武汉理工大学：《电力电子技术》课程教学课件（课件讲稿）第1章 电力电子器件

第1章电力电子器件

第1章 电力电子器件

主要内容: 常用电力电子器件的基本结构、工作原理、 外特性、主要参数、开关特性、安全工作 ■这些器件的驱动电路和缓冲电路

主要内容： „ 常用电力电子器件的基本结构、工作原理、 外特性、主要参数、开关特性、安全工作 区。 „ 这些器件的驱动电路和缓冲电路

1.1功率二极管 1.1.1功率二极管的结构和工作原理 1.功率二极管的结构 A A P K K (a) (b)

1.1 功率二极管 1.1.1 功率二极管的结构和工作原理 1. 功率二极管的结构

2.功率二极管的工作原理 ■由于PN结具有单向导电性,所以二极管是 个正方向单向导电、反方向阻断的电力 电子器件

2. 功率二极管的工作原理 „ 由于PN结具有单向导电性，所以二极管是 一个正方向单向导电、反方向阻断的电力 电子器件

1.12功率二极管的特性和主要参数 1.功率二极管的特性 (1)功率二极管的伏安特性 ■二极管具有单向导电能力,二极管正向导电时必 须克服一定的门坎电压U(又称死区电压),当外 加电压小于门坎电压时,正向电流几乎为零。硅 二极管的门坎电压约为0.5V,当外加电压大于Uh 后,电流会迅速上升。当外加反向电压时,二极 管的反向电流是很小的,但是当外加反向电压 超过二极管反向击穿电压Uo后二极管被电击穿 反向电流迅速增加

1.1.2 功率二极管的特性和主要参数 1. 功率二极管的特性 (1) 功率二极管的伏安特性 „ 二极管具有单向导电能力，二极管正向导电时必 须克服一定的门坎电压Uth(又称死区电压)，当外 加电压小于门坎电压时，正向电流几乎为零。硅 二极管的门坎电压约为0.5V，当外加电压大于Uth 后，电流会迅速上升。当外加反向电压时，二极 管的反向电流IS是很小的，但是当外加反向电压 超过二极管反向击穿电压URO后二极管被电击穿， 反向电流迅速增加

■功率二极管的伏安特性 A RO RSM RRM A P RRM K K

„ 功率二极管的伏安特性

(2)功率二极管的开关特性 ■由于PN结电容的存在,二极管从导通到截 止的过渡过程与反向恢复时间t、最大反向 电流值lM,与二极管PN结结电容的大小、 导通时正向电流所对应的存储电荷Q、电 路参数以及反向电流dj等都有关。普通二 极管的r=2~10μs,快速恢复二极管的t为 几十至几百ns,超快恢复二极管的t仅几个 ns

(2) 功率二极管的开关特性 „ 由于PN结电容的存在，二极管从导通到截 止的过渡过程与反向恢复时间trr、最大反向 电流值IRM，与二极管PN结结电容的大小、 导通时正向电流IFR所对应的存储电荷Q、电 路参数以及反向电流di/dt等都有关。普通二 极管的trr=2～10µs，快速恢复二极管的trr为 几十至几百ns,超快恢复二极管的trr仅几个 ns

■功率二极管的开关特性 O uD U RM

„ 功率二极管的开关特性

■2.功率二极管的主要参数 (1)反向重复峰值电压UgM 取反向不重复峰值电压Us的80%称为反 向重复峰值电压UaRM,也被定义为二极管 的额定电压UaR。显然,UgM小于二极管的 反向击穿电压URo

„ 2. 功率二极管的主要参数 (1) 反向重复峰值电压URRM 取反向不重复峰值电压URSM的80％称为反 向重复峰值电压URRM，也被定义为二极管 的额定电压URR。显然，URRM小于二极管的 反向击穿电压URO

(2)额定电流lR 二极管的额定电流l被定义为其额定发 热所允许的正弦半波电流平均值。其正向 导通流过额定电流时的电压降UR一般为1 2∨。当二极管在规定的环境温度为+40℃和 散热条件下工作时,通过正弦半波电流平 均值时,其管芯PN结温升不超过允许值 若正弦电流的最大值为n,则额定电流为 FR o Im sin otd(ot)=XIm(1-1)

(2) 额定电流 IFR 二极管的额定电流 IFR被定义为其额定发 热所允许的正弦半波电流平均值。其正向 导通流过额定电流时的电压降 UFR一般为 1 ～ 2V。当二极管在规定的环境温度为+40℃和 散热条件下工作时，通过正弦半波电流平 均值 IFR时，其管芯PN结温升不超过允许值。 若正弦电流的最大值为 I m，则额定电流为 m (1-1) I = ∫ I td t = × I π ω ω π π 1 sin ( ) 2 1 FR 0 m