電力電子器件的基本模型12電力二極管

1、廈門職業(yè)技能學(xué)院教案紙課程名稱電力電子技術(shù)教 師王雪瑤章節(jié)內(nèi)容第1章 電力電子器件1、1電力電子器件的基本模型1、2電力二極管審 批 意 見授課班級(jí)授課日期授課時(shí)數(shù)2授課方法講授、提問儀器教具掛圖教 學(xué)目 的要 求理解電力電子器件的基本模型。掌握電力電子器件的基本模型與特性及分類。理解PN結(jié)及電力二極管的工作原理。掌握電力二極管的基本特性、主要參數(shù)及類型教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：電力電子器件的分類與特性。 PN結(jié)及電力二極管的工作原理。難點(diǎn)：電力電子器件的基本模型與特性。 電力二極管的基本特性課堂練習(xí)題實(shí)例說明電力電子器件的特征。說明電力二極管與普通二極管的區(qū)別。作業(yè)布置補(bǔ)充題：畫出電力電子器件分類

2、樹圖。 簡(jiǎn)述電力二極管的主要參數(shù)廈門職業(yè)技能學(xué)院教案紙教 學(xué) 內(nèi) 容 、 方 法 和 過 程附 記復(fù)習(xí)提問w 1、電力電子的定義是什么？w 2、簡(jiǎn)要說明電力電子的發(fā)展史及地位？授新課 1、1電力電子器件的基本模型一、基本模型A、B為主電極 K為控制極二、基本模型的特性1） 電力電子器件一般工作在開關(guān)狀態(tài)，往往用理想開關(guān)模型來代替。2） 電力電子器件的開關(guān)狀態(tài)往往需要由外電路來控制。-驅(qū)動(dòng)電路3） 在工作中器件的功率損耗很大。-裝散熱器通態(tài)損耗：器件導(dǎo)通時(shí)有通態(tài)壓降形成的損耗。斷態(tài)損耗：器件阻斷時(shí)有漏電流流過形成的損耗。開關(guān)損耗：器件在開通和關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過程中形成的損耗。導(dǎo)通時(shí)-接近于短路阻斷時(shí)-

3、接 近于開路廈門職業(yè)技能學(xué)院教案紙教 學(xué) 內(nèi) 容 、 方 法 和 過 程附 記 三、電力電子器件的分類w 按照器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度，分為以下三類：w 1)不可控器件電力二極管2)半控型器件晶閘管3)全控型器件絕緣柵雙極型晶體管功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管門極可關(guān)斷晶閘管按照驅(qū)動(dòng)電路加在器件控制端和公共端之間信號(hào)的性質(zhì)，分為兩類：1)電流驅(qū)動(dòng)型通過從控制端注入或者抽出電流來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。2)電壓驅(qū)動(dòng)型僅通過在控制端和公共端之間場(chǎng)控器件廈門職業(yè)技能學(xué)院教案紙教 學(xué) 內(nèi) 容 、 方 法 和 過 程附 記w 按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類：1) 單極型器件由一種載流

4、子參與導(dǎo)電的器件。2)雙極型器件由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件。3)復(fù)合型器件由單極型器件和雙極型器件集成混合小結(jié)：1、電力電子器件的模型與特征。2、電力電子器件的分類。廈門職業(yè)技能學(xué)院教案紙教 學(xué) 內(nèi) 容 、 方 法 和 過 程附 記1、2電力二極管 一、電力二極管的工作原理1、結(jié)構(gòu) 3）電氣圖形符號(hào) PN結(jié)廈門職業(yè)技能學(xué)院教案紙教 學(xué) 內(nèi) 容 、 方 法 和 過 程附 記2、二極管PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1）正向?qū)顟B(tài)： PN結(jié)呈低阻狀態(tài)2）PN結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài)：PN結(jié)呈高阻狀態(tài)3）PN結(jié)的反向擊穿狀態(tài)3、PN結(jié)的電容效應(yīng)-結(jié)電容PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容

5、CJ，又稱為微分電容。結(jié)電容按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢(shì)壘電容CB和擴(kuò)散電容CD。勢(shì)壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用，外加電壓頻率越高，勢(shì)壘電容作用越明顯。勢(shì)壘電容的大小與PN結(jié)截面積成正比，與阻擋層厚度成反比。擴(kuò)散電容僅在正向偏置時(shí)起作用。在正向偏置時(shí)，當(dāng)正結(jié)電容二極管的基本原理就在于PN結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一主要特征。廈門職業(yè)技能學(xué)院教案紙二、電力二極管的特性與主要參數(shù)1) 靜態(tài)特性伏安特性反向漏電流。-IRR4、UF=12V 2) 動(dòng)態(tài)特性開關(guān)特性：反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程動(dòng)態(tài)特性因結(jié)電容的存在，三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一個(gè)過渡過程，此過程中的電壓電流特性是隨時(shí)間變化的。動(dòng)態(tài)特性主要指

6、 開關(guān)特性(Switching Characteristic)。廈門職業(yè)技能學(xué)院教案紙*關(guān)斷特性：正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置的過程。*開通特性：零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置的過程。a) 正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置 b) 零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置 電容特性 電感特性關(guān)斷特性：延遲時(shí)間：tD= t1- t0電流下降時(shí)間：tf= t2- t1反向恢復(fù)時(shí)間：trr= td+ tf開通特性：電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過沖UFP，經(jīng)過一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值（如 2V）。這一動(dòng)態(tài)過程時(shí)間被稱為正向恢復(fù)時(shí)間tFR。電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用需一定的時(shí)間來儲(chǔ)存大量少子，達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大正向電流的上升會(huì)因器件自身的電

7、感而產(chǎn)生較大壓降。電流上升率越大，UFP廈門職業(yè)技能學(xué)院教案紙教 學(xué) 內(nèi) 容 、 方 法 和 過 程附 記3)電力二極管的主要類型（1）普通二極管：普通二極管又稱整流管（Rectifier Diode），多用于開關(guān)頻率在KHZ以下的整流電路中，其反向恢復(fù)時(shí)間在s以上，額定電流達(dá)數(shù)千安，額定電壓達(dá)數(shù)千伏以上。 （2）快恢復(fù)二極管：反向恢復(fù)時(shí)間在s以下的稱為快恢復(fù)二極管（Fast Recovery Diode簡(jiǎn)稱FDR）。快恢復(fù)二極管從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)二極管。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒以上，后者則在100ns以下，其容量可達(dá)1200V/200A的水平, 多用于高頻整流和逆變電路中。

8、 （3）肖特基二極管：肖特基二極管是一種金屬同半導(dǎo)體相接觸形成整流特性的單極型器件，其導(dǎo)通壓降的典型值為0.40.6V，而且它的反向恢復(fù)時(shí)間短，為幾十納秒。但反向耐壓在200以下。它常被用于高頻低壓開關(guān)電路或高頻低壓整流電路中。4)、 電力二極管的主要參數(shù)1) 正向平均電流IF（AV）額定正向平均電流在指定的管殼溫（簡(jiǎn)稱殼溫，用TC表示）和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，因此使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。當(dāng)用在頻率較高的場(chǎng)合時(shí)，開關(guān)損耗造成的發(fā)熱往往不能忽略,當(dāng)采用反向漏電流較大的電力二極管時(shí)，其斷態(tài)損耗造成的發(fā)熱效應(yīng)也不小。廈門職業(yè)技能學(xué)院教案紙教 學(xué) 內(nèi) 容 、 方 法 和 過 程附 記2) 正向壓降 UF指電力二極管在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降,有時(shí)參數(shù)表中也給出在指定溫度下流過某一瞬態(tài)正向大電流時(shí)器件的最大瞬時(shí)正向壓降。3) 反向重復(fù)峰值電壓URRM指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓，通常是其雪崩擊穿電壓UB的2/3。使用時(shí)，往往按照電路中電力二極管可能承受的反向最高峰值電壓的兩倍來選定。4) 最高工作結(jié)溫TJM結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用TJ表示最高工作結(jié)溫是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度，TJM通常在125175&