Ic RL
C
Rb B
T1
U CE
U CC
E
• 但需要指出的是，电力半导体器件在
开关状态转换过程时并不是瞬时完成
的（所需时间称开关时间），而是要
图1-1：简单的bjt电路
经过一个转换过程（称开关过程）
•例如，图1-1所示电路中 RL 5 ，UCC 50V，当工作在饱和导通状态时管
压降，UCE0.3V ，T 1 的管耗 PT1ICUCE (U C/C R L ) U C E 1 0 0 .3 3 W ，T 1 截止的漏
图1-3二极管伏安特性
1.2.2 功率二极管开关特性
功率二极管开通时 间很短，一般可以忽略 不计，但二极管的关断 过程较复杂，对电路的 影响不能忽视。
二极管关断过程的波形
研究二极管关断过程的电路
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• 关断过程的三个时间段 。
• 反相恢复时间，反相恢 复电流。
1.3
功率晶体管
BJT是一种双极型半导体器件，即其 内部电流由电子和空穴两种载流子形 成。基本结构有NPN和PNP两种。
电流 设 IC
I5CA，0，则即T 1截的止管时耗的I管C U 耗CP E TIC 1 (U 0C C 。IC 如R L )果5 T 1(5 工作 0 5 在5 线) 性7放W 5 。大状态时，
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从使用角度出发，主要可从以下五个方面考查电力半导体 器件的性能特点： 导通压降 运行频率 器件容量 耐冲击能力 可靠性 此外，诸如控制功率、可串并联运行的难易程度、价格等 等也是选择电力半导体器件应考虑的因数。
1.2 功率二极管
• 1.2.1 二极管工作 原理与伏安特性
• 它具单向导电性 • 当外加正向电压（P区加正、
N区加负）时，PN结导通，形 成电流 • 二极管外加反向偏压（P区加 负、N区加正）时,所以反向 电流非常小. • 二极管的伏安特性如图1-3所 示。
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图1-2二极管耗尽层与少数载流子浓度 分布
: 500 V , 100 A
SIT
: 800 V
,
60 A
; 1.2kV
,
28 A
IGBT : 4500 V , 2800 A
在整流管类 中，快速恢 复二极管将 有较大的发 展
在高压直流 输电中，晶 闸管（光控 晶闸管）将 有很好的发 展机遇。
在功率晶体 管类中，以 IGBT发展最 为迅速
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◤当基极回路输入一幅值为UP（UP>>UBB） 的正脉冲信号时，基极电流立即上升
: 2.5kV , 1kA , 30μ s •
:1.2kV , 1kA
GTO : 4 .5 kV , 3kA ; 8 kV , 1kA
自关断型
MCT
: 4kV , 2.5kA
SITH : 2 kV , 600 A
BJT : 1200 V , 600 A
•
功率晶体管
功率
MOSFET
制造材料分类 有锗管、硅管等等
从导电机理分类 有双极型器件、单极型器件、混合型器件等等
从控制方式来分类 可分为不可控器件、半可控器件和全可控器件三类器件
1.1.2 电力半导体器件使用特点
• 电力半导体器件稳态时通常工作在饱 和导通与截止两种工作状态。
• 饱和导通时，器件压降很小，而截止 时它的漏电流小得可以忽略，这样在 饱和导通与截止两种工作状态下的损 耗都很小，器件近似于理想的开关
路
C
β称为共射极电路的电流放大倍数。若接
RB B
T1
UCE
UCC 近于1，则β的数值会很大 ,它反映了BJT
E
UBB
RL
的放大能力，就是用较小的基极电流IB可 以控制大的集电极电流IC
（c）共集电极电路
202BJT共发射极电路的 输出特性
◤该图表示集电极电流IC 与集射极电压UCE的 关系，其参变量为IB，特性上的四个区域反映 了BJT的四种工作状态。◢
第1章 电力半导体器件
1.1 电力半导体器件种类与特点 1.2 功率二极管 1.3 功率晶体管 1.4 功率场效应管 1.5 绝缘栅极双极型晶体管 1.6 晶闸管 1.7 晶闸管的派生器件 1.8 主要电力半导体器件特性比较
1.1 电力半导体器件种类与特点
1.1.1 半导体器件分类
从功率等级来分类 有微功率器件、小功率器件、大功率器件等等
◤在晶体管关断状态时，基极电流IB＝0，集 电极发射极间电压即使很高，但发射结与集电 结均处于反向偏置，即UBE≤0，UBC<0，发射结 不注入电子，仅有很少的漏电流流过，在特性 上对应于截止区（I区），相当于处于关断状 态的开关。 ◢
◤当发射结处于正向偏置而集电结仍为反向偏 置时，即UBE>0，UBC<0，随着IB增加，集电极 电流IC线性增大，晶体管呈放大状态，特性上
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1.1.3 电力半导体器件发展水平
电力半导体器件
整流管
普通整流管 : 3KV , 6 KA
快速恢复二极管
: 1 .2 KV
, 450 A , 0.25μ s
•
肖特基二极管 : 100 V , 3KA
晶闸管
换流关断型
普通晶闸管
快速晶闸管
双向晶闸管
: 5kV , 4kA , 12 kV , 1kA
对应线性放大区（II区）。◢
◤当基极电流IB>（IC /β）时，晶体管就充分 饱和了。这时发射结和集电结都是正向偏置， 即UBE>0，UBC>0，电流增益和导通压降UCE均达 到最小值，BJT进入饱和区（IV区）。BJT工作 在饱和区，相当于处于导通状态的开关。◢
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BJT的开关特性
图1-11 BJT的开关特性
图 1
C
RB B
T1
UCE
UBE
E
UCC
α IC / IE
- BJT
8
UBB
（a）共发射极电路
α 系数 是共基极电路的电流放大倍
U CE
数，亦称电流传输比
三 种 基 本
RB
E T1 C
RL
B
U EB
U CB
U CC
U BB
IIC BIEI CIC1 IC IC /I/E IE1
电
（b）共基极电I路c
为了提高BJT耐压，一般采用NPvN三 重扩散结构（图1-6）。
图1-6 BJT内部结构与元件符号 （a）BJT内部结构； （b）元件符号
功率晶体管BJT一般是指壳温为25℃时功耗 大于1W的晶体管
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图1-7 集电极耐压与单位发射面积电流密度 关系
1.3.2 工作原理及输出特性
Ic
RL