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:主要电力半导体器件
的特性及其应用领域
器件种类
开关功能
器件特性概略
应用领域
电力
二极管
不可控
5kV/3kA—400Hz
各种整流装置
晶闸管
半控导通
6kV/6kA—400Hz
8kV/—光控SCR
炼钢厂、轧钢机、直流输电、电解用整流器
可关断
晶闸管
自关断型
(全控)
6kV/6kA—500Hz
工业逆变器、电力机车用逆变器、无功补偿器
P-MOSFET
600V/70A—100kHz
开关电源、小功率UPS、小功率逆变器
IGBT
1200V/1200A—20kHz
—2kHz
各种整流/逆变器(UPS、变频器、家电)、电力机车用逆变器、中压变频器
第二章、电力电子器件
、电力电子器件的基本模型
、电力二极管
、晶闸管
、可关断晶闸管
、电力晶体管
、电力场效应晶体管
、绝缘栅双极型晶体管
、其它新型电力电子器件
、电力电子器件的驱动与保护
1、结构
2、工作原理
3、特性
4、参数
一、电力二极管:
1、电力二极管(PowerDiode)也称为半导体整流器(SemiconductorRectifier,简称SR),属不可控电力电子器件,是20世纪最早获得应用的电力电子器件。
2、在中、高频整流和逆变以及低压高频整流的场合发挥着积极的作用,具有不可替代的地位。
二、PN结与电力二极管工作原理:
基本结构和工作、原理与信息电子电路中的二极管一样。
以半导体PN结为基础。
由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成。
从外形上看,主要有螺栓型和平板型两种。
、结构和电气图形符
a)结构b)外形c)电气图形
二、PN结与电力二极管工作原理:
N型半导体和P型半导体结合后构成PN结:
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,到对方区内成为少子,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。
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。
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。
二、PN结与电力二极管工作原理:
PN结的正向导通状态:
电导调制效应使得PN结在正向电流较大
时压降仍然很低,维持在1V左右,所以正
向偏置的PN结表现为低阻态。
PN结的反向截止状态:
流过反向饱和漏电流,为高阻状态。
PN结的单向导电性:
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。
PN结的反向击穿:
有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式,可能导致热击穿。
PN结的电容效应:
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,空间电荷变化引起。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。(反向电压及较小的正向电压时电容效应明显)
扩散电容仅在正向偏置时起作用,多数载流子运动引起。
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。
二、PN结与电力二极管工作原理: