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电力电子与现代控制_电力电子器件_第一部分

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现代电力电子技术导论

现代电力电子技术导论

现代电力电子技术导论绪论电力电子技术在现代社会中扮演着至关重要的角色。

随着电子技术的迅速发展，电力电子技术的应用范围不断扩大，涉及到能源转换、能源管理、电动车辆、可再生能源等领域。

本文将介绍现代电力电子技术的基本原理、应用和未来发展方向。

第一章：电力电子器件1.1 电力电子器件概述1.1.1 电力电子器件的定义和分类1.1.2 电力电子器件的特点和性能指标1.2 二极管和整流器1.2.1 二极管的基本原理和特性1.2.2 整流器的基本原理和分类1.3 可控硅器件1.3.1 可控硅的基本原理和特性1.3.2 可控硅的应用和发展趋势1.4 晶闸管和弱级别器件1.4.1 晶闸管的基本原理和特性1.4.2 弱级别器件的基本原理和应用第二章：电力电子转换器2.1 电力电子转换器的概述2.1.1 电力电子转换器的基本结构和工作原理 2.1.2 电力电子转换器的应用领域2.2 直流-直流变换器2.2.1 升压转换器的原理和应用2.2.2 降压转换器的原理和应用2.3 直流-交流变换器2.3.1 单相桥式可控整流器的原理和应用2.3.2 三相桥式可控整流器的原理和应用2.4 交流-交流变换器2.4.1 交流-交流变换器的基本原理和分类2.4.2 交流-交流变换器的应用和发展趋势第三章：现代电力电子应用3.1 电力电子在电能质量控制中的应用3.1.1 电能质量的定义和评价指标3.1.2 电力电子器件在电能质量控制中的应用 3.2 电力电子在电动车辆中的应用3.2.1 电动车辆的概述和分类3.2.2 电力电子技术在电动车辆中的应用3.3 电力电子在可再生能源中的应用3.3.1 可再生能源的定义和分类3.3.2 电力电子技术在可再生能源中的应用案例第四章：现代电力电子技术的发展趋势4.1 多电平和多能源的电力电子系统4.1.1 多电平变换技术的原理和应用4.1.2 多能源系统的概念和特点4.2 高频和高效率的电力电子转换技术4.2.1 高频电力电子转换技术的优势和挑战4.2.2 高效率电力电子转换技术的研究方向4.3 智能和可靠的电力电子系统4.3.1 智能电力电子系统的特点和应用4.3.2 可靠性设计在电力电子系统中的重要性结语现代电力电子技术在电力转换和能源管理方面具有重要的意义。

电力电子技术概述PPT课件

电力电子技术概述PPT课件

电力电子技术概述PPT课件•电力电子技术基本概念•电力电子器件•电力电子变换技术•电力电子系统分析与设计•典型应用案例剖析•发展趋势与挑战01电力电子技术基本概念它涉及到电力、电子、控制等多个领域，是现代电力工业的重要组成部分。

电力电子技术的核心是对电能进行高效、可靠、可控的转换，以满足各种用电设备的需求。

电力电子技术是一门研究利用半导体器件对电能进行转换和控制的学科。

电力电子技术定义从早期的整流器、逆变器到现在的高频开关电源、智能电网等，电力电子技术经历了多个发展阶段。

发展历程目前，电力电子技术已经广泛应用于工业、交通、通信、家电等各个领域，成为现代社会不可或缺的一部分。

现状随着新能源、智能电网等技术的不断发展，电力电子技术的应用前景将更加广阔。

未来趋势发展历程及现状工业领域电机驱动、电力系统自动化、工业加热等。

电动汽车、高速铁路、航空航天等。

通信电源、数据中心、云计算等。

变频空调、LED照明、智能家居等。

随着新能源技术的不断发展，电力电子技术在太阳能、风能等领域的应用将更加广泛；同时，智能电网的建设也将为电力电子技术的发展提供新的机遇。

交通领域家电领域前景展望通信领域应用领域与前景02电力电子器件电力二极管（Power Diode）结构简单，工作可靠导通和关断不可控主要用于整流电路晶闸管（Thyristor）四层半导体结构，三个电极导通可控，关断不可控主要用于相控整流电路可关断晶闸管（GTO）通过门极负脉冲可使其关断关断时间较长，需要较大的关断电流主要用于大容量场合电力晶体管（GTR）电流驱动的双极型晶体管导通和关断可控，但驱动电路复杂主要用于中等容量场合电力场效应晶体管（Power MOSFET ）电压驱动的单极型晶体管导通电阻小，开关速度快01主要用于中小容量场合02绝缘栅双极型晶体管（IGBT）03结合了MOSFET和GTR的优点01电压驱动，大电流容量，快速开关02目前应用最广泛的电力电子器件之一03电力电子变换技术整流电路的作用整流电路的分类整流电路的工作原理整流电路的应用将交流电转换为直流电。

电力电子第一章节试题

电力电子第一章节试题

一、填空题1、自从_1956__ __ 年美国研制出第一只晶闸管。

2、晶闸管具有体积小、重量轻、损耗小、控制特性好等特点。

3、晶闸管的三个极分别为阳极、阴极、门极4、晶闸管导通的条件：在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时在它的阴极和门极间也加正向电压，两者缺一不可。

5、晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用。

6、晶闸管的关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。

7、双向晶闸管的四种触发方式： I+ 触发方式 I-触发方式Ⅲ+触发方式Ⅲ-触发方式。

8、GTO的开通时间由延迟时间和上升时间组成。

9、GTO的关断时间由存储时间、下降时间、和尾部时间。

10、功率二极管的导通条件：加正向电压导通，加反向电压截止。

11、对同一晶闸管，维持电流 IH 与擎住电流 IL 在数值大小上有 IL___>_____IH 。

12、晶闸管断态不重复电压 UDSM 与转折电压 UBO 数值大小上应为， UDSM__<______UBO13、普通晶闸管内部有两个 PN结,，外部有三个电极，分别是阳极A 极阴极K 极和门极G 极。

14、晶闸管在其阳极与阴极之间加上正向电压的同时，门极上加上触发电压，晶闸管就导通。

15、、晶闸管的工作状态有正向阻断状态，正向导通状态和反向阻断状态。

16、某半导体器件的型号为KP50—7的，其中KP表示该器件的名称为普通晶闸管，50表示额定电流50A ，7表示额定电压700V 。

17、只有当阳极电流小于维持电流电流时，晶闸管才会由导通转为截止。

18、当增大晶闸管可控整流的控制角α，负载上得到的直流电压平均值会减小。

二、判断题1、第一只晶闸管是1960年诞生的。

（错）2、1957年至1980年称为现代电力电子技术阶段。

（错）3、功率二极管加正向电压导通，加反向电压截止。

（对）4、平板型元件的散热器一般不应自行拆装。

（对）5、晶闸管一旦导通，门极没有失去控制作用。

（错）6、双向晶闸管的四种触发方式中灵敏度最低的是第三象限的负触发。

电力电子技术(含实验)第1章_绪论

电力电子技术(含实验)第1章_绪论

1-4
课程内容简介
1-1 电力电子技术概述
电力电子技术（power electronics）：指利用电力 电子器件对电能进行变换和控制，把从电网获取的“ 粗电”变换成负载所需要的“精电”的技术。
电子技术包括：
信息电子技术 和 电力电子技术。
信息电子技术——模拟电子技术和数字电子技术。
电力电子技术主要用于电力变换，而信息电子技术
电力电子器件
①分立器件
②模块
③IGBT单管
④IGBT模块
电力电子器件的发展趋势
高频化：提高开关频率，降低设备体积，节约资源
模块化：功率部分、控制、驱动、保护集成一体
数字化：数字控制技术广泛应用 绿色化：谐波污染小、功率因数高、电磁辐射小
1-3 电力电子技术应用
电力电子技术广泛用于一般工业、交通运输、 电力系统、不间断电源和开关电源、家用电器、以 及新能源的开发及应用领域。在解决全球能源危机、 资源危机和环境污染方面发挥着重要作用。经过至 少一次电力电子装置处理以后使用的电能所占比例 已经成为一个国家经济发展水平的重要指标。
导通和关断控制的有效信号。
3.电力电子技术的研究分支及特点
研究分支:
电 力 电 子 器 件 （ element) 技 术 、 变 流 技 术 (power conversion)和控制技术（Control)三个分支。 特点:

电力电子器件是整个电力电子技术的基础，电力电子技术 的发展集中体现在电力电子器件的发展上，器件一般均工 作在开关状态，这是重要特征； 变流技术是电力电子技术的主体，控制技术是电力电力电 子技术的灵魂；
５.家用电器
照明在家用电器中有十分突出的地位。由于电力电 子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源， 通常被称为“节能灯”，正逐步取代传统的白炽灯 和日光灯。

现代电力电子技术第1章(Introduction 4h)

现代电力电子技术第1章(Introduction 4h)
反向恢复时间trr
关断时正向电流降为零到完全恢复对反向电压阻断能力时间。
浪涌（Surge）电流IFSM 指电力二极管承受最大连续一个或几个工频周期过电流。
哈工大（威海）自动化研究所
1.1 传统电力电子器件介绍 ---功率整流管
4. 主要类型
普通二极管
又称整流二极管，用于开关频率不高（1kHz以下）整流电路中。反 向恢复时间较长，在5S以上，正向电流定额和反向电压定额分别 可达数千安和数千伏以上。
DC-DC，AC-AC 相位控制
变流电路 控制技术
周波控制 调制控制
哈工大（威海）自动化研究所
§1.1 电力电子器件发展历程
20世纪初 电子管 电子技术 诞生 电力电子技术诞生 整流技术发展 现代电力电子技术 逆变技术发展 21世纪 广泛应用时代
哈工大（威海）自动化研究所
20世纪50年代
SCR 20世纪70年代 GTO，GTR，MOS 20世纪90年代 IGBT
通态电流临界上升率。
哈工大（威海）自动化研究所
1.1 传统电力电子器件介绍 ---普通晶闸管 4.主要派生器件
(1)快速晶闸管FST
包括快速晶闸管和高频晶闸管，分别应用于400Hz和
10kHZ以上斩波或逆变电路；
开关时间及du/dt和di/dt耐量明显改善：关断时间（普 通晶闸管数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管 10微秒）； 与普通晶闸管相比，高频晶闸管电压和电流定额不高；
1.1 传统电力电子器件介绍 ---普通晶闸管 (4)光控晶闸管LTT 利用一定波长的光照信号触发导通； 光缆装有作为触发光源的发光二极管或半导体激光器；
保证主控电路的绝缘，避免电磁干扰影响；
高压大功率场合，如HVDC输电和HV核聚变装置占重要地位。

电力系统中的电力电子器件及其应用

电力系统中的电力电子器件及其应用

电力系统中的电力电子器件及其应用电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一，而电力电子器件则是电力系统中的重要组成部分。

电力电子器件通过控制电能的流动和转换，实现了电力系统的高效、稳定和可靠运行。

本文将介绍电力系统中常见的几种电力电子器件及其应用。

一、整流器整流器是一种将交流电转换为直流电的电力电子器件。

在电力系统中，交流电是主要的电能形式，而许多电力设备和电子设备需要直流电才能正常工作。

整流器可以将交流电转换为稳定的直流电，提供给各种负载使用。

整流器的应用非常广泛，例如在电动机驱动系统中，整流器将交流电转换为直流电供电给电动机，实现电动机的控制和调速。

此外，在可再生能源发电系统中，如风力发电和光伏发电系统中，整流器也扮演着重要的角色，将可再生能源转换为直流电注入电力系统。

二、逆变器逆变器是一种将直流电转换为交流电的电力电子器件。

逆变器在电力系统中的应用也非常广泛。

例如，在交流电驱动系统中，逆变器将直流电转换为交流电供电给电动机，实现电动机的控制和调速。

此外，在太阳能发电系统中，逆变器将光伏电池板产生的直流电转换为交流电注入电力系统。

逆变器的另一个重要应用是电力系统中的电压和频率调节。

通过控制逆变器的输出电压和频率，可以实现电力系统的电压和频率的稳定和可控。

三、直流输电技术直流输电技术是一种将交流电转换为直流电进行长距离输送的电力传输技术。

在传统的交流输电系统中，由于电压损耗和电流损耗的存在，长距离输电效率较低。

而直流输电技术通过使用高压直流电进行输电，可以减小输电损耗，提高输电效率。

直流输电技术中的关键设备是高压直流变流器，它将交流电转换为高压直流电进行输送。

高压直流变流器具有高效、可靠和灵活控制等优点，广泛应用于长距离输电和特殊场合的电力传输。

四、电力质量调节器电力质量调节器是一种能够改善电力系统质量的电力电子器件。

在电力系统中，存在诸如电压波动、电压暂降、电压闪变等电力质量问题，会对电力设备和电子设备的正常运行造成影响。

电力电子与现代控制_电力电子器件_第三部分


P1 N1 P2 N2
K
iG
iK
ts 存储 时间 tf 下降 时间
i tail
ttail 拖尾 时间
电感 L
阴极
GTO关断过程
1、晶闸管工作模式， 门极电流变负，满足关 断条件，此时GTO 中 两个等效三极管开始退 出饱和导通过程，清除 N1和P2区的存储过剩 载流子，所需时间为存 储时间。
2、GTO工作模式， α1+α2 < 1，此时GTO阳极 电压上升，阳极电流下降， 需要采用关断缓冲限制阳 极电压的上升速度，所需 时间为下降时间。
双向晶闸管
逆导晶闸管
光控晶闸管
门极可关断晶闸管
1. 可关断晶闸管的结构 ������ 可关断晶闸管GTO(Gate Turn-Off Thyristor)， GTO的内部包含着数百个共阳极的小
GTO元，可用门极信号控制其关断。目前，GTO的容量水平达6kA/6kV，开关频率<1kHz。
GTO结构，等效电路及符号 2. 可关断晶闸管的工作原理 (1) 开通过程 ������ GTO也可等效成两个晶体管P1N1P2和N1P2N2互连，开通过程与晶闸相同。
栅极
G P
N2
G
绝缘栅
++++++
D
N N2
D
S
源极
N1
D S
N1
J1
J2 空 间 电 荷漏极 区
P
D
G S
G S
符号
J1
导电原理
J2 空 间 电 荷 区
基本结构
MOSFET基本结构，导通原理和符号 MOSFET导通原理： 利用栅极和源极之间的正电压，吸引自由电子堆积在P区上表面层，并使该层反型为N型；之后 N1-N-N2之间电子可以流动导电。 功率MOSFET导通时只有一种极性载流子（多子）参与导电。

电力电子技术电力电子技术的定义电力电子技术是一门

电力电子技术第一部分一、电力电子技术的定义电力电子技术是一门利用电力电子器件、电路理论和控制技术对电能进行处理、控制和变换的学科，是现代电子学的一个重要分支，也是电工技术的分支之一。

电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。

具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。

二、电力电子技术的研究内容电力电子技术的研究内容：1、电力电子器件2、变流技术3、控制技术或者说，电力电子技术的研究内容：电子学、电力学、控制理论三、与其它学科的关系1、与微电子学的关系三个相同点：（1）都分为电子器件和电子电路两大分支，二者同根同源（2）两类器件制造技术的理论基础相同；（3）制造工艺也基本相同。

两个不同点：（1）应用目的不同——前者用于电力变换，后者用于信息处理；（2）工作状态不同——在微电子技术中，器件既可以处于放大状态，也可以处于开关状态；而在电力电子技术中为避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态。

2、与电力学(电气工程)的关系（1）电力电子技术广泛用于电气工程中；（2）国内外均把电力电子技术归为电气工程的一个分支；（3）电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支。

3、与控制理论的关系（1）控制理论广泛用于电力电子系统中；（2）电力电子技术是弱电控制强电的技术，是弱电和强电的接口,控制理论是这种接口的有力纽带；（3）电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要支撑技术。

四、电力电子技术的发展历史美国通用电气公司研制出第一个工业用的普通晶闸管，标志电力电子技术的诞生1、传统电力电子技术电力电子器件以半控型的晶闸管为主，变流电路以相控电路为主，控制电路以模拟电路为主。

2、现代电力电子技术现代电力电子技术在器件、电路及其控制技术方面与传统电力电子技术相比主要有如下特点：A、集成化B、高频化C、全控化D、控制电路弱电化E、控制技术数字化3、电力电子技术的发展展望科学家预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。

电力电子技术全套课件

特点
整流电路具有将交流电转换为直流电的功能，是电力电子设备中不可或缺的组成部分。同时，整流电 路的性能直接影响到电力电子设备的整体性能。因此，在设计整流电路时，需要根据实际需求选择合 适的电路类型和器件，并进行合理的布局和走线，以确保整流电路的稳定性和可靠性。
04
逆变电路
逆变电路的工作原理与分类
技术特点与优势
分析高压直流输电的技术特点和优势，如远距离输电损耗 小、系统稳定性高等。
工程应用与发展趋 势
介绍高压直流输电在国内外的典型工程应用，并探讨其未 来发展趋势和技术挑战。
THANKS
感谢观看
制。
逆变电路的应用与特点
应用
逆变电路广泛应用于电力电子变换器、不间断电源、变频调 速系统、新能源发电系统等领域。
特点
逆变电路具有高效率、高功率因数、低谐波污染等优点，能 够实现能量的双向流动和电网的并网运行。同时，随着电力 电子技术的发展，逆变电路的性能和可靠性也在不断提高。
05
直流-直流变流电路
升压型直流-直流变流电路
工作原理
升压型直流-直流变流电路通过开关管的导通和关断，控制电感的 充放电过程，从而实现输入电压到输出电压的升压转换。
电路组成
升压型直流-直流变流电路主要由开关管、电感、电容、二极管等 元件组成，与降压型电路类似，但元件的连接方式和参数有所不同 。
应用场景
升压型直流-直流变流电路广泛应用于各种需要升压的电子设备中， 如电动汽车、太阳能发电系统等。
02
电力电子器件
不可控器件
电力二极管（Power Diode） 工作原理及特性
主要参数与选型
不可控器件
01
晶闸管（Thyristor）

电力电子技术新书课件第一章课件,张兴


电
力
电
子
技
术
1.2 电力电子技术的发展史
■电力电子技术的发展史
图1.3 电力电子技术的发展史
◆一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用 一般认为，电力电子技术的诞生是以 年 电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。 晶闸管为标志的 电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。
电
力
电
子
技
术
1.2 电力电子技术的发展
电力电子技术起始于20世纪50年代末20世纪60年代初的 硅整流器件，其发展经历了以低频技术为主的传统电力电 子技术时期和以高频技术为主的现代电力电子技术时期 在20世纪80年代末期和20世纪90年代初期以IGBT 和功率 MOSFET为代表发展起来的集高频、高压和大电流于一身 的功率半导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入 现代电力电子时代 进入20世纪90年代以来，电力电子技术进入了一个崭新的 快速发展时期。理论分析和实验表明：电力电子产品体积 与重量的缩小与供电频率的平方根成反比，因此电力电子 技术高频化是今后电力电子技术创新与发展的主导方向
电
力
电
子
技
术
1.2 电力电子技术的发展
近年来，随着能源危机的出现，电力电子技术技术在变频 调速、新能源发电等方面得到了快速发展，世界各国对电 力电子技术也更加重视 一方面具有自关断能力的大功率高频新器件及其应用技术 取得了惊人的进步；另一方面，同微电子技术紧密结合的 新一代智能化功率集成电力电子技术初露锋芒 展望未来，随着具有高可靠性的集成电力电子模块 IPEM(Integrated Power Electronic Modules)技术以及具 有导通损耗小，耐压高、高结温等的特点的Silicon(硅)等 新一代宽禁带器件的应用将会使电力电子技术发生新一轮 革命性的变化
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U
Vpp VD
t
-VR IF
I t
ton
导通 过程
导通
二极管串联电感反向恢复过程
A +
ID VD
-
P N 反向恢复指二极管由导通到关断之间的 过渡过程，下面为考虑串联等效电感时二极 IF + + -管的反向恢复过程， R L VF 0时刻，二极管流过正向电流IF。 (a) 0≤t≤t1 t1时刻时二极管和串联电感电路端电压 由正变负，二极管电流（即电感电流）开始 下降； A t2时刻时二极管电流下降到零，二极管 P N 内由于P和N型区内存在较多的注入少数载 IF ++ - +流子，此时少数载流子与多数载流子的复合 VR R L 作用以及空间电荷区的漂移运动将导致二极 管开始流过负电流，该负电流称为反向恢复 (b) t1≤t≤t2 电流， t3时刻时注入少数载流子数量下降到无 法维持反向恢复电流，反向恢复电流幅值幅 A P N 值达到最大值，定义t2到t3时间段为ts。 t4时刻时注入少数载流子的完全消除， IR - + - ++ 反向恢复电流变为零，定义二极管反向恢复 L VR R 电流幅值最大时到变为零所需的时间为tf。 (c) t2≤t≤t3 ts和tf时间之和为二极管的反向恢复时间 trr，在trr期间二极管电流与时间的积分为反 向恢复电荷Qrr，代表了二极管在关断时需 要清除的少数载流子的电荷。
PN结为反偏置时的少数载流子浓度沿长度方向的分布
-
P
--- ----- ----- ---
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + N +
空间电荷区
np0 np(x) 少数载流子浓度曲线
pn0 pn(x) x
二极管伏安特性
I
正向区间：二极管加入正向电压时， 正向电流与所加电压之间按指数规律变化； 反向区间：加入一定范围的反向电压 时，二极管仅流过较小的反向漏电流， 击穿区间：当反向电压超过雪崩或齐 纳击穿电压时，反向电流大大增加。此时 二极管两端电压和电流都较大，其损耗大 大增加，可能会使器件结温过高造成损 坏。，击穿分为两种： 1）雪崩击穿：电子在高场强下获得 很强的能量，撞击分子时自由电子倍增造 成击穿。 2）齐纳击穿：高场强直接将电子由 分子内拉出。
本征半导体
半导体简介
N型半导体：在本征半导体材料硅中掺入少量5价杂质（如磷或砷），其 中存在大量可自由移动的电子为多数载流子，少量可以自由移动的空穴为少 数载流子；另外，还有大量的不能自由移动的正离子； P型半导体：在本征半导体材料硅中掺入少量3价杂质（如硼或铝），其 中存在大量可自由移动的空穴为多数载流子，少量可以自由移动的电子为少 数载流子；另外，还有大量的不能自由移动的负离子；
K IR
A VR ID
P + + R
N - L
K IR +
(d) t3≤t≤t4
K -
IF t3 0 t1 t2 -Irr ts VD tf trr t3 0 t1 t2 t4 -VR -Vrr t t4 Is t
(e)电流波形
K IR -
(f)电压波形
PiN结构功率二极管
功率二极管一般采用PiN结构，(i指本征半导体 intrinsic层，实际为 低掺杂N型半导体 ) 在半导体结构图中，一般用符号+表示重掺杂半导体，-表示轻掺杂 半导体，不加符号表示中度掺杂半导体。
• 集 成 门 极 换 流 晶 闸 管 • 集成门极换流晶闸管IGCT IGCT • 功率三极管BJT 线性器件： 多子：
• 功 率 场 效 应 晶 体 管 • 功 率 场 效 应 晶 体 管 • 功率三极管BJT • 功 率 场 效 应 晶 体 管 MOSFET MOSFET 复合： • 绝缘栅门极双极型晶体管 MOSFET • 绝缘栅门极双极型晶体管 • 绝缘栅门极双极型晶体管 IGBT IGBT IGBT • 集成门极换流晶闸管IGCT 新型的电力电子器件和模块 • 智能功率模块（IPM） • SiC功率器件
少数载流子 PN结 双极性漏 电流IP和IN 少数载流子
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- - - - -
-
- + - + - + - +
-
+ + +
+ + + + + + + + + + +
+ + + + + + +
+ + + + + + +
+ + +
+
P型区
空间电荷区
+ N型区 内建电场 外电场
PN结工作原理
空穴流动方向
- + -+ -IN - +
空间电荷区
+
IP
N
电子流动方向
P
-
np(x) np0 pn0
pn(x)
x 少数载流子浓度曲线
PN结工作原理
3、PN结为反偏置时 当PN结施加反向电压时，外加电场将与内建电场方向相同，外加电场将使P 型区的空穴和N型区的电子远离PN结，从而使空间电荷区宽度增加，加强了内建电 场。此时，漂移作用远大于扩散作用，P区和N区的多数载流子难以越过增强的内 建电场，P区中仅有少数载流子电子、N区中仅有空穴能够流过PN结形成漂移电 流 IP和IN， 二者之和称为漏电流。由于常温下少数载流子数量很少，形成的反向漏电 流很小，而且在一定范围内与外加电压的幅值关系不大， I I S 。随着外加电压的 增加，空间电荷区 不断加宽，当空间电荷区内电场强度超过强度时，反向电流急剧 增加，此时二极管两端电压和电流都较大，其损耗大大增加，可能会使器件结温过 高造成损 坏。
N型半导体
P型半导体
二极管的简化结构和符号
二极管由P型半导体和N型半导体相互连 接构成，P型和N型半导体连接处形成PN 结结构。二极管是双端器件，其中，阳极 (Anode简称A) 连接在P型半导体，阴极 (Cathode简称K)连接到N型半导体。二极 管是利用PN结原理工作的器件，其导电 能力与阴极和阳极之间施加的电压极性相 关。
小结
引言
实际电力电子器件的非理想因素 电力电子器件在电力电子变换器 中主要做开关使用。理想的开关 没有损耗，开关所需时间为零。 但实际器件存在多种限制。 1、实际器件的损耗： 1）通态损耗(Won）与导通压降成 正比。
2 ）断态损耗（一般可忽略）与断 态漏电流成正比。
3）开通损耗(Wc(on)) 4）关断损耗(Wc(off)) 2、实际器件的开通和关断时间: 1）开通时间Tc(on)； 2）关断时间Tc(off)。
PN结
A P型 阳极 A K N型
K 阴极
二极管结构示意图和符号
PN结：将P型半导体与N型半导体通过物理化学方法有机地结合为一体后， 就形成了PN结，PN结具有非线性电阻的特性，可以制成二极管作整流器件， PN结是构成多种半导体器件的基础。
PN结工作原理
1、PN结为零偏置时 在PN结两端不外加电压时，P型半导体区大量可自由移动的空穴和N型半导体 区内的大量电子将因为浓度差向对方区间扩散，扩散电流的方向为由P流向N，其 幅值 与负浓度差成正比，之后在PN结附近P型区将出现由无法自由移动的负离子组 成的带负电的区域和N型区的正离子组成的带正电的区域，两个区域统称为空间电 荷 区，也称耗尽层。空间电荷区内将出现由N型区指向P型区的电场，称为内建电 场。内建电场对自由电子和空穴作用力形成漂移运动，漂移电流方向为由N流向P， 与扩散运动方向相反，其幅值与扩散电场的电场强度成正比。当空间电荷区达到一 定的宽度时，漂移电流等于扩散电流，流过PN结的电流为零。 PN结处于动态平衡， 空间电荷区宽度稳定，
二极管关断时（反向恢复过程）： 1）需要清除少数载流子。 2）空间电荷区存储电荷。
二极管正向恢复特性
正向恢复指二极管由关断到导通之 间的过渡过程， 1）当二极管两端电压上升时，二 极管将开始导通正向电流（由于空间电 荷区的电容效应）。 2）当二极管端电压由正变负时： 二极管开始积累少数载流子，在刚开始 导通时由于P和N型区内的注入少数载 流子数量较少，其等效电阻较大，因此 二极管管压降Vpp高于稳态时饱和管压 降VD。随着注入少数载流子数量的增加， 二极管管压降逐渐降低，最终达到稳态 饱和压降VD 。
注入少数 载流子 双极性 电流IP和IN 注入少数 载流子
PN结
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-PLeabharlann 区+ + + + + + + N型区 空间电荷区 内建电场 外电场
PN结工作原理
P
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空间电荷区
N
P
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