华中科 电力电子学 陈坚 chapter2

很好学习资料

电力电子学——电力电子变换和控制技术(第二版)

第2章 半导体电力开关器件

很好学习资料

2 半导体电力开关器件2.1 电力二极管 双极结型电力晶体管 2.2 双极结型电力晶体管BJT 2.3 晶闸管及其派生器件 门极可关断晶闸管GTO 2.4 门极可关断晶闸管GTO 2.5 电力场效应晶体管P-MOSFET 电力场效应晶体管P 绝缘门极双极型晶体管IGBT 2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT *2.7 *2.8 自学 2.9 半导体电力开关模块和功率集成电路 本章小结2

很好学习资料

电力开关器件家族树

很好学习资料

电力开关器件发展史

很好学习资料

2.1 电力二极管

电力二极管实物图5

很好学习资料

2.1.1 半导体 结 半导体PN结

P型、N型半导体和PN结

很好学习资料

2.1.2 半导体二极管基本特性 单向导电性 半导体二极管基本特性—单向导电性

正向接法时内电场被削 弱，扩散运动强于漂移 运动， 运动，掺杂形成的多数 载流子导电， 载流子导电，等效电阻 较小。 较小。 反向接法时内电场被增 强，漂移运动强于扩散 运动，光热激发形成的 运动， 少数载流子导电， 少数载流子导电，等效 电阻很大。 电阻很大。

半导体二极管的符号及正 反向接法7

很好学习资料

2.1.2 半导体二极管基本特性 单向导电性(续1) 半导体二极管基本特性—单向导电性 单向导电性( )

正向接法

反向接法8

很好学习资料

2.1.2 半导体二极管基本特性 单向导电性(续2) 半导体二极管基本特性—单向导电性 单向导电性( )

一般表达式：

I = I S (e IR = I S

V / VT

1)

反向时的表达式：

正向时的表达式：

IF = I S eV / VTIs:反向饱和电流

很好学习资料

2.1.2 半导体二极管基本特性 单向导电性(续3) 半导体二极管基本特性—单向导电性 单向导电性( ) PN结高频等效电路 结高频等效电路R A(P) C K(N)

很好学习资料

2.1.3 半导体电力二极管重要参数

半导体电力二极管的重要参数主要用来衡量 二极管使用过程中： 二极管使用过程中：

是否被过压击穿 是否会过热烧毁 开关特性

很好学习资料

额定电流的定义： 额定电流的定义：

其额定发热所允许的正弦半波电流的平均值 。它可用下式计算： 当正弦半波电流的峰值为Im时，它可用下式计算：

1 T/2 IFR = ∫ Imsn ω)d i( t t T0 1 π = ( t t ∫0 Imsin ω)d(ω) T ω 1 π 1 i( t ω = ∫ Imsn ω)d( t)= Im 2 0 π π12

很好学习资料

最大允许全周期均方根正向电流的定义： 最大允许全周期均方根正向电流的定义： 当二极管流过半波正弦电流的平均值为I 当二极管流过半波正弦电流的平均值为 FR时，与 其发热等效的全周期均方根正向电流I 其发热等效的全周期均方根正向电流 Frms称为最 大允许全周期均方根正向电流。 大允许全周期均方根正向电流。

它可用下式计算： 当正弦半波电流的峰值为Im时，它可用下式计算：

1 T/2 2 2 1

π 2 2 1 IF m = n ωd n ω dω ∫0 Imsi ( t) t = ∫0 Imsi ( t) ( t) = Im r s π T 2 2

很好学习资料

二极管电流定额的含义 如手册上某电力二极管的额定电流为100A,说明：允许通过平均值为100A的正弦半波电流； 的正弦半波电流； 允许通过平均值为 的正弦半波电流 允许通过正弦半波电流的幅值为314A; 允许通过正弦半波电流的幅值为 ； 允许通过任意波形的有效值为157A的电流； 的电流； 允许通过任意波形的有效值为 的电流 在以上所有情况下其功耗发热不超过允许值。 在以上所有情况下其功耗发热不超过允许值。 由额定电流和最大允许全周期均方根正向电流的公式， 由额定电流和最大允许全周期均方根正向电流的公式，得：

π 1 I Frms = I m 214

I FR =

1

Im

IF s = IF =15 IFR .7 rm R 2

π

很好学习资料

选择二极管电流定额的过程： 选择二极管电流定额的过程：

求出电路中二极管电流的有效值I 求出电路中二极管电流的有效值 Frms ; 求二极管电流定额I 等于有效值 有效值I 求二极管电流定额 FR,等于有效值 Frms 除以 1.57; ; 将选定的定额放大1.5到 倍以保证安全 倍以保证安全。 将选定的定额放大 到2倍以保证安全。

I FR = I Frms /1.57

很好学习资料

半导体电力二极管的开关特性开关过程， 开关过程，由导通状态转为阻断状态 并不是立即完成， 并不是立即完成，它要经历一个短时 的过渡过程； 的过渡过程； 此过程的长短、 此过程的长短、过渡过程的波形对不 同性能的二极管有很大差异； 同性能的二极管有很大差异；

状态： 状态： 导通、阻断

过程： 过程：理解开关过程对今后选用电力电子器 件，理解电力电子电路的运行是很有 帮助的， 帮助的，因此应对二极管的开关特性 有较清晰的了解。 有较清晰的了解。

开通、关断