浙江大学电气工程学院 -电力电子技术基础 -
1
第一章 功率半导体器件
§ １,１ 晶闸管的结构和工作原理
一,
结构,分为 管芯 及 散热器 两大部分 。
方式,分为 螺栓型 与 平板型 两种 。
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2
第一章 功率半导体器件
螺栓型：散热效果差, 用于２００Ａ以下容量的元件；
平板型：散热效果好, 用于２００Ａ以上的元件
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第一章 功率半导体器件
? 内部结构,四层 （ P-N-P-N） 三端 （ A。 K。 G）
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第一章 功率半导体器件
? 二,
? 正向阻断, 反向阻断 。
? 1,导通条件, 1.晶闸管的阳极 — 阴 极之间加正向电压； 2.
门极加正向电压, 使足够的门极电流 Ig流入 。
? 关断条件,阳极电流小于维持电流 IH以下并经过一段
时间 。
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5
第一章 功率半导体器件
? 2,内部物理过程,
? 晶体管的集电极电流为另一名晶体管的基极电流
? 形成正反馈 。
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第一章 功率半导体器件
? 晶闸管的阳极电流应为,
cokaccca IIIIIII ?????? 21021 ??
agk III ??
)(1 21
2
??
?
??
?? gco
a
III
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第一章 功率半导体器件
????????????? 11112222 )(00)1( ?? ebcebg IIIIII
0ca II ?
??????????????? 2111222)2( bceceg IIIIII ??
)(1 21 ?? ???
cea II
当 α1+α2=1时,Ig=0
导通后,Ig无影响
(3)关断
Ia < IH,α1,α2均下降,
1)(1 21 ??? ?? 0ca II ? 元件关断
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第一章 功率半导体器件
? § １ -２晶闸管的特性
一,
理想特性 实际特性
① 正向阻断高阻区 ;
② 负阻区 ;
③ 正向导通低阻区 ;
④ 反向阻断高阻区
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第一章 功率半导体器件
? 二,晶闸管门极伏安特性
IGFM,门极正向峰电流
UGFM：门极正向峰电压
PGM,门极峰值功率
PG：门极平均功率
确保触发,Ig> IGT,Ug > UGT
加反压 < 10Ｖ，防止误触发
分散性 采用区域表示法
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第一章 功率半导体器件
? § １ -３晶闸管的主要参数
参照国家标准 GB290032-92国电公司术语和 GB4940-85普通晶闸管对主要
参数做一介绍
一, 额定电压 UR
正反向重复峰值电压
UDRM= 0.8UDSM,URRM=0.8 URSM
取 UDRM和 URRM中较小值, 取整
1000V以下 （ 100V一个等级 ）, 1000-3000V（ 200V一个等级 ）
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第一章 功率半导体器件
? 二, 通态平均电流 （ 额定电流 ） IT(AV)
? 单相, 工频, 正弦半波, 角度 >１７０ °
IT(AV)=
?2
1 ? ??
???0
mIsin ttd
I =
2
I)s in(I
2
1 m
0
2m ??? ??? tdt
Ｋ f＝Ｉ / IT(AV) =π/2 = 1.57
选择元件：有效电流
整流输出：平均电流
从平均电流找出相应波形的有效电流以保证不过热。
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第一章 功率半导体器件
? 三, 通态平均电压 （ 管压降 ） UT(AV)
? 通态平均电压 ∶ P.13 表 1-5
四, 维持电流 Ｉ H
几十 mA,结温 ↑ IH↓ (难关断 )
五, 擎住电流 Ｉ L
开通过程中，能维持导通的最小电流。 Ｉ L＝（ 2～ 4） Ｉ H
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第一章 功率半导体器件
? 六, 门极触发电流 Ｉ GT与门极触发电压 Ｕ GT
对触发电路要求, 随温度变化 。
七, 门极控制的开通时间 ｔ gt
几十至几百微秒。
八, 电路换向关断时间 ｔ q
导通时有载流子存在 。 使载流子消失,
正向阻断能力,ｔ q > ４０微秒以上。
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第一章 功率半导体器件
? 九,
? 门极开路, 使元件断通的最小电压上升
? Uak < UB0,IC相当于 Ig
十, 通态电流临界上升率
di/dt过大 J↑
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第一章 功率半导体器件
? 十一,
? Ｐ ----普通,Ｋ — 快速型, Ｓ — 双向型, Ｎ — 逆导型, Ｇ — 可关断,
LTT— 光控
? KP[电流 ]─[电压 /100][ 通态压降组别 ]
? KP500-12G
0.9V<=UT(AV)<=1.0V
作业 ∶
P,36 习题 2,3,7, 2),5),8,2),5)
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? § １ -４大功率二极管
? 一, 大功率二极管的结构
大功率二极管的内部结构与外部构成与晶闸管基本相同, 只是少了一个可控
的门极 。 从内部结构上看, 它是一个具有Ｐ型及Ｎ型两层半导体, 一个ＰＮ
结和阳极Ａ, 阴极Ｋ的两层两端半导体器件 。
与普通晶闸管相比 ∶ 有延迟导通, 关断现象 。
关断时会出现瞬时反向电流和瞬时反向过电压 。
第一章 功率半导体器件
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第一章 功率半导体器件
?二, 大功率二极管的伏安特性
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第一章 功率半导体器件
四, 大功率二极管的型号
ZP[电流 ]─ [电压 /100][ ]
? 三, 大功率二极管的主要参数
? １, 额定电流 IF
正向平均电流, 与晶体管相同 。
? ２, 额定电压 URRM
反向重复峰值电压
? ３,
反向不重复峰值电流 IRS,反向重复平均电流 IRR
? ４, 正向平均电压 UF
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第一章 功率半导体器件
? 五, 分类
? １, 普通二极管
? ２, 快恢复二极管
开通特性
关断特性
? 3,肖特基二极管
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第一章 功率半导体器件
电力半导体器件是电力电子技
术的核心, 基础, 是发展的龙头 。
器件特性的每一次发展, 都会引起
变换电路的相应突破, 产生一系列
新的装置 。
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第一章 功率半导体器件
§ １ -5 散热技术
一, 稳态热阻
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第一章 功率半导体器件
二, 瞬态热阻
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第一章 功率半导体器件
二, 散热措施
1.接触热阻
2.散热器热阻
1
第一章 功率半导体器件
§ １,１ 晶闸管的结构和工作原理
一,
结构,分为 管芯 及 散热器 两大部分 。
方式,分为 螺栓型 与 平板型 两种 。
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2
第一章 功率半导体器件
螺栓型：散热效果差, 用于２００Ａ以下容量的元件；
平板型：散热效果好, 用于２００Ａ以上的元件
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第一章 功率半导体器件
? 内部结构,四层 （ P-N-P-N） 三端 （ A。 K。 G）
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第一章 功率半导体器件
? 二,
? 正向阻断, 反向阻断 。
? 1,导通条件, 1.晶闸管的阳极 — 阴 极之间加正向电压； 2.
门极加正向电压, 使足够的门极电流 Ig流入 。
? 关断条件,阳极电流小于维持电流 IH以下并经过一段
时间 。
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第一章 功率半导体器件
? 2,内部物理过程,
? 晶体管的集电极电流为另一名晶体管的基极电流
? 形成正反馈 。
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第一章 功率半导体器件
? 晶闸管的阳极电流应为,
cokaccca IIIIIII ?????? 21021 ??
agk III ??
)(1 21
2
??
?
??
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a
III
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第一章 功率半导体器件
????????????? 11112222 )(00)1( ?? ebcebg IIIIII
0ca II ?
??????????????? 2111222)2( bceceg IIIIII ??
)(1 21 ?? ???
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当 α1+α2=1时,Ig=0
导通后,Ig无影响
(3)关断
Ia < IH,α1,α2均下降,
1)(1 21 ??? ?? 0ca II ? 元件关断
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第一章 功率半导体器件
? § １ -２晶闸管的特性
一,
理想特性 实际特性
① 正向阻断高阻区 ;
② 负阻区 ;
③ 正向导通低阻区 ;
④ 反向阻断高阻区
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第一章 功率半导体器件
? 二,晶闸管门极伏安特性
IGFM,门极正向峰电流
UGFM：门极正向峰电压
PGM,门极峰值功率
PG：门极平均功率
确保触发,Ig> IGT,Ug > UGT
加反压 < 10Ｖ，防止误触发
分散性 采用区域表示法
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第一章 功率半导体器件
? § １ -３晶闸管的主要参数
参照国家标准 GB290032-92国电公司术语和 GB4940-85普通晶闸管对主要
参数做一介绍
一, 额定电压 UR
正反向重复峰值电压
UDRM= 0.8UDSM,URRM=0.8 URSM
取 UDRM和 URRM中较小值, 取整
1000V以下 （ 100V一个等级 ）, 1000-3000V（ 200V一个等级 ）
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第一章 功率半导体器件
? 二, 通态平均电流 （ 额定电流 ） IT(AV)
? 单相, 工频, 正弦半波, 角度 >１７０ °
IT(AV)=
?2
1 ? ??
???0
mIsin ttd
I =
2
I)s in(I
2
1 m
0
2m ??? ??? tdt
Ｋ f＝Ｉ / IT(AV) =π/2 = 1.57
选择元件：有效电流
整流输出：平均电流
从平均电流找出相应波形的有效电流以保证不过热。
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12
第一章 功率半导体器件
? 三, 通态平均电压 （ 管压降 ） UT(AV)
? 通态平均电压 ∶ P.13 表 1-5
四, 维持电流 Ｉ H
几十 mA,结温 ↑ IH↓ (难关断 )
五, 擎住电流 Ｉ L
开通过程中，能维持导通的最小电流。 Ｉ L＝（ 2～ 4） Ｉ H
浙江大学电气工程学院 -电力电子技术基础 -
13
第一章 功率半导体器件
? 六, 门极触发电流 Ｉ GT与门极触发电压 Ｕ GT
对触发电路要求, 随温度变化 。
七, 门极控制的开通时间 ｔ gt
几十至几百微秒。
八, 电路换向关断时间 ｔ q
导通时有载流子存在 。 使载流子消失,
正向阻断能力,ｔ q > ４０微秒以上。
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第一章 功率半导体器件
? 九,
? 门极开路, 使元件断通的最小电压上升
? Uak < UB0,IC相当于 Ig
十, 通态电流临界上升率
di/dt过大 J↑
浙江大学电气工程学院 -电力电子技术基础 -
15
第一章 功率半导体器件
? 十一,
? Ｐ ----普通,Ｋ — 快速型, Ｓ — 双向型, Ｎ — 逆导型, Ｇ — 可关断,
LTT— 光控
? KP[电流 ]─[电压 /100][ 通态压降组别 ]
? KP500-12G
0.9V<=UT(AV)<=1.0V
作业 ∶
P,36 习题 2,3,7, 2),5),8,2),5)
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? § １ -４大功率二极管
? 一, 大功率二极管的结构
大功率二极管的内部结构与外部构成与晶闸管基本相同, 只是少了一个可控
的门极 。 从内部结构上看, 它是一个具有Ｐ型及Ｎ型两层半导体, 一个ＰＮ
结和阳极Ａ, 阴极Ｋ的两层两端半导体器件 。
与普通晶闸管相比 ∶ 有延迟导通, 关断现象 。
关断时会出现瞬时反向电流和瞬时反向过电压 。
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?二, 大功率二极管的伏安特性
浙江大学电气工程学院 -电力电子技术基础 -
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第一章 功率半导体器件
四, 大功率二极管的型号
ZP[电流 ]─ [电压 /100][ ]
? 三, 大功率二极管的主要参数
? １, 额定电流 IF
正向平均电流, 与晶体管相同 。
? ２, 额定电压 URRM
反向重复峰值电压
? ３,
反向不重复峰值电流 IRS,反向重复平均电流 IRR
? ４, 正向平均电压 UF
浙江大学电气工程学院 -电力电子技术基础 -
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第一章 功率半导体器件
? 五, 分类
? １, 普通二极管
? ２, 快恢复二极管
开通特性
关断特性
? 3,肖特基二极管
浙江大学电气工程学院 -电力电子技术基础 -
20
第一章 功率半导体器件
电力半导体器件是电力电子技
术的核心, 基础, 是发展的龙头 。
器件特性的每一次发展, 都会引起
变换电路的相应突破, 产生一系列
新的装置 。
浙江大学电气工程学院 -电力电子技术基础 -
21
第一章 功率半导体器件
§ １ -5 散热技术
一, 稳态热阻
浙江大学电气工程学院 -电力电子技术基础 -
22
第一章 功率半导体器件
二, 瞬态热阻
浙江大学电气工程学院 -电力电子技术基础 -
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第一章 功率半导体器件
二, 散热措施
1.接触热阻
2.散热器热阻
