全控型電力電子器件

1、導(dǎo)通：同晶閘管，導(dǎo)通：同晶閘管，AK正偏，正偏，GK正偏正偏關(guān)斷：門極加負(fù)脈沖電流關(guān)斷：門極加負(fù)脈沖電流3.特點(diǎn)n全控型n容量大n off5n電流控制型電流關(guān)斷增益電流關(guān)斷增益 off ： 最大可關(guān)最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流與門極負(fù)脈沖電流斷陽(yáng)極電流與門極負(fù)脈沖電流最大值最大值IGM之比稱為電流關(guān)斷之比稱為電流關(guān)斷增益增益GMATOoffII 1000A的的GTO關(guān)斷時(shí)門極關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖電流峰值要負(fù)脈沖電流峰值要200A 。電力晶體管電力晶體管GTR （Giant Transistor，巨型晶體管），巨型晶體管）圖1-15a)基極bP基區(qū)N漂移區(qū)N+襯底基極b 發(fā)射極 c集電極 cP+P+N+b)b

2、ec空穴流電子流c)EbEcibic=ibie=(1+ib1.1.單管單管GTR n單管單管GTRGTR的基本工作原理與晶體管相同的基本工作原理與晶體管相同n作為大功率開關(guān)管應(yīng)用時(shí)，作為大功率開關(guān)管應(yīng)用時(shí)，GTRGTR工作在工作在截止和導(dǎo)通兩種狀態(tài)。截止和導(dǎo)通兩種狀態(tài)。n主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好性好2達(dá)林頓GTRn單管單管 GTR GTR的電流增益低，將給基極驅(qū)動(dòng)電的電流增益低，將給基極驅(qū)動(dòng)電路造成負(fù)擔(dān)。達(dá)林頓結(jié)構(gòu)是路造成負(fù)擔(dān)。達(dá)林頓結(jié)構(gòu)是一種有效方式。一種有效方式。n達(dá)林頓結(jié)構(gòu)由兩個(gè)或多個(gè)晶體管復(fù)合而成，達(dá)林頓結(jié)構(gòu)由兩個(gè)或多個(gè)晶體管復(fù)合而成，可以是

3、可以是PNPPNP型也可以是型也可以是NPNNPN型，其性質(zhì)由驅(qū)型，其性質(zhì)由驅(qū)動(dòng)管來(lái)決定動(dòng)管來(lái)決定n 達(dá)林頓達(dá)林頓GTRGTR的開關(guān)速度慢，損耗大的開關(guān)速度慢，損耗大 3GTR 模塊n將將 GTR GTR管芯、穩(wěn)定電阻、加速二極管、管芯、穩(wěn)定電阻、加速二極管、續(xù)流二極管等組裝成一個(gè)單元，然后根續(xù)流二極管等組裝成一個(gè)單元，然后根據(jù)不同用途將幾個(gè)單元電路組裝在一個(gè)據(jù)不同用途將幾個(gè)單元電路組裝在一個(gè)外殼之內(nèi)構(gòu)成外殼之內(nèi)構(gòu)成GTRGTR模塊。模塊。n目前生產(chǎn)的目前生產(chǎn)的GTRGTR模塊可將多達(dá)模塊可將多達(dá)6 6個(gè)互相絕個(gè)互相絕緣的單元電路做在同一模塊內(nèi)，可很方緣的單元電路做在同一模塊內(nèi)，可很方便地組成

4、三相橋式電路。便地組成三相橋式電路。 一次擊穿一次擊穿v集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，IcIc迅速增大，迅速增大，出現(xiàn)雪崩擊穿；出現(xiàn)雪崩擊穿；v只要只要IcIc不超過限度，不超過限度，GTRGTR一般不會(huì)損壞，工作一般不會(huì)損壞，工作特性也不變。特性也不變。 二次擊穿二次擊穿v一次擊穿發(fā)生時(shí)，如果繼續(xù)增高外接電壓，一次擊穿發(fā)生時(shí)，如果繼續(xù)增高外接電壓，則則IcIc繼續(xù)增大，當(dāng)達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，繼續(xù)增大，當(dāng)達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，UceUce會(huì)會(huì)突然降低至一個(gè)小值，同時(shí)導(dǎo)致突然降低至一個(gè)小值，同時(shí)導(dǎo)致IcIc急劇上升，急劇上升，這種現(xiàn)象稱為二次擊穿這種現(xiàn)象稱為二次擊穿。v二次擊

5、穿的持續(xù)時(shí)間很短，一般在納秒至微二次擊穿的持續(xù)時(shí)間很短，一般在納秒至微秒范圍，常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞。必秒范圍，常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞。必需避免。需避免。N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 電氣圖形符號(hào) 電力電力MOSFET的種類的種類 按導(dǎo)電溝道可分為 P溝道溝道 和N溝道溝道 耗盡型耗盡型當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型對(duì)于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道 電力MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型第四節(jié)第四節(jié) 絕緣柵雙極

6、晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT n 絕 緣 柵 雙 極 型 晶 體 管 簡(jiǎn) 稱 為絕 緣 柵 雙 極 型 晶 體 管 簡(jiǎn) 稱 為 I G B T（ I n s u l a t e d G a t e B i o p o l a r Transistor）,是是80年代中期發(fā)展起來(lái)的年代中期發(fā)展起來(lái)的一種新型一種新型。nIGBT綜合了綜合了和和的輸入阻抗的輸入阻抗高、工作速度快、通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、工作速度快、通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、承受電流大的優(yōu)點(diǎn)。成為當(dāng)前電力半高、承受電流大的優(yōu)點(diǎn)。成為當(dāng)前電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展方向。導(dǎo)體器件的發(fā)展方向。1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)n復(fù)合結(jié)構(gòu)（復(fù)合結(jié)構(gòu)（= 柵極柵極本章

7、小結(jié)本章小結(jié)1、根據(jù)開關(guān)器件是否可控分類、根據(jù)開關(guān)器件是否可控分類（1）不可控器件：二極管）不可控器件：二極管VD（2）半控器件：普通晶閘管）半控器件：普通晶閘管SCR（3）全控器件：）全控器件：GTO、GTR、電力、電力MOSFET、IGBT等。等。 P46:表2-2（1）電流控制器件：驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電）電流控制器件：驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，工作頻率低。該類器件有路復(fù)雜，工作頻率低。該類器件有SCR、GTO、GTR。（2）電壓控制器件：驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電）電壓控制器件：驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單可靠，工作頻率高。該類器件有路簡(jiǎn)單可靠，工作頻率高。該類器件有MOSEET、IGBT。2、根據(jù)門極、根據(jù)門極(柵極柵極)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的不同驅(qū)動(dòng)信號(hào)的不同開通的正驅(qū)動(dòng)電壓 MOSFET：1015V IGBT：15 20V關(guān)斷的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓 -5 -15V（有利于減小