2. 电力电子器件
2.1 功率半导体器件概述
- 种类多, 用作电力电子设备中的开关或整流的半导体器件, 也称为功率器件, 功率IC
- 功率范围广 uw~MW
- 工作模式:
- 整流:用于让电流只往一个方向流动
- 放大 用于放大电子信号
- 开关:用于控制电力的导通和关断
- 功率半导体器件多用于整流和开关, 极少用于放大, 为了降低损耗
- 开关特性:
- 导通时, 阻抗很小, 接近于短路,管压降接近于0 电流由外电路决定
- 阻断时, 阻抗很大, 接近于开路, 电流几乎为0 而罐子两端电压由外电路决定
- 导通关断瞬间将产生较大功率
- 分析电路稳态的时候不会考虑开通和关断的损耗问题(用理想开关替代)
- 当器件的选型, 散热能不能达到要求, 考虑开通和关断的过程
- 耗散功率大
- 耗散功率大, 通常需要配备额外冷却装置
- 当前攻略半导体器件热量的设计是优化的关键因素之一
- 自然冷却
- 强制风冷
- 水冷
- 热管冷却
- 强制风冷
- 混合冷却
2.2 功率二极管Power Diode
2.2.1 PN结原理介绍
**二极管, P接+,N接-则导通
PN结, P接电源正极, N接电源负极, 抵消里面的势垒层, 电子源源不断的从外部电路进入到N区, P区, 再回到外部电路, 导通

遇到的那俩绿色的就是共价键, 自由电子就是往外跑的那个 剩下的坑是空穴
N掺杂

- 掺杂价电子为5的磷
- 有一个电子可在其中自由移动
P掺杂

- 掺杂价电子为3的铝;
- 有一个可放置电子的空穴;
- 相邻电子可随时填上,电子运动即空穴相对运动;空穴是不会动的, 动的是自由电子
PN结





势垒区随着电压的增大不断抵消,最终消失


这里反向饱和电流的产生主要是因为空穴发生了漂移运动
2.2.1.2 两种击穿
- 雪崩击穿 --撞出来了
- 齐纳击穿--拉出来的
2.2.1.3 电容

2.2.2 功率二极管的引出
通过在两个重掺杂的P+和N+层之间引入所需厚度的轻掺杂N-"漂移层(drift layer)”以解决功率二极管需求的矛盾。

增加了N-的影响:
- 提高耐压
- 通态压降升高
- 结电容増加
结构

符号

A是阳极, k是阴极, 电流指向阴极,
2.2.3 功率二极管的静态特性-体现器件最基本的电压与电流稳态特性(伏安特性)
反向偏置

从右往左看
几个参数

2.2.3.2 正向偏置


2.2.4 功率二极管的动态特性(开关特性)
- 动态过程中可伴随过电压或过电流的产生
- 器件开关过程中, 电压和电流可同时存在, 动态过程与器件的能量损耗有关



二极管仍然有电流通过, 电压保持不变


2.2.3 功率二极管的分类
- 功率二极管似乎只是用于处理比信号二极管更大的电流和电压。理想情况, 它允许电流在一个方向(阳极到阴极)上流过它的两端,并阻止电流在另一 个方向(阴极到阳极)上流过它。
- 事实上,半导体物理学和当前工艺阻止了理想二极管”的诞生,现实功率 二极管只能按照不同的性能参数制造,以满足不同的应用场合。
- 功率二极管包括常规、快恢复和超快恢复PN结二极管,以及肖特基势垒二极 管。各类型都有不同的特点。


2.3 双极结型晶体管—BJT
2.3.1 三极管NPN原理


同方向的是增强, 不同方向的减弱

NPN结 ,N是发射极, P为基极, N为集电极
控制里面的那个电压, 增大它, 会有更多的电子从n到p,那么会有更多的电子到n, 实现放大
β=集电极电流比基极电流, β是放大倍数
2.3.2 功率BJT引出

往外的是NPN型
这玩意,中间的是基极B, 有箭头的是E,发射极, 剩下的是集电极C
2.3.3 功率BJT的静态特性
对于三极管而言, 在电力电子中主要用在它的截止区跟饱和区, 在截止区,电压很大没有电流,相当于断路, 在饱和区电流很大,电压很小,,而在放大区, 既有电压又有电流pass
输入特性: VCE Vbe与ib之间的关系
输出特性:I B 一定, Ic跟Vce之间的关系
2.3.4 功率BJT的动态特性
2.4 晶闸管, Triac与GTO
2.4.1 晶闸管的引出及PNPN结


2.4.2 晶闸管的引出及PNPN结
2.4.3 TRIAC及其特性(双向晶闸管)
2.4.4 GTO及其特性
2.5 功率MOSFET
