǒng)的正?？煽窟\行。功率二極管不能用控制信號來控制它們

4、的開關，所以不需要驅動電路。晶閘管可以通過控制信號打開，但不能關閉。完全受控的器件(IGBT，金屬氧化物半導體場效應晶體管)可以通過控制信號控制它們的導通和關斷，也稱為自關斷器件。電力電子裝置的分類可根據(jù)裝置可被控制的程度分為以下三類：電流驅動型通過從控制端注入或汲取電流來實現(xiàn)開或關的控制。電壓驅動型僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可以實現(xiàn)開關控制。根據(jù)驅動電路信號的性質，它可以分為兩類：單極器件是指載流子參與傳導的器件。雙極器件是指電子和空穴這兩種載流子參與傳導的器件。復合器件由單極器件和雙極器件組成。根據(jù)電子和空穴兩種載流子在器件中參與導電的情況，它們可以分為三類：1 .結構

5、和伏安特性2。主要參數(shù)3。參數(shù)選擇和使用中的注意事項。主要類型1.1。功率二極管，結構和原理簡單，工作可靠快速恢復二極管和肖特基二極管在中高頻整流逆變以及低壓高頻整流中發(fā)揮著不可替代的作用。功率二極管和模塊的基本結構和工作原理與信息電子電路中的二極管相同。從外觀上看，包裝主要有兩種類型：螺栓型和平板型。1.結構和伏安特性，陽極和陰極1。二極管的基本原理在于PN結的單向導電性。PN結狀態(tài)，接通條件：在陽極和陰極之間施加直流電壓。關閉狀態(tài)：在陽極和陰極之間施加反向電壓。PN結(兩種形式)的反向擊穿PN結具有一定的反向耐壓能力，但當施加的反向電壓過大時，反向電流會急劇增加，這將破壞PN結的反向偏置到

6、目前的工作狀態(tài)。這被稱為反向擊穿。雪崩擊穿和齊納擊穿都會導致熱擊穿。(1)當正向接通時，管電壓降僅約為1V。(2)在反向電壓下，只有小而恒定的反向漏電流，器件處于關斷狀態(tài)。(3)當反向電壓增加到URSM時，二極管將被擊穿損壞。伏安特性，反向重復峰值電壓，反向非重復峰值電壓，反向漏電流，問題：如何用萬用表判斷功率二極管的質量？答：用萬用表測量歐姆檔R100或R1k檔。正常狀態(tài)如下：1、正向導通、反向截止、電壓和電流特性在過渡過程中隨時間變化，功率二極管的動態(tài)狀態(tài)反映了通態(tài)和斷態(tài)之間的開關特性。動態(tài)特性二極管的電壓-電流特性隨時間變化(結電容的存在)，功率二極管的動態(tài)過程波形從零偏置變?yōu)檎蚱茫?/p>

7、正向恢復tfr，1)正向恢復時間tfr開啟。當前的上升速度越高，UFP就越高。功率二極管的動態(tài)過程波形由正向偏置轉換為反向偏置，延遲時間td=t1- t0，電流下降時間tf=t2- t1，反向恢復時間TRR=TD，恢復特性的柔度tf /td，或恢復系數(shù)，用Sr表示，2)在關斷過程中，需要很短的時間才能恢復反向阻斷能力并進入截止狀態(tài)。在關斷之前，有一個大的反向電流，伴隨著明顯的反向電壓過沖。額定電流在規(guī)定的環(huán)境溫度和標準散熱條件下，元件的PN結溫度穩(wěn)定且不超過140時，允許流動的最大工頻正弦半波電流的平均值。中頻是根據(jù)電流的熱效應來定義的。使用時，應根據(jù)有效值相等的原則選擇當前定額，并預留一定的

8、余量。主要參數(shù)：1 .額定電流IF，40，可重復施加到功率二極管的最高反向峰值電壓。使用時，應預留兩倍的余量。3。正向平均壓降UF(管壓降)，2。反向重復峰值電壓URRM，是在規(guī)定的環(huán)境溫度和標準散熱條件下，當穩(wěn)定的額定電流流動時，器件兩端的正向平均電壓(也稱為管壓降)。URRM的規(guī)定電壓電平是元件的額定電壓，結溫是指芯片PN結的平均溫度，用TJ表示。TJM指的是在不損壞PN結的情況下可以維持的最高平均溫度。TJM通常在125175攝氏度的范圍內。4。最高工作溫度TJM；3.參數(shù)選擇及使用中的注意事項；1.參數(shù)選擇；(1)額定電流的選擇原則在規(guī)定的室溫和冷卻條件下，額定電流按以下公式計算：然后

9、取相應的標準系列值。流經(jīng)二極管的最大電流的有效值，正弦半波波形系數(shù)，例如，如果按中頻=65A計算，該表可查如下：1、選擇額定電流為100A的二極管，有安全裕度；(2)額定電壓URRM=(23)UDM、安全裕度和管道在工作回路中承受的最大反向瞬時電壓的選擇原則。UDM，然后采取相應的斯坦如果不能滿足規(guī)定的冷卻條件，必須減少容量使用。(2)一般來說，平板部件的散熱器不應自行拆卸和組裝。(3)禁止用兆歐表檢查部件的絕緣。1.功率二極管的通斷條件是什么？2、根據(jù)電力電子設備可以控制的程度，電力電子設備可以分為哪幾種？功率二極管屬于哪一類？3.如何用萬用表判斷功率二極管的質量？也稱為整流二極管。它們主要

10、用于低開關頻率(低于1千赫)的整流電路。其反向恢復時間較長(超過5s)。正向電流定額和反向電壓定額可以達到很高。4.功率二極管的主要類型1。通用二極管，簡稱快速二極管。性能可分為兩個級別：快速恢復和超快速恢復。前者的反向恢復時間為數(shù)百納秒或更長，而后者的反向恢復時間低于100納秒甚至高達2030納秒。2)快速恢復二極管，肖特基二極管的弱點正向壓降會隨著反向耐受電壓的提高而增加，反向耐受電壓主要用于200伏以下。反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，必須嚴格限制其工作溫度。肖特基二極管的優(yōu)點反向恢復時間非常短(1040納秒)。正向恢復過程中不會出現(xiàn)明顯的電壓過沖。當反向耐受電壓較低時，正向壓降明顯低于快速恢復二

11、極管。效率高，其開關損耗和正向導通損耗小于快速二極管。基于由金屬和半導體接觸形成的勢壘的二極管被稱為肖特基勢壘二極管SBD。3)肖特基二極管，常用功率二極管型號額定正向和反向重復反向電流正向和平坦恢復時間平均電流峰值電壓平均電壓uszp1-40001-4000 a50-5000V 1-40ma 0.4-1v 10 us zp3-20003-2000 a 100-4000V 1-40ma 0.4-1v 10 us快速恢復二極管(美國摩托羅拉)MR 867 50A 600 V 50UA 1.4 V 400晶閘管結構，2。晶閘管通斷條件，3。晶閘管的工作原理；4.晶閘管的陽極伏安特性；5.晶閘管的主

12、要參數(shù)；6.晶閘管的柵極伏安特性和主要參數(shù)貝爾實驗室在1956年發(fā)明了晶閘管。1957年，美國通用電氣公司開發(fā)了第一個晶閘管產品。1958年商業(yè)化。它開辟了電力電子技術快速發(fā)展和廣泛應用的新時代。自20世紀80年代以來，它已經(jīng)被完全受控的設備所取代。它能承受最高的電壓和電流容量，工作可靠，在大容量場合發(fā)揮重要作用。晶閘管：晶閘管，可控硅整流器，有三種封裝：塑料封裝，螺栓封裝和扁平封裝。塑料包裝的額定電流低于10A。螺栓型的額定電流為10200A。平額定電流超過200安。平板形，螺栓形，1。晶閘管的結構、形狀結構、塑封形狀、晶閘管的形狀和電氣圖形符號，有三個連接端子。螺栓形封裝，通常以螺栓為陽極

13、，可與散熱器緊密連接，安裝方便。扁平晶閘管可以被兩個散熱器夾在中間。陽極，柵極，陰極，A，K，G問題：如何從外觀上區(qū)分晶閘管的三個電極？塑料包裝形狀：陰極，陽極，門，螺栓形狀：螺栓是陽極，粗編織物是陰極，細編織物是門。平板：陽極和陰極在兩側，從中間金屬環(huán)引出的細編織物是柵極，更靠近陰極。門電路，晶閘管內部結構及等效電路，內部結構：晶閘管通斷實驗電路，結論：當陽極和陰極之間施加反向電壓時，晶閘管處于關斷狀態(tài)。、不亮、2。晶閘管的通斷條件，當晶閘管導通時，柵極失去控制。結論：當陽極和陰極之間施加直流電壓，柵極和陰極之間也施加直流電壓時，晶閘管處于導通狀態(tài)。、不亮、亮、要增加RRP電阻，必須滿足以下

14、要求：在晶閘管的陽極和陰極之間增加直流電壓。晶閘管的柵極和陰極之間也增加了直流電壓。晶閘管導通條件：注：兩者缺一不可。因此流過晶閘管的陽極電流小于保持電流IH。關斷晶閘管的具體方法如下：1 .撤回晶閘管陽極上施加的直流電壓。2.向陽極施加反向電壓。3.降低陽極直流電壓值。4.增加回路阻抗等。嘗試將流經(jīng)晶閘管的陽極電流降低到保持電流以下。如圖所示，陽極電源為交流電壓，柵極在t1閉合開關Q，開關Q在t4斷開，得到電阻Rd上的電壓波形ud。rd、0、ud、t、rd，晶閘管比具有單向特性的整流二極管多一個控制柵極。一旦晶閘管接通，柵極就會失去控制。通常，只有正向脈沖電壓被施加到柵極，這被稱為觸發(fā)電壓。

15、當正陽極電壓施加到晶閘管上時，適當?shù)恼龞艠O電壓施加到柵極上，使晶閘管導通，這被稱為觸發(fā)。摘要：可控晶閘管將不會導通，不管在反向電壓下柵極是否有觸發(fā)電流。該門在一定條件下可以觸發(fā)晶閘管導通，但不能關斷，屬于半控裝置。晶閘管只能在阻斷和導通狀態(tài)下穩(wěn)定工作，是一種理想的無觸點開關，可以用小的柵極電流控制大的陽極電流的導通。晶閘管工作原理圖3。晶閘管的工作原理V1管和V2管的電流放大系數(shù)是晶閘管陽極電流：三極管集電極電流和漏電流之和，即晶閘管的工作原理。分析：V1和V2電流放大系數(shù)的值隨發(fā)射極電流而變化。當晶閘管受到正向陽極電壓，但沒有施加柵極電壓時，它非常小，晶閘管的陽極電流是處于正向阻斷狀態(tài)的IaIc0晶閘管。晶閘管的工作原理，晶閘管的工作原理，分析：晶閘管飽和導通時，晶閘管的陽極電流由外部電路決定，柵極導通后失去控制功能。降低電源電壓或增加回路電阻，將陽極電流降至維持電流IH以下。此時，總和迅速下降，晶閘管返回阻塞狀態(tài)。陽極電壓上升到非常高的值，導致雪崩效應。陽極電壓上升率du/dt太高。結溫很高。光觸發(fā)光觸發(fā)可以保證控制電路和主電路之間的良好絕緣，用于高壓電力設備中，稱為光觸發(fā)晶閘管。只有柵極觸發(fā)才是最準確、快速、可靠的控制方法，還有其他幾種可能的導