电力电子技术课件08功率晶体管和二极管.ppt

功率电子学的发展特征是器件的发展
慢速SCR->高速开关器件
应用场合更为广阔
二极管/晶体管/GTR/MOS/IGBT
常用高频功率开关器件一、二极管静特性
PN节特性（电压-电流关系）南京航空航天大学航空电源重点实验室南京航空航天大学航空电源重点实验室南京航空航天大学航空电源重点实验室一、二极管静特性

温度特性：负温度系数正向导通及反向截止二、二极管的开关特性
1.电容效应：
节电容CJ=势垒电容CB+扩散电容CD
开/关----充/放电
垫垒电容CB----两端电压变化，内电场重新建立,等效为CB,大小与PN结截面积成正比,这与电容基本定义一致
扩散电容CD----二极管的电流变化,内部存储电荷变化；空穴从P区到N区，电子从N区到P区电荷不完全复合,多余部份即为存储电荷。当电流大,存储电荷增加；当电流小,放出电荷；表现出电容特性
势垒电容只在外加电压变化时才起作用，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；而扩散电容仅在正向偏置时起作用。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。图8-2二极管的反向恢复特性反向恢复问题的影响南京航空航天大学航空电源重点实验室1.普通二极管（GeneralPurposeDiode）
又称整流二极管（RectifierDiode）
多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中；
其反向恢复时间较长，一般在5s以上，这在开关频率不高时并不重要；
正向电流定额和反向电压定额可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上。2.快恢复二极管（FastRecoveryDiode—FRD）

恢复过程很短特别是反向恢复过程很短（5s以下）的二极管，也简称快速二极管

从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到20~30ns。3.肖特基二极管
以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管（SchottkyBarrierDiode——SBD），简称为肖特基二极管

结构特殊:金属层+N,利用接触势垒的单向导电作用
结构/符号,不是完整的PN结
肖特基二极管的优点
**反向恢复时间很短（10~40ns）
**正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲
**在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管
**其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高

肖特基二极管的弱点：
当反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下；
**反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。肖特基应用场合四、二极管的性能参数

1.最高允许结温TjM
2.额定正向平均电流IF
3.浪涌电流
4.平方电流秒定额
5.反向重复峰值电压
6.反向恢复时间南京航空航天大学航空电源重点实验室一、概述
双极型功率晶体管(电流控制型器件)：GTR
BJT:bipolarjunctiontransistorGTR:GiantTransistorpowerBJT
场控晶体管(电压型控制器件)：MOSFET，IGBT，等

二、双极型功率晶体管
1.稳态特性
饱和,截止,放大
南京航空航天大学航空电源重点实验室临界饱和基极电流：式8-21
过驱动系数：ODF式8-22
强制电流增益：式8-23
总导通损耗：2.开关特性开关时间定义:
延迟时间
上升时间
存储时间
下降时间
南京航空航天大学航空电源重点实验室3.晶体管的参数

（1）共射极直流电流放大倍数
（2）集-射饱和压降
（3）额定值和二次击穿
电压定额:
最大允许电流:
功耗定额:计算(P146)
二次击穿
(4)安全工作区safeoperationarea安全工作区
SOA:概念见P151页
考虑电压／电流／功率／二次击穿多个因素
由四条曲线所围成的范围4.达林顿连接优点:放大倍数变大
缺点:饱和压降变大三、场控半导体器件
MOSFET，IGBT
1.功率场效应晶体管
（1）分类（2）N沟道MOSFET的特性
A.静特性：输出特性和转移特性
B.寄生电容和体二极管南京航空航天大学航空电源重点实验室南京航空航天大学航空电源重点实验室南京航空航天大学航空电源重点实验室南京航空航天大学航空电源重点实验室南京航空航天大学航空电源重点实验室（3）功率场效应晶体管的参数（教材P153）
A。静态参数
通态电阻RDS及其影响因素
开启电压UT
B。极限参数
漏源击穿电压U(BR)DS
栅源击穿电压
最大允许漏极电流