电力电子技术
教案
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课题：绪论 第一章 第一节 电力二极管 课时：2课时
教学目标：1、了解什么是电力电子技术 2、电力二极管的结构与伏安特性 3、掌握掌握电力二极管的主要参数和使用 重点、难点：电力二极管的伏安特性和主要参数 教具：教材 粉笔 教学方法：讲授法
时间分配：新授 80分钟 小结 15分钟 作业布置 5分钟 教学过程： 绪论 相关知识
一、什么是电力电子技术
电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技
术和数字电子技术都属于信息电子技术。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。目前所用的电力电子器件均用半导体制成，故也称电力半导体器件。电力电子技术所变换的“电力”，功率可以大到数百MW甚至GVV，也可以小到数W甚至1W以下。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换。通常所用的电力有交流和直流两种。从公用电网直接得到的电力是交流的，从蓄电池和干电池得到的电力是直流的。从这些电源得到的电力往往不能直接满足要求，需要进行电力变换。如表0-1所示，电力变换通常可分为四大类，即交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流。交流变直流称为整流，直流变交流称为逆变。直流变直流是指一种电压(或电流)的直流变为另一种电压(或电流)的直流，可用直流斩波电路实现。
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交流变交流可以是电压或电力的变换，称做交流电力控制，也可以是频率或相数的变换。进行上述电力变换的技术称为变流技术。
二.电力电子器件的发展简介 1.传统电力电子器件 2.现代电力电子器件 （1）双极型器件 （2）单极型器件 （3）混合型器件 三、变换电路与控制技术 四、对本课程的教学要求
第一节 电力二极管 相关知识
一、结构与伏安特性 1、结构
电力二极管的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管是一样的，都是以半导体PN结为基础的。电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的，图1-2示出了电力二极管的外形、结构和电气图形符号。从外形上看，电力二极管 主要有螺性型和平板型两种封装。
2、伏安特性 电力二极管的静态特性主要是指其伏安特性，如图 所示。当电力二极管承受的正向电压大到一定值(门槛电压)，正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。与正向电流IF对应的电力二极管两端的电压UF即为其正向电
压降。当电力二极管承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。
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二、主要参数 1、正向平均电流IF
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。
2.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。有时候，其参数表中也给出在指定温度下流过某一瞬态正向大电流时电力二极管的最大瞬时正向压降。
3.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，通常是其雪崩击穿电压Ub的2/3。使用时，往往按照电路中电力二极管可能承受的反向最高峰值电压的两倍来选定此项参数。
4、最高工作结温TJM
结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。最高工作结温是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度，用TJM表示。TJM通常在125一175℃范围之内。
5、反向恢复时间t 6.浪涌电流IFSM
指电力二极管所能承受的最大的连续一个或几个工频周期的过电流。 三、电力二极管的参数选择及使用注意事项 1、 参数选择
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1） 额定正向平均电流IF的选择原则 2） 额定电压Urrm的选择原则 2、 电力二极管使用注意事项 四、电力二极管的主要类型 1.普通二极管
普通二极管(General Purpose Diode)又称整流二极管( Rectifier Diade}，多用于开关频率不高（1 kHz以下)的整流电路中。其反向恢复时间较长，一般在5微秒以上，这在开关频率不高时并不重要，在参数表中甚至不列出这一参数。但其正向电流定额和反向电压定额却可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上。 2.快恢复二极管
恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短〔一般在5微秒以下)的二极管被称为快恢复二极管(Fast Recovery Diade-FRD)，简称快速二极管。工艺上多采用了掺金措施，结构上有的采用PN结型结构，也有的采用对此加以改进的PiIV结构。特别是采用外延型PiN结构的所谓的快恢复外延二极管}（Fast Recaery Epitaxial Diode--FRED)，其反向恢复时间更短(可低于50ns)，正向压降也很低(0.9V左右)，但其反向耐压多在1200 V以下。不管是什么结构，快恢复二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到20---30ns。 3，肖特基二极管
以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管( Schottky Bar-rier L3iad---SBD} ,简称为肖特基二极管。肖特基二极管在信息电子电路中早就得到了应用，但直到20世纪80年代以来，由于工艺的发展才得以在电力电子电路中广泛应用。与以PIU结为基础的电力二极管相比，肖特基二极管的优点在于:反向恢复时间很短( 10 ---40ns，正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲;在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管。因此，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高。肖特基二极管的弱点在于:当所能承受的反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下的低压场合;反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。 小结：
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