kaiguandianyuanjishu

1、第二章第二章 電力電子器件電力電子器件 2.1 電力二極管電力二極管2.2 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管pmosfet2.3 絕緣門(mén)極雙極型晶體管絕緣門(mén)極雙極型晶體管igbt2.4 mosfet及及igbt的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)2.5 半導(dǎo)體電力開(kāi)關(guān)模塊和功率集成電路半導(dǎo)體電力開(kāi)關(guān)模塊和功率集成電路本章小結(jié)本章小結(jié)電力開(kāi)關(guān)器件家族樹(shù)電力開(kāi)關(guān)器件家族樹(shù) 電力開(kāi)關(guān)器件發(fā)展史電力開(kāi)關(guān)器件發(fā)展史 電力開(kāi)關(guān)器件的分類(lèi)電力開(kāi)關(guān)器件的分類(lèi)根據(jù)開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通、關(guān)斷可控性的不同，開(kāi)關(guān)器件根據(jù)開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通、關(guān)斷可控性的不同，開(kāi)關(guān)器件可以分為三類(lèi)：可以分為三類(lèi)：不可控器件：不可控器件：僅二極管僅二極管d是不可控

2、開(kāi)關(guān)器件。是不可控開(kāi)關(guān)器件。半控器件：半控器件： 僅普通晶閘管僅普通晶閘管scr屬于半控器件?？梢钥刂茖儆诎肟仄骷？梢钥刂破鋵?dǎo)通起始時(shí)刻，一旦其導(dǎo)通起始時(shí)刻，一旦scr導(dǎo)通后，導(dǎo)通后，scr仍繼續(xù)處于通態(tài)。仍繼續(xù)處于通態(tài)。全控型器件：全控型器件：三極管三極管bjt、可關(guān)斷晶閘管、可關(guān)斷晶閘管gto、電力場(chǎng)、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管效應(yīng)晶體管p-mosfet、絕緣門(mén)極晶體管、絕緣門(mén)極晶體管igbt都是全控型器都是全控型器件，即通過(guò)門(mén)極（或基極或柵極）是否施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)既能控件，即通過(guò)門(mén)極（或基極或柵極）是否施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)既能控制其開(kāi)通又能控制其關(guān)斷制其開(kāi)通又能控制其關(guān)斷電力開(kāi)關(guān)器件分類(lèi)電力開(kāi)關(guān)器件分類(lèi) 根

3、據(jù)開(kāi)通和關(guān)斷所需門(mén)極（柵極）驅(qū)動(dòng)信號(hào)的不同要求，根據(jù)開(kāi)通和關(guān)斷所需門(mén)極（柵極）驅(qū)動(dòng)信號(hào)的不同要求，開(kāi)關(guān)器件又可分為電流控制型開(kāi)關(guān)器件和電壓控制型開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)器件又可分為電流控制型開(kāi)關(guān)器件和電壓控制型開(kāi)關(guān)器件兩大類(lèi)：兩大類(lèi)： scr、bjt和和gto為電流驅(qū)動(dòng)控制型器件為電流驅(qū)動(dòng)控制型器件 pmosfet、igbt均為電壓驅(qū)動(dòng)控制型器件均為電壓驅(qū)動(dòng)控制型器件 三極管三極管bjt要求有正的、持續(xù)的基極電流開(kāi)通并保持為通要求有正的、持續(xù)的基極電流開(kāi)通并保持為通態(tài)，當(dāng)基極電流為零后態(tài)，當(dāng)基極電流為零后bjt關(guān)斷。為了加速其關(guān)斷，最好能提關(guān)斷。為了加速其關(guān)斷，最好能提供負(fù)的脈沖電流。供負(fù)的脈沖電流。 p

4、-mosfet和和igbt要求有正的持續(xù)的驅(qū)動(dòng)電壓使其開(kāi)通要求有正的持續(xù)的驅(qū)動(dòng)電壓使其開(kāi)通并保持為通態(tài)，要求有負(fù)的、持續(xù)的電壓使其關(guān)斷并保持為可并保持為通態(tài)，要求有負(fù)的、持續(xù)的電壓使其關(guān)斷并保持為可靠的斷態(tài)。電壓型驅(qū)動(dòng)器件的驅(qū)動(dòng)功率都遠(yuǎn)小于電流型開(kāi)關(guān)器靠的斷態(tài)。電壓型驅(qū)動(dòng)器件的驅(qū)動(dòng)功率都遠(yuǎn)小于電流型開(kāi)關(guān)器件，驅(qū)動(dòng)電路也比較簡(jiǎn)單可靠。件，驅(qū)動(dòng)電路也比較簡(jiǎn)單可靠。2.1 2.1 電力二極管電力二極管 power diode結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，自自20世紀(jì)世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用。年代初期就獲得應(yīng)用。 快恢復(fù)二極管和肖特基二極管，分別在中、快恢復(fù)二極管和肖特基二極管

5、，分別在中、高頻整流和逆變，以及低壓高頻整流的場(chǎng)合，具高頻整流和逆變，以及低壓高頻整流的場(chǎng)合，具有不可替代的地位。有不可替代的地位。2.1.2 2.1.2 半導(dǎo)體二極管基本特性單向?qū)щ娦?.1.3 2.1.3 半導(dǎo)體電力二極管重要參數(shù)半導(dǎo)體電力二極管的重要參數(shù)主要用來(lái)半導(dǎo)體電力二極管的重要參數(shù)主要用來(lái)衡量二極管使用過(guò)程中：衡量二極管使用過(guò)程中： 是否被過(guò)壓擊穿是否被過(guò)壓擊穿 是否會(huì)過(guò)熱燒毀是否會(huì)過(guò)熱燒毀 開(kāi)關(guān)特性開(kāi)關(guān)特性半導(dǎo)體電力二極管的開(kāi)關(guān)特性 開(kāi)關(guān)過(guò)程，由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為阻斷開(kāi)關(guān)過(guò)程，由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為阻斷狀態(tài)并不是立即完成，它要經(jīng)歷狀態(tài)并不是立即完成，它要經(jīng)歷一個(gè)短時(shí)的過(guò)渡過(guò)程；一個(gè)短時(shí)的過(guò)渡過(guò)

6、程； 此過(guò)程的長(zhǎng)短、過(guò)渡過(guò)程的波形此過(guò)程的長(zhǎng)短、過(guò)渡過(guò)程的波形對(duì)不同性能的二極管有很大差異；對(duì)不同性能的二極管有很大差異； 理解開(kāi)關(guān)過(guò)程對(duì)今后選用電力電理解開(kāi)關(guān)過(guò)程對(duì)今后選用電力電子器件，理解電力電子電路的運(yùn)子器件，理解電力電子電路的運(yùn)行是很有幫助的，因此應(yīng)對(duì)二極行是很有幫助的，因此應(yīng)對(duì)二極管的開(kāi)關(guān)特性有較清晰的了解管的開(kāi)關(guān)特性有較清晰的了解。二極管電流定額的含義2.1.4 電力二極管的類(lèi)型2.1.4 電力二極管的類(lèi)型2.1.4 電力二極管的類(lèi)型3 3） 肖特基二極管反向耐壓較低，（一般低于反向耐壓較低，（一般低于150v，）反向漏電流較大，多用于，）反向漏電流較大，多用于低電壓場(chǎng)合。低電壓場(chǎng)

7、合。* 正向壓降低，反向恢復(fù)時(shí)間短正向壓降低，反向恢復(fù)時(shí)間短2.1.5 二極管的基本應(yīng)用2.2 電力場(chǎng)效晶體管2.2 電力場(chǎng)效晶體管2.2 電力場(chǎng)效晶體管2.2 電力場(chǎng)效晶體管電力電力mosfet的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)2.2 電力場(chǎng)效晶體管(1) (1) 靜態(tài)特性靜態(tài)特性l漏極電流漏極電流i id d和柵源間電和柵源間電壓壓u ugsgs的關(guān)系稱(chēng)為的關(guān)系稱(chēng)為mosfetmosfet的轉(zhuǎn)移特性。的轉(zhuǎn)移特性。li id d較大時(shí)，較大時(shí)，i id d與與u ugsgs的關(guān)的關(guān)系近似線(xiàn)性，曲線(xiàn)的斜系近似線(xiàn)性，曲線(xiàn)的斜率定義為跨導(dǎo)率定義為跨導(dǎo)g gfsfs。2）電力mosfet的基本

8、特性電力電力mosfet的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性輸出特性2.2 電力場(chǎng)效晶體管mosfetmosfet的漏極伏安特性：的漏極伏安特性：電力電力mosfet的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性輸出特性l截止區(qū)（對(duì)應(yīng)于gtr的截止區(qū)）l飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)于gtr的放大區(qū)）l非飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)gtr的飽和區(qū)）l工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換。非飽和區(qū)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換。l漏源極之間有寄生二極管，漏源漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時(shí)器件導(dǎo)通。極間加反向電壓時(shí)器件

9、導(dǎo)通。l通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對(duì)器通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對(duì)器件并聯(lián)時(shí)的均流有利件并聯(lián)時(shí)的均流有利2.2 電力場(chǎng)效晶體管2.2 電力場(chǎng)效晶體管2.2 電力場(chǎng)效晶體管2.3 結(jié)緣柵雙極晶體管（igbt）2.3 結(jié)緣柵雙極晶體管（igbt）igbt的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b) 簡(jiǎn)化等效電路簡(jiǎn)化等效電路c) 電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào)n溝道溝道vdmosfet與與gtr組合組合n溝道溝道igbt。簡(jiǎn)化等效電路表明，簡(jiǎn)化等效電路表明，igbt是是gtr與與mosfet組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，一組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，一個(gè)由個(gè)由m

10、osfet驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)pnp晶體管。晶體管。rn為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。2.3 結(jié)緣柵雙極晶體管（igbt）2.3 結(jié)緣柵雙極晶體管（igbt）igbt的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a) 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性b) 輸出特性輸出特性2.3 結(jié)緣柵雙極晶體管（igbt）igbt的開(kāi)關(guān)過(guò)程的開(kāi)關(guān)過(guò)程2.3 結(jié)緣柵雙極晶體管（igbt）2.3 結(jié)緣柵雙極晶體管（igbt）2.4 mosfet及igbt的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)2.4 mosfet及igbt的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)光耦合器的類(lèi)型及接法光耦合器的類(lèi)型及接法a) 普通型普通型b) 高速型高速型c) 高傳輸比型高傳輸比型2

11、.4 mosfet及igbt的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)2.4 mosfet及igbt的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路2.4 mosfet及igbt的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電力電力mosfet的一種驅(qū)動(dòng)電路的一種驅(qū)動(dòng)電路2.4 mosfet及igbt的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)m57962l型型igbt驅(qū)動(dòng)器的原理和接線(xiàn)圖驅(qū)動(dòng)器的原理和接線(xiàn)圖2.4 mosfet及igbt的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)（3）脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng)）脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng) q5ixys24n50r4100/2bd7mur460c22470pwd318vr161kr810r123456t5nc1ina2gnd3inb4outb5vcc6outa7nc8u5

12、tc4424c1010.1uc10210ur1010rc1231nc1251u+15vsd171n5819d181n5819+15vs2.4 mosfet及igbt的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)關(guān)斷時(shí)的負(fù)載線(xiàn)關(guān)斷時(shí)的負(fù)載線(xiàn)di/dt抑制電路和充放電型抑制電路和充放電型rcd緩沖電路及波形緩沖電路及波形a) 電路電路b) 波形波形2.4 mosfet及igbt的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)di/dt抑制電路和充放電型抑制電路和充放電型rcd緩沖電路緩沖電路另外兩種常用的緩沖電路另外兩種常用的緩沖電路a) rc吸收電路吸收電路b) 放電阻止型放電阻止型rcd吸收電路吸收電路2.4 mosfet及igbt的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)2.5 功率模塊及功率集成電路2.5 功率模塊及功率集成電路2.5 功率模塊及功率集成電路本章小結(jié)主要內(nèi)容主要內(nèi)容全面介紹各種主要電力電子器件的基本結(jié)構(gòu)、工全面介紹各種主要電力電子器件的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、基本特性和主要參數(shù)等。作原理、基本特性和主要參數(shù)等。集中討論電力電子器件的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)集中討論電力電子器件的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電力電子器件類(lèi)型歸納電力電子器件類(lèi)型歸納單極型：電力單極型：電力mosfet雙極型：電力二極管雙極型：電力二極管復(fù)合型：復(fù)合型：igbt本章小結(jié)本章小結(jié)ligbt為主體，第四代產(chǎn)品，制造水平為主體，第四代產(chǎn)品，制造水平2.5kv /1.