2.2.1PN结与电力二极管的工作原理 ■PN结的电容效应 ◆称为结电容C,又称为微分电容 ◆按其产生机制和作用的差别分为势垒电容C和扩散电 容CD 势垒电容只在外加电压变化时才起作用，外加电压 频率越高，势垒电容作用越明显。在正向偏置时，当正 向电压较低时，势垒电容为主。 r扩散电容仅在正向偏置时起作用。正向电压较高时， 扩散电容为结电容主要成分。 ◆结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开关的状 态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作。 机械电气工程学院电气教研室 16/89 电力电子技术
16/89 2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 ■PN结的电容效应 ◆称为结电容CJ，又称为微分电容 ◆按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电 容CD ☞势垒电容只在外加电压变化时才起作用，外加电压 频率越高，势垒电容作用越明显。在正向偏置时，当正 向电压较低时，势垒电容为主。 ☞扩散电容仅在正向偏置时起作用。正向电压较高时， 扩散电容为结电容主要成分。 ◆结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开关的状 态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作
2.2.2电力二极管的基本特性 ■静态特性 ◆主要是指其伏安特性 ◆正向电压大到一定值（门槛 电压U0)，正向电流才开始 明显增加，处于稳定导通状态。 与I对应的电力二极管两端的 电压即为其正向电压降UF。 OUTO UF ◆承受反向电压时，只有少子 引起的微小而数值恒定的反向 漏电流。 图25电力二极管的伏安特性 机械电气工程学院电气教研室 17/89 电力电子技术
17/89 2.2.2 电力二极管的基本特性 ■静态特性 ◆主要是指其伏安特性 ◆正向电压大到一定值（门槛 电压UTO ），正向电流才开始 明显增加，处于稳定导通状态。 与IF对应的电力二极管两端的 电压即为其正向电压降UF。 ◆承受反向电压时，只有少子 引起的微小而数值恒定的反向 漏电流。 I O I F UTO UF U 图2-5 电力二极管的伏安特性
2.2.2电力二极管的基本特性 t:反向电 动态特性 流达最大 ◆因为结电容的存在，电压一电流特性是随 值的时刻 时间变化的，这就是电力二极管的动态特性， 并且往往专指反映通态和断态之间转换过程的 开关特性。 to:正向 ◆由正向偏置转换为反向偏置 电流降 为零的 t:电流变 电力二极管并不能立即关断，而是须经 时刻 化率接近 a 过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力， 于零的时 进入截止状态。 i 刻 FP r在关断之前有较大的反向电流出现，并 伴随有明显的反向电压过冲。 2V r延迟时间：t tr-to b 电流下降时间：=t红 图2-6电力二极管的动态过程波形 反向恢复时间：tnt+ a) 正向偏置转换为反向偏置 恢复特性的软度：t或称恢复系数， b) 零偏置转换为正向偏置 用S表示。 机械电气工程学院电气教研室 18/89 电力电子技术
18/89 2.2.2 电力二极管的基本特性 a ) IF UF t F t 0 t rr t d t f t 1 t 2 t UR URP I R P di F d t di R d t u b) U FP i i F u F t fr 0 t 2V 图2-6 电力二极管的动态过程波形 a) 正向偏置转换为反向偏置 b) 零偏置转换为正向偏置 ■动态特性 ◆因为结电容的存在，电压—电流特性是随 时间变化的，这就是电力二极管的动态特性， 并且往往专指反映通态和断态之间转换过程的 开关特性。 ◆由正向偏置转换为反向偏置 ☞电力二极管并不能立即关断，而是须经 过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力， 进入截止状态。 ☞在关断之前有较大的反向电流出现，并 伴随有明显的反向电压过冲。 ☞延迟时间：td=t1 -t0 电流下降时间：t f =t2 - t1 反向恢复时间：t rr=td+ tf 恢复特性的软度： t f /td，或称恢复系 数， 用Sr表示。 t0:正向 电流降 为零的 时刻 t1:反向电 流达最大 值的时刻 t2:电流变 化率接近 于零的时 刻
2.2.2电力二极管的基本特性 ◆由零偏置转换为正向偏置 先出现一个过冲UP,经 过 一} 段时间才趋于接近稳态压降Um 的某个值（如2V)。 ©正向恢复时间t r出现电压过冲的原因：电 导调制效应起作用所需的大量 2V 少子需要一定的时间来储存， 在达到稳态导通之前管压降较 大；正向电流的上升会因器件 f 自身的电感而产生较大压降。 图2-6电力二极管的动态过程波形 电流上升率越大，Up越高。 b)零偏置转换为正向偏置 机械电气工程学院电气教研室 19/89 电力电子技术
19/89 2.2.2 电力二极管的基本特性 UFP u i i F u F t fr 0 t 2V ◆由零偏置转换为正向偏置 ☞先出现一个过冲UFP，经 过 一段时间才趋于接近稳态压降 的某个值（如2V）。 ☞正向恢复时间t fr ☞出现电压过冲的原因:电 导调制效应起作用所需的大量 少子需要一定的时间来储存， 在达到稳态导通之前管压降较 大；正向电流的上升会因器件 自身的电感而产生较大压降。 电流上升率越大，UFP越高。 图2-6 电力二极管的动态过程波形 b) 零偏置转换为正向偏置
2.2.3电力二极管的主要参数 正向平均电流L4 ★ ◆指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度 （简称 壳温，用T表示)和散热条件下，其允许流过的最大工 频正弦半波电流的平均值。 ◆I4是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有 效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。 ■正向压降UF ◆指电力二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正 向电流时对应的正向压降。 ■反向重复峰值电压URRM ◆指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。 ◆使用时，应当留有两倍的裕量。 机械电气工程学院电气教研室 20/89 电力电子技术
20/89 2.2.3 电力二极管的主要参数 ■正向平均电流IF(AV) ◆指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简称 壳温，用TC表示）和散热条件下，其允许流过的最大工 频正弦半波电流的平均值。 ◆ IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有 效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。 ■正向压降UF ◆指电力二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正 向电流时对应的正向压降。 ■反向重复峰值电压URRM ◆指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。 ◆使用时，应当留有两倍的裕量。 ★