电力电子器件

功率二极管

功率二极管又称整流二极管，属于不可控器件

 

电气符号

A端为阳极，K端为阴极

   

 

外形

 

伏安特性

正向特性：电压小于门坎电压时，二极管只流过很小的电流；电压大于门坎电压时，电流急剧增加，呈现低阻态，管压降约0.6V。

反向特性：开始只有很小的漏电流，电压增大，电流增大，呈现高阻态；电压增加到超过Uro，漏电流击穿管子，呈现短路或开路状态。

 

主要参数

正向平均电流Ivd（额定电流）：长期允许通过的最大工频半波电流的平均值。

正向压降Uvd（管压降）：管子流过稳定正向电流时所对应的正向压降。

反向不重复峰值电压Ursm：器件反向伏安特性曲线的转折处。

反向重复峰值电压Urrm（额定电压）：管子能够重复施压的反向最高电压，Urrm = Ursm * 80%。

击穿电压Uro：反向击穿电压。

反向恢复时间：正向电流降至零起到恢复反向阻断能力为止的时间。

 

选型

额定电流原则：确定电路最大电流Ivdm，Ivd=(1.5~2)*(Ivdm/1.57)。

额定电压原则：确定电路最大反向电压Uvdm，Urrm = (2~3)*Uvdm。

 

主要类型

普通功率二极管：又称整流二极管，用于开关频率不高的整流电路中。反向恢复时间长，但额定电压和额定电流可以达到很高。

快恢复二极管：用于与可控开关配合的高频电路中。反向恢复时间短，可以达到5us。

肖特基二极管：用于高频、低压方面，如高频仪表和开关电源。优点是导通电压小、开关损耗小、开关时间短；缺点是反向漏电流大、阻断电压低。

 

 

晶闸管

晶闸管又称可控硅，属于半控型器件。

 

电器符号

 

外形

 

原理

导通：阳极-阴极加正向电压，门极-阴极加合适的正向电压。

关断：阳极电流减小到一定数值以下。（晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用）

 

特性

在门极电流Ig1=0的情况下，逐渐加大正向阳极电压，晶闸管处于断态，只有很小的正向漏电流；增加正向阳极电压，当达到转折电压Ubo时，漏电流突然剧增，自身压降很小，晶闸管正向导通（门极电流越大，阳极电压转折点越低；正常情况下不允许把阳极电压加到Ubo来使晶闸管导通）。正常情况下，通过门极输入触发电流Ig，使晶闸管导通。逐步减小阳极电流，当电流小于维持电流Ih时，晶闸管阻断。

晶闸管承受反向阳极电压，晶闸管阻断；电压增加到一定数值，漏电流增加较快；继续增加晶闸管击穿损坏。

 

主要参数

正向重复峰值电压Udrm：在门极断开和晶闸管阻断情况下，可重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。正向不重复峰值电压Udsm，Udrm=Udsm*80%。

反向重复峰值电压Urrm：在门极断开的情况下，可重复加在晶闸管两端的反向峰值电压。反向不重复峰值电压Ursm，Urrm=Ursm*80%。

额定电压Uvtn：Udrm和Urrm的较小值并向下取整（百伏）。

额定电流Ivt：长期允许通过的最大工频半波电流的平均值。

通态平均电压Uvt：额定电流时，晶闸管阳极和阴极间电压降的平均值。当晶闸管流过较大的恒定直流电流时，其通态平均电压比厂家定义值要大，约1.5V。

维持电流Ih和擎住电流Il：门极开路时，能维持晶闸管继续导通的最小电流称为维持电流Ih；门极加上触发晶闸管导通后立即撤除触发电压，此时器件维持导通所需电流称为擎住电流Il。

门极触发电流Igt：室温、阳极电压6V直流电压时，晶体管从阻断到完全开通所需的最小门极直流电流。

门极触发电压Ugt：对应于门极触发电流时的电压。

断态电压临界上升率du/dt：门极断路条件下，器件从断态转入通态的最低电压上升率。

通态电流临界上升率di/dt：由门极触发晶闸管使其导通时，能够承受而不导致损坏的通态电流的最大上升率。

 

选型

额定电流原则：确定电路最大电流Ivtm，Ivt=(1.5~2)*(Ivdm/1.57)。

额定电压原则：确定电路最大反向或反向电压Uvtm，Uvt = (2~3)*Uvtm。

 

派生器件

双向晶闸管：把一对反并联的普通晶闸管集成在同一硅片，只用一个门极触发的组合器件。G端加+/-电压，都可以导通晶闸管，但从触发灵敏度上将1+ > 1- = 3- > 3+。

                                    

快速晶闸管：工作频率几十~几千Hz，开通时间1~2us，关断时间几~几十us。

光控晶闸管：使用光信号触发晶闸管导通。

 

 

门极关断晶闸管

晶闸管的派生器件，属于全控型器件。

 

电气符号

 

特性

阳极加正向电压，门极加正脉冲信号，GTO由断态转为通态，开通时间ton=td+tr。

GTO导通后，门极加负负脉冲信号，GTO关断，关断时间toff=ts+tf。

 

主要参数

大多数和普通晶闸管相同。

最大可关断阳极电流Iato：用门极电流可以重复关断的阳极峰值电流

阳极尖峰电压Up：下降时间的尾部出现的尖峰电压。

关断增益βoff：最大关断阳极电流Iato与门极负电流最大值之比。

维持电流Ih：阳极电流减小到开始出现GTO元不能再维持导通的电流值。

擎住电流Il：门极触发后，阳极电流上升到保持所有GTO元导通的最低值。

 

 

大功率晶体管

GTR和BJT一样是三极管的一种，属于电流控制型自关断器件。

 

电气符号

 

外形

 

特性

输出特性（和BJT类似）：作为电力开关使用时，其断态工作点必须在截止区，通态工作点必须在饱和区。

 

主要参数

电压参数：发射极开路时，集电极-基极反向击穿电压BUcbo；基极开路时，集电极-发射极击穿电压BUceo；发射极和基极用电阻连接时，集电极-发射极击穿电压BUcer；发射极和基极短路时，集电极-发射极击穿电压BUces；发射结反偏时，集电极-发射极击穿电压BUcex。BUcbo>BUcex>BUces>BUcer>BUceo。

集电极电流额定值Icm：β值下降到额定值1/2~1/3时的Ic值定为Icm。实际使用过程中留有余量，一般只能用到Icm一半左右。

最大耗散功率Pcm：在最高允许结温时对应的耗散功率。

直流电流增益hfe：直流工作时集电极和基极电流之比。

开关频率：开通时间和关断时间越小越好。

 

 

功率场效应晶体管