电力电子基本知识「电力电子技术基础」

今天带来电力电子基本知识「电力电子技术基础」，关于电力电子基本知识「电力电子技术基础」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

1、N型半导体与P型半导体

首先要明白N型半导体与P型半导体都是四价原子被杂质原子取代产生的。

之所以区分N型与P型，是因为N表示negative，代表其多子为电子，对应的，P表示positive，代表其多子为空穴。

半导体中，如果硅原子被一个磷原子取代，那么磷原子外层的五个外层电子的其中四个与周围的半导体原子（硅原子）形成共价键，多出的一个电子几乎不受束缚，较为容易地成为自由电子。于是，N型半导体就成为了含电子浓度较高的半导体，其导电性主要是因为自由电子导电。

半导体中，如果硅原子被一个硼原子取代，那么硼原子外层的三个外层电子与周围的半导体原子（硅原子）形成共价键的时候，会产生一个"空穴"，这个空穴可能吸引束缚电子来"填充"，使得硼原子成为带负电的离子。这样，这类半导体由于含有较高浓度的"空穴"（"相当于"正电荷），成为能够导电的物质。

需要注意的是，半导体内部总数保持电中性的。那上边的N型与P型半导体多子又是怎么回事呢？

这是由于半导体和掺入的微量元素都是电中性的，而掺杂过程中既不丧失电荷又不从外界得到电荷，只是在半导体中出现了大量可运动的电子或空穴，并没有破坏整个半导体内正负电荷的平衡状态。也就是说，半导体整体而言，其总是呈电中性，这点很重要，在接下来的电导调制效应我们会用到。

2、电力二极管的工作原理

电力二极管的最简化模型其实就是一个PN结。在PN结的P区和N区的交界处，由于两个区各自的多子不同，将会向另一区发生扩散作用，扩散到对方区内变成少子，从而在界面两侧分别留下带正、负电荷的不能移动的杂质离子。这些不能移动的正、负电荷称为空间电荷。空间电荷建立的电场称为内电场。内电场的方向是阻止扩散运动的，同时又吸引对方区内的少子向本区移动，形成漂移运动。扩散运动与漂移运动最终达到动态平衡，形成稳定的空间电荷区。

当我们使用电力二极管时，给其加正向电压，即外加电压的正极接P，负极接N，则外加电压会打破原先空间电荷区的平衡，明显的，外加电压产生的电场与自建电场方向相反，随着外加电压的升高，新的合成电场逐渐向着原先的内电场逐渐减小的方向变化，也就使得扩散运动大于漂移运动，产生正向电流。

当我们使用电力二极管时，给其加负向电压，即外加电压的正极接N，负极接P，则外加电压会打破原先空间电荷区的平衡，明显的，外加电压产生的电场与自建电场方向相同，随着外加电压的升高，新的合成电场逐渐向着原先的内电场逐渐增大的方向变化，也就使得漂移运动大于扩散运动，产生反向电流。但是由于漂移运动是少子的漂移，所以反向电流很小，只有微安级，因此反向偏置的PN结呈现高阻态，被称为反向截止。

3、电力二极管与信息二极管的区别

（1）电力二极管具有垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，可以提高通流能力。

（2）与简化模型不同，电力二极管为了提高耐压能力，在P区N区之间有一个低掺杂的N区。低掺杂的 N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料，即本征半导体，因此电力二极管的结构也 被称为P- i -N结构，这个 i 代表的就是英文Intrinsic Semiconductor（本征半导体）。

由于低掺杂的N区导电性差，所以低掺杂的N区越厚，耐压性越高。

（3）电力二极管具有电导调制效应，电导调制效应可以降低通态电阻。

4、电导调制效应

电导调制效应是个什么东西我之前一直不太理解，当了解了一些半导体物理知识之后便恍然大悟了。首先上文指出半导体整体而言是呈现电中性的，即使是掺杂了杂质元素时同样也是，上文说的很清楚。其次，为了提高耐压性而加入低掺杂的N区后，带来的一个缺点那就是电阻太大不利于电力二极管的正向导通。

当通过的正向电流较小时，管压降随着电流的上升而升高。当正向电流较大时，随着电流的流过，P区的多子（空穴）向着低掺杂N区移动，在低掺杂N区相当于少子，导致低掺杂N区少子的浓度很大，为了维持电中性的条件，来自N区的电子也会向低掺杂N区移动，使得电中性得以保持。这样，就会使得低掺杂N区的导电性大大提高，电阻率明显下降，使得电力二极管即使是正向电流较大时压降仍然很低，维持在1V左右，这就是电导调制效应。

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