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第2章 电力二极管

发稿时间:2021-01-03 23:49 来源:未知 【 字体:

  第2章 电力二极管_电力/水利_工程科技_专业资料。第2章 不可控器件—电力二极管 2.1 PN结与电力二极管的工作原理 2.2 电力二极管的基本特性 2.3 电力二极管的主要参数 2.4 电力二极管的主要类型 2.1 PN结与电力二极管的工作原理

  第2章 不可控器件—电力二极管 2.1 PN结与电力二极管的工作原理 2.2 电力二极管的基本特性 2.3 电力二极管的主要参数 2.4 电力二极管的主要类型 2.1 PN结与电力二极管的工作原理 1. 二极管的外形、结构和符号 ? 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的 ? 从外形上看,主要有螺栓型和平板型两种封装 A K K A K PN I J b) A c) a) 图2-1 电力二极管的外形、结构和电气图形符号 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号 2.1 PN结与电力二极管的工作原理 2. PN结及工作原理 ? N型半导体和P型半导体结合后构成PN结。 内电场 。- 。- 。。- 。- 。。- 。- 。。- 。- 。。- 。- 。- P型区 - + ·+ ·+ ·+ - + ·+ ·+ ·+ - + ·+ ·+ ·+ - + ·+ ·+ ·+ - + ·+ ·+ ·+ 空间电荷区 N型区 图2-2 PN结的形成 ?空电其内漂?向两离扩空交间荷方的另侧子移散间界电构向少一分。运运电处荷成是子区别这动动荷电量的阻(的留些。和建子达 范 止 对 下 不扩漂立和到围扩本了能散移的空稳,散区带移运运电穴定被运而正动动动场的值称动言、的,最被浓,为的则负正到终称度形,为电、空对达为差成另多荷负间方到别内了一子但电电区动,电一方)不荷荷内态造场个面向能称区成平 成或稳又本任为为。衡了自定吸区意空少,各建的引运移间子正区电由对动动电,、的场空方,的在荷负多,间区即杂界。子质面 2.1 PN结与电力二极管的工作原理 3. 电力二极管的工作原理 当PN结外加正向电压(正向偏置),即P→+, N→-时,外电场方向与内电场方向相反,此时扩散 运动大于漂移运动,形成扩散电流,称为正向电流IF, 如下图所示。 图2-3 电力二极管的工作原理 2.1 PN结与电力二极管的工作原理 4. PN结的三个工作状态 ? 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 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。 2.1 PN结与电力二极管的工作原理 ? 造成电力二极管和信息电子电路中的普通二极 管区别的一些因素: ? 正向导通时要流过很大的电流,其电流密度较大, 因而额外载流子的注入水平较高,电导调制效应不 能忽略。 ? 引线和焊接电阻的压降等都有明显的影响。 ? 承受的电流变化率di/dt较大,因而其引线和器件自 身的电感效应也会有较大影响。 ? 为了提高反向耐压,其掺杂浓度低也造成正向压降 较大。 2.2 电力二极管的基本特性 I 1. 静态特性 ? 主要指其伏安特性 IF 当电力二极管承受的正向 电压大到一定值(门槛电压 UTO),正向电流才开始明显增 加,处于稳定导通状态。与正 向电流IF对应的电力二极管两 端的电压UF即为其正向电压降。 当电力二极管承受反向电压时, 只有少子引起的微小而数值恒 定的反向漏电流。 O UTO UF U 图2-4 电力二极管的伏安特性 2.2 电力二极管的基本特性 2. 动态特性 ? 动态特性 ? 因结电容的存在,三种状态之间的转换必然有一个过 渡过程,此过程中的电压—电流特性是随时间变化的。 ? 开关特性 ? 反映通态和断态之间的转换过程 ? 关断过程: ? 须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力, 进入截止状态。 ? 在关断之前有较大的反向电流出现,并伴随有明显的 反向电压过冲。 2.2 电力二极管的基本特性 2. 动态特性(续) ? 开通过程: ? 电力二极管的正向压降先出现一个过 冲UFP,经过一段时间才趋于接近稳态 压降的某个值(如 1V)。这一动态过 程时间被称为正向恢复时间tfr。 IF diF dt trr UF td tf u i UFP iF ? 电导调制效应起作用需一定的时间来 储存大量少子,达到稳态导通前管压 tF t0 t1 t2 UR t diR uF dt 2V 降较大。 IRP URP 0 tfr t b) ? 正向电流的上升会因器件自身的电感 图2-5 电力a) 二极管的动态过程波形 而产生较大压降。电流上升率越大, UFP越高 。 a) 正向偏置转换为反向偏置 b) 零偏置转换为正向偏置 2.2 电力二极管的基本特性 IF diF dt trr UF td tf u i UFP iF tF t0 t1 t2 UR t diR uF dt 2V IRP URP 0 tfr t 图2-5 电力二极管的动态过程b) 波形 a) a) 正向偏置转换为反向偏置 b) 零偏置转换为正向偏置 延迟时间:td= t1- t0, 电流下降时间:tf= t2- t1 反向恢复时间:trr= td+ tf 恢复特性的软度:下降时间与延迟时间 的比值tf /td,或称恢复系数,用Sr表示 2.3 电力二极管的主要参数 1. 正向平均电流IF(AV) 额定电流——在指定的管壳温度(简称壳温,用TC表 示)和散热条件下,其允许流过的最大工频正弦半波 电流的平均值 ? 正向平均电流是按照电流的发热效应来定义的, 因此使用时应按有效值相等的原则来选取电流定 额,并应留有一定的裕量。 ? 当用在频率较高的场合时,开关损耗造成的发热 往往不能忽略 ? 当采用反向漏电流较大的电力二极管时,其断态 损耗造成的发热效应也不小 2.3 电力二极管的主要参数