半导体电力开关器.pptx

第2章

半导体电力开关器件

2半导体电力开关器件2电力二极管双极结型电力晶体管BJT晶闸管及其派生器件门极可关断晶闸管GTO电力场效应晶体管P－MOSFET绝缘门极双极型晶体管IGBT2.7*2.8自学半导体电力开关模块和功率集成电路本章小结

电力开关器件家族树3

电力开关器件发展史4

2.1电力二极管5电力二极管实物图

2.1.1半导体PN结6P型、N型半导体和PN结

2.1.2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，掺杂形成的多数载流子导电，等效电阻较小。反向接法时内电场被增强，漂移运动强于扩散运动，光热激发形成的少数载流子导电，等效电阻很大。半导体二极管的符号及正反向接法12

2.1.2半导体二极管基本特性—单向导电性（续1）正向接法反向接法

2.1.2半导体二极管基本特性—单向导电性（续2）一般表达式：反向时的表达式：正向时的表达式：Is：反向饱和电流

2.1.2半导体二极管基本特性—单向导电性（续3）PN结高频等效电路

2.1.3半导体电力二极管重要参数11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：是否被过压击穿是否会过热烧毁开关特额定电流的定义：12其额定发热所允许的正弦半波电流的平均值。当正弦半波电流的峰值为Im时，它可用下式计算：

最大允许全周期均方根正向电流的定义：13当正弦半波电流的峰值为Im时，它可用下式计算：当二极管流过半波正弦电流的平均值为IFR时，与其发热等效的全周期均方根正向电流IFrms称为最大允许全周期均方根正向电流。

二极管电流定额的含义14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；允许通过正弦半波电流的幅值为314A；允许通过任意波形的有效值为157A的电流；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，得：

选择二极管电流定额的过程：15求出电路中二极管电流的有效值IFrms；求二极管电流定额IFR，等于有效值IFrms除以1.57；将选定的定额放大1.5到2倍以保证安全。

半导体电力二极管的开关特性16开关过程，由导通状态转为阻断状态并不是立即完成，它要经历一个短时的过渡过程；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；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，因此应对二极管的开关特性有较清晰的了解。状态：过程：导通、阻断开通、关断

半导体电力二极管的开关特性（续）17二极管开通及反向恢复过程示意图

半导体电力二极管的开关特性（续）18二极管关断过程示意图

半导体电力二极管重要参数19有关半导体电力二极管使用特性和准则的几个重要参数是：1最大允许反向重复峰值电压2额定电流3最大允许的全周期均方根正向电流4最大允许非重复浪涌电流5最大允许的PN结结温和管壳温度6结－壳、壳－散热器热阻7反向恢复时间8

半导体电力二极管重要参数（续1）20二极管关断电压、电流波形

2.1.4二极管的基本应用21整流续流

2.2双极结型电力晶体管BJT22BJT(BipolarJunctionTransistor)或GTR(GiantTransistor)2.2.1晶体管基极电流对集电极电流的控制作用2.2.2静态特性2.2.3电力三极管使用参数和特性

2.2.1晶体管基极电流对集电极电流的控制作用三极管的结构和符号

2.2.1晶体管基极电流对集电极电流的控制作用(续1)载流子流向示意图

基极电流控制集电极电流25晶体管基极电流对集电极电流的控制作用(续2)

2.2.2三极管的静态特性26三极管输入、输出特性

2.2.3电力三极管使用参数和特性27图2.9不同基极状态时，集－射极击穿电压1.??集电极额定电压2.??集电极额定电流（最大允许电流）3.??饱和压降4.??基极电流的最大允许值5.?开通和关断时间6.安全工作区

电力三极管的主要特点28是电流驱动器件，控制基极电流就可控制电力三极管的开通和关断；开关速度较快；饱和压降较低；有二次击穿现象；能控制较大的电流和较高的电压；电力三极管由于结构所限其耐压难于超过1500V，现今商品化的电力三极管的额定电压、电流大都不超过1200V、800A;已经淘汰?

2.3晶闸管及其派生器件29晶闸管实物图

2.3晶闸管及其派生器件30逆导型晶闸管RCT光控晶闸管LCT双向晶闸管TRIACIGBT逆阻型晶闸管SCR—两个三极管正反馈

2.3.1逆阻型晶闸管SCR—两个三极管正反馈晶闸管的结构、符号和结构模型

晶闸管的等值电路32VgRgAGKVsRIAI