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电力二极管和晶闸管讲义课件一、引言本讲义课件旨在介绍电力二极管和晶闸管的根本概念、工作原理以及应用领域。
电力二极管和晶闸管是电子器件中非常重要的组成局部，对于电力系统的平安运行和电能的调控起着至关重要的作用。
通过学习本讲义，您将能够了解到电力二极管和晶闸管的特性以及在实际应用中的具体用途。
二、电力二极管2.1 根本概念电力二极管，也称为肖特基二极管，是一种具有单向导电特性的半导体器件。
它由P型半导体和N型半导体组成，其中P型半导体为阳极〔A〕端，N型半导体为阴极〔K〕端。
当正向电压作用于二极管时，电流能够从阳极端流向阴极端；而当反向电压作用于二极管时，电流几乎不会通过二极管。
2.2 工作原理电力二极管的导电特性是由肖特基效应产生的。
肖特基效应是指当P型半导体和N型半导体相接触时，由于能带结构的不连续性，形成一个肖特势垒。
在正向电压作用下，势垒降低，电子能够克服势垒，从P型半导体向N型半导体注入，形成电流；而在反向电压作用下，势垒增加，阻碍电流的流动。
2.3 应用领域电力二极管在电力系统中有着广泛的应用。
其主要作用是实现电能的整流，即将交流电转换成直流电。
电力二极管可以作为整流器使用，将交流电源转换为电流仅在一个方向上流动的直流电源。
此外，电力二极管还可以用于电压倍增电路、脉冲调制电路等方面。
三、晶闸管3.1 根本概念晶闸管是一种具有控制特性的高功率半导体器件。
它由四层半导体构成，包括三个PN结。
晶闸管有三个主要引脚，包括阳极〔A〕、阴极〔K〕和控制极〔G〕。
晶闸管的主要特点是具有单向导通性和双向控制性，其导通与截止状态可通过控制极上的信号进行控制。
3.2 工作原理晶闸管的导通与截止是由PN结的正向偏置与反向偏置来控制的。
当控制极施加正向脉冲信号时，PN结之间的势垒会降低，使得晶闸管导通；而当控制极施加反向脉冲信号或不施加信号时，PN结之间的势垒会增加，使得晶闸管截止。
3.3 应用领域晶闸管在电力系统中有着广泛的应用。
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图1.3.2 晶闸管的内部结构和等效电路
）导通：阳极施加正向电压时→给门极G也加正向电压T I I
图1.3.6 控晶闸管的电气图形符号和伏安特性
a) 电气图形符号b) 伏安特性
1.4 可关断晶闸管
可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor)简称GTO。
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沟道
沟道
MOSFET
耗尽型：
增强型:
耗尽型
增强型
之间就存在导电沟道；
才存在导电沟道
1. IGBT的结构
图1.7.1 IGBT的结构、简化等效电路与电气符号
IGBT的结构如图1.7.1(a)所示。
它是在VDMOS管结构的基础上再增加一
个P+层，形成了一个大面积的P+N结
1
J，和其它结
2
J、
3
J一起构成了一个相当
于由VDMOS驱动的厚基区PNP型GTR;简化等效电路如图1.7.1(b)所示。
电气符号如图1.7.1（c）所示GBT有三个电极:集电极Ｃ、发射极Ｅ和栅极Ｇ。
2. IGBT的工作原理
IGBT也属场控器件，其驱动原理与电力MOSFET基本相同，是一种由栅电压GE
U控制集电极电流的栅控自关断器件。
1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性
IGBT的伏安特性和转移特性
图1.7.2 IGBT的伏安特性和转移特性
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构，如图1.8.4(a)。
）三极：阳极A 、阴极、栅极G ，
）原理：
栅极开路，在阳极和阴极之间加正向电压，有电流流过SITH ；
在栅极G 和阴极K 之间加负电压，G-K 之间PN 结反偏，在两个栅极
图1.9.5 GTO 的基本驱动电路
2）导通和关断过程：图1.9.5(b)
导通时GTO 门极与阴极间流过负电流而被关断；由于GTO 的开通和关断均依赖于一个独立的电源，故其关断能力强且可控制，其触发脉冲可采用窄脉冲；3）图1.9.5(c)中，导通和关断用两个独立的电源，开关元件少，电路简单。
4）图1.9.5(d)，对于300A 以上的GTO ，用此驱动电路可以满足要求。
3．GTR 的驱动电路
1) 作用: 将控制电路输出的控制信号放大到足以保证GTR 可靠导通和关断 的程度。
构，如图1.8.4(a)。
2）三极：阳极A、阴极、栅极G，
3）原理：
栅极开路，在阳极和阴极之间加正向电压，有电流流过SITH；
在栅极G和阴极K之间加负电压，G-K之间PN结反偏，在两个栅极区之间的导电沟道中出现耗尽层，A-K间电流被夹断，SITH关断；
栅极所加的负偏压越高，可关断的阴极电流也越大。
构，如图1.8.4(a)。
）三极：阳极A 、阴极、栅极G ）原理：
栅极开路，在阳极和阴极之间加正向电压，有电流流过SITH ； 在栅极G 和阴极K 之间加负电压，G-K 之间PN 结反偏，在两个栅极 区之间的导电沟道中出现耗尽层，A-K 间电流被夹断，SITH 关断；
栅极所加的负偏压越高，可关断的阴极电流也越大。
图1.9.9 EXB8XX 驱动模块框图 1.9.3 保护电路 电力电子系统在发生故障时可能会发生过电流、过压，造成开关器件的永久性损坏。
过流、过压保护包括器件保护和系统保护两个方面。
检测开关器件的电流、电压，保护主电路中的开关器件，防止过流、过压损坏开关器件。
检测系统电源输入、输出以及负载的电流、电压，实时保护系统，防止系统崩溃而造成事故1 . 过电流保护（过流包括过载和短路）
图1.9.11 电力电子系统中常用的过流保护方案措施：通常电力电子系统同时采用电子电路、快速熔断器、直流快速断
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构，如图1.8.4(a)。
）三极：阳极A、阴极、栅极G，
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