第二電力電子器件學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1第二第二(d r) 電力電子器件電力電子器件第一頁，共208頁。第1頁/共208頁第二頁，共208頁。 圖電力電子器件的理想圖電力電子器件的理想(lxing)(lxing)開關(guān)模型開關(guān)模型l一、基本模型：一、基本模型：第2頁/共208頁第三頁，共208頁。第3頁/共208頁第四頁，共208頁。晶體管（晶體管（Insulated-Gate Bipolar Transistor）等。等。第4頁/共208頁第五頁，共208頁。關(guān)斷晶閘管、關(guān)斷晶閘管、功率晶體管、功率晶體管、IGCTIGCT等；等；動它工作。動它工作。如：代表性器如：代表性器件為件為 P- P-MOSFETMOSFET管和管和

2、IGBTIGBT管。管。第5頁/共208頁第六頁，共208頁。器件種類器件種類開關(guān)開關(guān)功能功能器件特性概略器件特性概略應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域電力電力二極管二極管不可不可控控5 k V / 3 k A5 k V / 3 k A 400Hz400Hz各種整流裝置各種整流裝置晶閘管晶閘管半控半控導(dǎo)通導(dǎo)通6kV/6kA6kV/6kA400Hz400Hz8kV/3.5kA8kV/3.5kA光光控控SCRSCR煉鋼廠、軋鋼機(jī)、直流輸電煉鋼廠、軋鋼機(jī)、直流輸電、電解用整流器、電解用整流器可關(guān)斷可關(guān)斷晶閘管晶閘管自關(guān)自關(guān)斷型斷型（全（全控）控）6kV/6kA500Hz工業(yè)逆變器、電力機(jī)車用逆工業(yè)逆變器、電力機(jī)車用逆

3、變器、無功補(bǔ)償器變器、無功補(bǔ)償器P-MOSFETP-MOSFET600V/70A100kHz開關(guān)電源、小功率開關(guān)電源、小功率UPSUPS、小功、小功率逆變器率逆變器IGBTIGBT1200V1200V/1200A20kHz4.5kV/1.2kA2kHz各種整流各種整流/ /逆變器（逆變器（UPSUPS、變、變頻器、家電）、電力機(jī)車用頻器、家電）、電力機(jī)車用逆變器、中壓變頻器逆變器、中壓變頻器第6頁/共208頁第七頁，共208頁。器件器件v2.9 、電力電子器件的驅(qū)、電力電子器件的驅(qū)動與保護(hù)動與保護(hù)第7頁/共208頁第八頁，共208頁。1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)2、工作原、工作原理理(yunl)3、特性、特

4、性4、參數(shù)、參數(shù)第8頁/共208頁第九頁，共208頁。第9頁/共208頁第十頁，共208頁。, 替代的地位。替代的地位。第10頁/共208頁第十一頁，共208頁。圖電力圖電力(dinl)二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符 a）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu) b）外形）外形 c）電氣圖形）電氣圖形第11頁/共208頁第十二頁，共208頁。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。+-+-+-+-+-空間電荷區(qū)P型區(qū)N型區(qū)內(nèi)電場第12頁/共208頁第十三頁，共208頁。l圖電力二極管的伏安特性圖電力二極管的伏安特性(txng)(txng)曲線曲線第13頁/共208頁第十四頁

5、，共208頁。第14頁/共208頁第十五頁，共208頁。 勢壘電容是由空間電荷區(qū)的離子(lz)薄層形成的。當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子(lz)薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)PN結(jié)中存儲的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢壘電容的示意圖如下。第15頁/共208頁第十六頁，共208頁。擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時(shí)，由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴(kn xu)相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過來的電子就堆積在 P 區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。擴(kuò)散電容示意圖第16頁/共208頁第十七頁，共208頁。第17頁

6、/共208頁第十八頁，共208頁。第18頁/共208頁第十九頁，共208頁。1、電力二極管的伏安、電力二極管的伏安(f n)特性特性 當(dāng)電力二極管承受的正向當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到一定值（門檻電壓電壓大到一定值（門檻電壓UTO），正向電流才開始明顯），正向電流才開始明顯增 加 ， 處 于 穩(wěn) 定 導(dǎo) 通 狀 態(tài)增 加 ， 處 于 穩(wěn) 定 導(dǎo) 通 狀 態(tài)(zhungti)。與正向電流。與正向電流IF對對應(yīng)的電力二極管兩端的電壓應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。即為其正向電壓降。 當(dāng)電力二極管承受反向電當(dāng)電力二極管承受反向電壓時(shí)，只有少子引起的微小而壓時(shí)，只有少子引起的微小而數(shù)值

7、恒定的反向漏電流。數(shù)值恒定的反向漏電流。圖電力二極管的圖電力二極管的伏安伏安(f n)(f n)特性曲線特性曲線 特性曲線特性曲線:/(1)TV VSIIe第19頁/共208頁第二十頁，共208頁。第20頁/共208頁第二十一頁，共208頁。狀態(tài)狀態(tài)(zhungti)：過程過程(guchng)：導(dǎo)通、阻斷開通、關(guān)斷定義：定義：反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程（反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程（關(guān)斷過程、開通過程關(guān)斷過程、開通過程）。）。第21頁/共208頁第二十二頁，共208頁。圖電力二極管開關(guān)過程圖電力二極管開關(guān)過程(guchng)(guchng)中電壓、電流波形中電壓、電流波形第22頁/共208頁

8、第二十三頁，共208頁。第23頁/共208頁第二十四頁，共208頁。需一定的時(shí)間來儲存大量非平衡需一定的時(shí)間來儲存大量非平衡少子，達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較少子，達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大。大。正向電流的上升會因器件自身的正向電流的上升會因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上升電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上升率越大，率越大，UFPUFP越高越高 。（2 2）開通特性：如圖（）開通特性：如圖（b b）所示）所示 電力電力(dinl)(dinl)二極管由零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置的通態(tài)過程。二極管由零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置的通態(tài)過程。圖電力二極管開關(guān)圖電力二極管開關(guān)(kigun)(kigun)過程中電壓、電流波形過程

9、中電壓、電流波形第24頁/共208頁第二十五頁，共208頁。圖電力二極管開關(guān)過程圖電力二極管開關(guān)過程(guchng)(guchng)中電壓、電流波形中電壓、電流波形第25頁/共208頁第二十六頁，共208頁。電力二極管的主要電力二極管的主要(zhyo)(zhyo)類型：類型：第26頁/共208頁第二十七頁，共208頁。第27頁/共208頁第二十八頁，共208頁。 0)(sin21mmAVFIttdII（）（）（）（）（）（）（）（）2)sin(2102mmFItdtII 電電流流平平均均值值電電流流有有效效值值 fK57. 12)( AVFFfIIK可求出正弦半波可求出正弦半波(bn b)(b

10、n b)電流的波形系數(shù)電流的波形系數(shù): : 定義某電流波形的有效值與平均值之比為這個(gè)電流波形的定義某電流波形的有效值與平均值之比為這個(gè)電流波形的波形系數(shù)（脈動系數(shù)），用波形系數(shù)（脈動系數(shù)），用K Kf f表示：表示：額定電流有效值為額定電流有效值為: :（1）額定正向平均電流）額定正向平均電流IF(AV)第28頁/共208頁第二十九頁，共208頁。第29頁/共208頁第三十頁，共208頁。/1.57FAVFIIIF(AV)=(1.52) IF /1.57第30頁/共208頁第三十一頁，共208頁。如手冊上某電力(dinl)二極管的額定電流為100A，說明：允許通過平均值為100A的正弦半波電流

11、；允許通過正弦半波電流的幅值為314A；允許通過任意波形的有效值為157A的電流；在以上所有情況下其功耗發(fā)熱不超過允許值。ImFAVI1.57FFAVII第31頁/共208頁第三十二頁，共208頁。（2 2）反向重復(fù)峰值）反向重復(fù)峰值(fn zh)(fn zh)電壓電壓RRMRRM： 指器件能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓（額定電壓）指器件能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓（額定電壓）此電壓通常為擊穿電壓此電壓通常為擊穿電壓U U的的2/32/3。l（3 3） 正向壓降正向壓降F F： 指規(guī)定條件下，流過穩(wěn)定的額定電流時(shí)，器件兩端指規(guī)定條件下，流過穩(wěn)定的額定電流時(shí)，器件兩端的正向平均電壓的正向平均電壓(

12、 (又稱管壓降又稱管壓降) )。（4 4） 反向漏電流反向漏電流RRRR：指器件對應(yīng)于反向重復(fù)峰值電壓時(shí)的反向電流。指器件對應(yīng)于反向重復(fù)峰值電壓時(shí)的反向電流。 （5）最高工作結(jié)溫最高工作結(jié)溫jM：第32頁/共208頁第三十三頁，共208頁。D1D2D3D4VDCVAC（a）整流（b）續(xù)流DLiSVSRR第33頁/共208頁第三十四頁，共208頁。第34頁/共208頁第三十五頁，共208頁。第35頁/共208頁第三十六頁，共208頁。逆變、交流調(diào)壓、直流變換等領(lǐng)域, 成為特大功率低頻(200Hz以下(yxi)裝置中的主要器件。第36頁/共208頁第三十七頁，共208頁。圖圖晶閘管的外型晶閘管的外

13、型及符號及符號(fho)(fho)1、晶閘管的結(jié)構(gòu)：晶閘管的結(jié)構(gòu)：第37頁/共208頁第三十八頁，共208頁。常用(chn yn)晶閘管的結(jié)構(gòu)螺栓(lushun)型晶閘管晶閘管模塊(m kui)平板型晶閘管外形及結(jié)構(gòu)第38頁/共208頁第三十九頁，共208頁。圖晶閘管的散熱器圖晶閘管的散熱器第39頁/共208頁第四十頁，共208頁。晶閘管的結(jié)構(gòu)(jigu)和結(jié)構(gòu)(jigu)模型螺栓(lushun)型第40頁/共208頁第四十一頁，共208頁。額定電壓額定電壓, ,用百位或千位數(shù)表示用百位或千位數(shù)表示取取UFRMUFRM或或URRMURRM較小者。正、反向較小者。正、反向(fn xin)(fn

14、xin)斷態(tài)重復(fù)峰值電壓斷態(tài)重復(fù)峰值電壓額定正向平均電流額定正向平均電流( (IF)晶閘管晶閘管K P普通型普通型如如KP5-7表示表示額定正向平均電流為額定正向平均電流為5A,額定電壓為額定電壓為700V。第41頁/共208頁第四十二頁，共208頁。圖晶閘管的結(jié)構(gòu)圖晶閘管的結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)模型和等效電路模型和等效電路 1 1）導(dǎo)通：晶閘管陽極施加正向電壓時(shí)）導(dǎo)通：晶閘管陽極施加正向電壓時(shí), , 若給門極若給門極G G也加正向電壓也加正向電壓Ug,Ug,門極電流門極電流IgIg經(jīng)三極管經(jīng)三極管T2T2放大后成為集電極電流放大后成為集電極電流Ic2Ic2，Ic2Ic2又是三極管又是三

15、極管T1T1的基極電流的基極電流, , 放大后的集電極電流放大后的集電極電流Ic1Ic1進(jìn)一步使進(jìn)一步使IgIg增大且又作為增大且又作為T2T2的基極電流流入。重復(fù)上述正反饋過程，兩個(gè)三極管的基極電流流入。重復(fù)上述正反饋過程，兩個(gè)三極管T1T1、T2T2都快速進(jìn)入飽和狀態(tài)都快速進(jìn)入飽和狀態(tài), ,使晶閘管陽極使晶閘管陽極A A與陰極與陰極(ynj)K(ynj)K之間導(dǎo)通。此時(shí)若撤除之間導(dǎo)通。此時(shí)若撤除Ug, T1Ug, T1、T2T2內(nèi)部電流仍維持原來的方向內(nèi)部電流仍維持原來的方向, ,只要滿足陽極正偏的條件只要滿足陽極正偏的條件, ,晶閘管就一直導(dǎo)通。晶閘管就一直導(dǎo)通。晶閘管晶閘管( (單向?qū)?/p>

16、電性單向?qū)щ娦?,),導(dǎo)通條件為導(dǎo)通條件為陽極正偏陽極正偏和和門極正偏門極正偏。雙晶體管模型：雙晶體管模型：T T2 2的集電極與的集電極與T T1 1基極連基極連T T2 2的的基基極與極與T T1 1集電集電極連極連第42頁/共208頁第四十三頁，共208頁。 在極短時(shí)間內(nèi)使兩個(gè)在極短時(shí)間內(nèi)使兩個(gè)三極管均飽和導(dǎo)通，此三極管均飽和導(dǎo)通，此過程過程(guchng)稱觸發(fā)稱觸發(fā)導(dǎo)通。導(dǎo)通。G2Bii 1BG22Ciii 2C11Cii 2BG21ii EA+_R T1T2EG_+G21iG2iGi2Bi第43頁/共208頁第四十四頁，共208頁。EA+_R T1T2EG2BiG2iGiG21i_

17、+G2Bii 1BG22Ciii 2C11Cii 2BG21ii G第44頁/共208頁第四十五頁，共208頁。圖晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路圖晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路第45頁/共208頁第四十六頁，共208頁。陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值(shz)(shz)造成雪崩造成雪崩效應(yīng)效應(yīng)陽極電壓上升率陽極電壓上升率du/dtdu/dt過高過高結(jié)溫較高結(jié)溫較高光觸發(fā)光觸發(fā)光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路之間的良好光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路之間的良好絕緣而應(yīng)用于高壓電力設(shè)備中，稱為光控晶閘管絕緣而應(yīng)用于高壓電力設(shè)備中，稱為光控晶閘管（Light Triggered Thyri

18、storLTTLight Triggered ThyristorLTT）。）。只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。段。其他其他(qt)(qt)幾種可能導(dǎo)通的情況：幾種可能導(dǎo)通的情況：第46頁/共208頁第四十七頁，共208頁。 必須使可控硅陽極電流減小，直到正反饋效應(yīng)不能維持。必須使可控硅陽極電流減小，直到正反饋效應(yīng)不能維持。 將陽極電源斷開或者在晶閘管的將陽極電源斷開或者在晶閘管的第47頁/共208頁第四十八頁，共208頁。AGKVsRIAIC1IgVgRgIC2ICT1T2P1J1N1J2J3J2P2P2N1N2iB2(d)等效電路可控開通(

19、kitng)關(guān)斷時(shí)：強(qiáng)迫(qing p)其電流 下降到維持電流以下0111CBACiIaI0222CBCCiIaI02121IIaIaIIICACCA)(12120aaIaIIgA通態(tài)時(shí)121aaAI()ACIIAgCIII第48頁/共208頁第四十九頁，共208頁。第49頁/共208頁第五十頁，共208頁。UDRM、URRM正、反向斷正、反向斷 態(tài)重復(fù)峰值電壓；態(tài)重復(fù)峰值電壓；UDSM、URSM正、反向斷態(tài)正、反向斷態(tài) 不重復(fù)峰值電壓；不重復(fù)峰值電壓；UBO正向轉(zhuǎn)折電壓；正向轉(zhuǎn)折電壓；URO反向擊穿電壓。反向擊穿電壓。. 晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性 ：第50頁/共208頁第五十一頁，共

20、208頁。URRMUFRMIG2 IG1 IG0 UBRIFUBOIHOUIIG0IG1IG2正向平均電流正向平均電流()If U曲線第51頁/共208頁第五十二頁，共208頁。圖晶閘管陽極圖晶閘管陽極(yngj)(yngj)伏安特性伏安特性（1 1）晶閘管的正向）晶閘管的正向(zhn xin)(zhn xin)特性：特性：第52頁/共208頁第五十三頁，共208頁。圖晶閘管陽極圖晶閘管陽極(yngj)(yngj)伏安特伏安特性性（2 2）晶閘管的反向）晶閘管的反向(fn xin)(fn xin)特性：特性：第53頁/共208頁第五十四頁，共208頁。晶閘管的開通和關(guān)斷過程晶閘管的開通和關(guān)斷過

21、程(guchng)(guchng)電壓和電流波形。電壓和電流波形。l晶閘管的開通晶閘管的開通(kitng)(kitng)和關(guān)斷過程波形和關(guān)斷過程波形第54頁/共208頁第五十五頁，共208頁。l1) 1) 開通開通(kitng)(kitng)過程：過程：第55頁/共208頁第五十六頁，共208頁。l晶閘管的開通晶閘管的開通(kitng)(kitng)和關(guān)斷過程波形和關(guān)斷過程波形 l2) 2) 關(guān)斷過程關(guān)斷過程(guchng)(guchng)（1-7)1-7)普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約幾百微秒。普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約幾百微秒。 反向阻斷恢復(fù)時(shí)間反向阻斷恢復(fù)時(shí)間t trrrr：正向電流降為零到反向恢復(fù)

22、電流衰減至正向電流降為零到反向恢復(fù)電流衰減至接近于零的時(shí)間接近于零的時(shí)間第56頁/共208頁第五十七頁，共208頁。圖電力二極管開關(guān)過程中電壓圖電力二極管開關(guān)過程中電壓(diny)(diny)、電流波形、電流波形比較比較(bjio)二極管：二極管：第57頁/共208頁第五十八頁，共208頁。第58頁/共208頁第五十九頁，共208頁。（1 1）晶閘管的重復(fù)）晶閘管的重復(fù)(chngf)(chngf)峰值電壓峰值電壓額定電壓額定電壓UteUte第59頁/共208頁第六十頁，共208頁。1 1）定義：在環(huán)境溫度為）定義：在環(huán)境溫度為4040和規(guī)定的冷卻條件下和規(guī)定的冷卻條件下, , 晶晶閘管在電阻閘

23、管在電阻(dinz)(dinz)性負(fù)載導(dǎo)通角不小于性負(fù)載導(dǎo)通角不小于170170的單相工頻正弦的單相工頻正弦半波電路中半波電路中, , 當(dāng)結(jié)溫穩(wěn)定且不超過額定結(jié)溫時(shí)所允許的當(dāng)結(jié)溫穩(wěn)定且不超過額定結(jié)溫時(shí)所允許的最大通態(tài)平均電流。最大通態(tài)平均電流。第60頁/共208頁第六十一頁，共208頁。 0)(sin21mmAVTIttdII2)sin(2102mmTItdtII 電電流流平平均均值值電電流流有有效效值值 fK57. 12)( AVTTfIIK（）（）（）（）（）（）（）（） 根據(jù)額定電流根據(jù)額定電流(dinli)(dinli)的定義可知，額定通態(tài)平均電流的定義可知，額定通態(tài)平均電流(dinl

24、i)(dinli)是指在通以單相工頻正弦波電流是指在通以單相工頻正弦波電流(dinli)(dinli)時(shí)的允許最大平均電流時(shí)的允許最大平均電流(dinli)(dinli)。設(shè)該正弦半波電流。設(shè)該正弦半波電流(dinli)(dinli)的峰值為的峰值為Im, Im, 則額定電流則額定電流(dinli)(dinli)(平均電流平均電流(dinli)(dinli)為：為：額定電流有效值為：額定電流有效值為： 現(xiàn)定義某電流波形現(xiàn)定義某電流波形(b xn)(b xn)的有效值與平均值之比為這個(gè)電流波形的有效值與平均值之比為這個(gè)電流波形(b xn)(b xn)的波形的波形(b xn)(b xn)系數(shù)，用系

25、數(shù)，用KfKf表示：表示：根據(jù)上式可求出正弦半波電流的波形系數(shù)：根據(jù)上式可求出正弦半波電流的波形系數(shù)：第61頁/共208頁第六十二頁，共208頁。答：第62頁/共208頁第六十三頁，共208頁。 3 3）晶閘管的銘牌上都標(biāo)明）晶閘管的銘牌上都標(biāo)明了其觸發(fā)電流和電壓在常溫了其觸發(fā)電流和電壓在常溫下的實(shí)測值，但觸發(fā)電流、下的實(shí)測值，但觸發(fā)電流、電壓受溫度的影響很大，溫電壓受溫度的影響很大，溫度升高，度升高，UGT UGT 、IGT IGT 值會顯值會顯著降低，溫度降低，著降低，溫度降低，UGT UGT 、IGT IGT 值又會增大。為了保證值又會增大。為了保證晶閘管的可靠觸發(fā)，在實(shí)際晶閘管的可靠觸

26、發(fā)，在實(shí)際應(yīng)用中，外加門極電壓的幅應(yīng)用中，外加門極電壓的幅值應(yīng)比值應(yīng)比UGT UGT 大幾倍。大幾倍。第63頁/共208頁第六十四頁，共208頁。組組 別別ABC通態(tài)平均電壓（通態(tài)平均電壓（V）T0.40.4T0.50.5T0.6組組 別別DEF通態(tài)平均電壓（通態(tài)平均電壓（V）0.6T0.70.7T0.80.8T0.9組組 別別GHI通態(tài)平均電壓（通態(tài)平均電壓（V）0.9T1.01.0T1.11.1T1.2表晶閘管通態(tài)平均表晶閘管通態(tài)平均(pngjn)(pngjn)電壓分組電壓分組第64頁/共208頁第六十五頁，共208頁。n第65頁/共208頁第六十六頁，共208頁。（6 6）通態(tài)電流）通態(tài)

27、電流(dinli)(dinli)臨界上升率臨界上升率 di/dt di/dt 第66頁/共208頁第六十七頁，共208頁。的作用，如果這個(gè)電流過大，的作用，如果這個(gè)電流過大，將會使元件誤觸發(fā)導(dǎo)通。將會使元件誤觸發(fā)導(dǎo)通。第67頁/共208頁第六十八頁，共208頁。第68頁/共208頁第六十九頁，共208頁。第69頁/共208頁第七十頁，共208頁。1. 快速快速(kui s)晶閘管晶閘管(Fast Switching ThyristerFST第70頁/共208頁第七十一頁，共208頁。a)b)IOUIG=0GT1T2圖雙向晶閘管的電氣圖雙向晶閘管的電氣(dinq)(dinq)圖形符號和圖形符號和

28、伏安特性伏安特性a) a) 電氣電氣(dinq)(dinq)圖形符號圖形符號 b) b) 伏安特性伏安特性2. 雙向晶閘管雙向晶閘管(TRIAC)(TRIAC)第71頁/共208頁第七十二頁，共208頁。b)a)UOIKGAIG=0圖逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號圖逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號和伏安和伏安(f n)特性特性a) 電氣圖形符號電氣圖形符號 b) 伏安伏安(f n)特性特性l3. 逆導(dǎo)晶閘管逆導(dǎo)晶閘管 (RCT)第72頁/共208頁第七十三頁，共208頁。 4. 光控晶閘管光控晶閘管(LTT)(LTT)第73頁/共208頁第七十四頁，共208頁。第74頁/共208頁第七十五頁，共208頁。第

29、75頁/共208頁第七十六頁，共208頁。第76頁/共208頁第七十七頁，共208頁。圖圖1-13 GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 a) 各單元的陰極、門極間隔各單元的陰極、門極間隔(jin g)排列的圖形排列的圖形 b) 并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖 c) 電氣圖形符號電氣圖形符號1、可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)、可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)第77頁/共208頁第七十八頁，共208頁。通時(shí)儲存通時(shí)儲存(chcn)(chcn)的大量載的大量載流子流子) )，強(qiáng)烈正反饋使器件退，強(qiáng)烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。出飽和而關(guān)斷。第78頁/共208頁第七十九頁，共208頁。T2的電

30、流分配系數(shù)2較大；T1、T2飽和(boh)深度較淺。GTO （Gate Turn-Off Thyristor）為什么能靠反向觸發(fā)(chf)電流關(guān)斷？采用雙晶體管模型來分析采用雙晶體管模型來分析(fnx)(fnx)： 分別具有共基電流增益分別具有共基電流增益11、22，由普通晶閘管分析由普通晶閘管分析(fnx)(fnx)可知：可知：1+2=11+2=1是器件導(dǎo)通的臨界條件。是器件導(dǎo)通的臨界條件。1+211+21兩個(gè)等效晶體管過飽和使器件導(dǎo)通兩個(gè)等效晶體管過飽和使器件導(dǎo)通。1+211+21不能維持器件飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。不能維持器件飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。與普通晶閘管不同的是：與普通晶閘管不同的是：22較大，

31、較大，T2T2管易于管易于控制；控制；1+211+21更接近更接近1 1，約為，約為1.051.05，( (而普而普通晶閘管通晶閘管1.15).1.15).飽和程度不深，接近臨界飽飽和程度不深，接近臨界飽和，為門極控制關(guān)斷提供有利條件。和，為門極控制關(guān)斷提供有利條件。02121 ()gAIa IIaa第79頁/共208頁第八十頁，共208頁。AGKVsRIAIC1IgVgRgIC2ICT1T2P1J1N1J2J3J2P2P2N1N2iB2(d)等效電路可控開通(kitng)關(guān)斷時(shí)：強(qiáng)迫(qing p)其電流 下降到維持電流以下0111CBACiIaI0222CBCCiIaI02121IIaIa

32、IIICACCA)(12120aaIaIIgA通態(tài)時(shí)121aaAI()ACIIAgCIII第80頁/共208頁第八十一頁，共208頁。GTOGTO與普通晶閘管不同的是：與普通晶閘管不同的是：1.1.設(shè)計(jì)器件時(shí)使得設(shè)計(jì)器件時(shí)使得22較大，晶體管較大，晶體管T2T2控制靈敏?？刂旗`敏。GTOGTO易于關(guān)斷。易于關(guān)斷。2.2.導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)1+21+2接近接近1 1，接近臨界飽和，為門極控制關(guān)斷提供有利條件，接近臨界飽和，為門極控制關(guān)斷提供有利條件，但導(dǎo)通時(shí)管壓降增大。但導(dǎo)通時(shí)管壓降增大。3.3.多元集成結(jié)構(gòu)使每個(gè)多元集成結(jié)構(gòu)使每個(gè)GTOGTO元陰極面積很小，門極與陰極間距離大大縮短，元陰極面積很小，

33、門極與陰極間距離大大縮短，使得使得P2P2基區(qū)橫向電阻很小，從而使門極抽出較大的電流?；鶇^(qū)橫向電阻很小，從而使門極抽出較大的電流。4.GTO4.GTO多元集成結(jié)構(gòu)對關(guān)斷有利，更易于關(guān)斷；也比普通晶閘管開通過程多元集成結(jié)構(gòu)對關(guān)斷有利，更易于關(guān)斷；也比普通晶閘管開通過程(guchng)(guchng)更快，承受更快，承受di/dtdi/dt的能力增強(qiáng)。的能力增強(qiáng)。第81頁/共208頁第八十二頁，共208頁。第82頁/共208頁第八十三頁，共208頁。l圖可關(guān)斷晶閘管的開關(guān)圖可關(guān)斷晶閘管的開關(guān)(kigun)(kigun)特性特性 1）開通過程：）開通過程：1、可關(guān)斷晶閘管的特性、可關(guān)斷晶閘管的特性第

34、83頁/共208頁第八十四頁，共208頁。l圖可關(guān)斷晶閘管圖可關(guān)斷晶閘管l 的開關(guān)的開關(guān)(kigun)(kigun)特性特性 1 1、可關(guān)斷晶閘管的特性、可關(guān)斷晶閘管的特性第84頁/共208頁第八十五頁，共208頁。2、可關(guān)斷晶閘管的主要參數(shù)、可關(guān)斷晶閘管的主要參數(shù)第85頁/共208頁第八十六頁，共208頁。GMATOoffII （）（）（4 4）電流）電流(dinli)(dinli)關(guān)斷增益關(guān)斷增益off off ：第86頁/共208頁第八十七頁，共208頁。l 3 3、可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用、可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用(yngyng) (yngyng) 1 1）GTOGTO主要用于直流變換和逆變等需要

35、元件強(qiáng)迫關(guān)斷主要用于直流變換和逆變等需要元件強(qiáng)迫關(guān)斷的地方，電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，達(dá)的地方，電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，達(dá)到兆瓦級的數(shù)量級。到兆瓦級的數(shù)量級。v 不少不少GTOGTO都制造成逆導(dǎo)型，類似于逆導(dǎo)晶閘管，需承受都制造成逆導(dǎo)型，類似于逆導(dǎo)晶閘管，需承受反壓時(shí)應(yīng)和電力二極管串聯(lián)反壓時(shí)應(yīng)和電力二極管串聯(lián) 。v 用門極正脈沖可使用門極正脈沖可使GTOGTO開通，開通， 用門極負(fù)脈沖可以使其關(guān)斷，用門極負(fù)脈沖可以使其關(guān)斷， 這是這是GTOGTO最大的優(yōu)點(diǎn)。最大的優(yōu)點(diǎn)。 但要使但要使GTOGTO關(guān)斷的門極反向電流比較大關(guān)斷的門極反向電流比較大， 約為陽極電流的約為陽極

36、電流的/ /左右。左右。 v GTOGTO的通態(tài)管壓降比較大，的通態(tài)管壓降比較大， 一般為一般為2 23V3V。（臨界飽和狀。（臨界飽和狀態(tài)）態(tài)）v GTOGTO有能承受反壓和不能承受反壓兩種類型，有能承受反壓和不能承受反壓兩種類型， 在使用時(shí)在使用時(shí)要特別注意。要特別注意。第87頁/共208頁第八十八頁，共208頁。第88頁/共208頁第八十九頁，共208頁。n2 2）應(yīng)用：）應(yīng)用：n2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代以來，在中、年代以來，在中、小功率小功率(gngl)(gngl)范圍內(nèi)取代范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被晶閘管，但目前又大多被IGBTIGBT和電力和電力MOSFETMOSFET取

37、代。取代。第89頁/共208頁第九十頁，共208頁。第90頁/共208頁第九十一頁，共208頁。圖的結(jié)構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)(jigu)、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動 a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)(jigu)斷面示意圖斷面示意圖 b) 電氣圖形符號電氣圖形符號 c) 內(nèi)部載流子的流動內(nèi)部載流子的流動第91頁/共208頁第九十二頁，共208頁。BCII （）（）IC=IB +ICEOv在應(yīng)用中，在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。一般采用共發(fā)射極接法。v集電極電流集電極電流(dinli)Ic與基極電流與基極電流(dinli)Ib之比為之比為lGTR的的電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)，

38、l反映了基極電流對集電極電流的控制能力反映了基極電流對集電極電流的控制能力 v當(dāng)考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流當(dāng)考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流ICEO時(shí)，時(shí)， IC和和IB的關(guān)系為的關(guān)系為（）（）第92頁/共208頁第九十三頁，共208頁。第93頁/共208頁第九十四頁，共208頁。圖共發(fā)射極接法圖共發(fā)射極接法 時(shí)時(shí)GTR的輸出特性的輸出特性l1、GTR共射電路輸出特性共射電路輸出特性 輸出特性：截止區(qū)輸出特性：截止區(qū)( (又叫阻斷區(qū)又叫阻斷區(qū)) )、線性放大區(qū)、準(zhǔn)飽和線性放大區(qū)、準(zhǔn)飽和(boh)(boh)區(qū)和深飽和區(qū)和深飽和(boh)(boh)區(qū)四個(gè)區(qū)域。區(qū)四個(gè)區(qū)域。 截止區(qū)：截止區(qū)：I I

39、B B0(0(或或I IB B=0)=0)，U UBEBE0 0，U UBCBC0 0，GTRGTR承受高電壓，且有很小的穿透電流承受高電壓，且有很小的穿透電流流過，流過，類似于開關(guān)的斷態(tài)類似于開關(guān)的斷態(tài)； 線性放大區(qū)：線性放大區(qū)：U UBEBE0 0，U UBCBC0 0，I IC C=I=IB B，GTR GTR 應(yīng)避免工作在線應(yīng)避免工作在線性區(qū)以防止大功耗損壞性區(qū)以防止大功耗損壞GTRGTR； 準(zhǔn)飽和區(qū)：準(zhǔn)飽和區(qū)：隨著隨著I IB B的增大，此的增大，此時(shí)時(shí)U UBEBE0 0，U UBCBC0 0，但，但I(xiàn) IC C與與I IB B之間不之間不再呈線性關(guān)系，再呈線性關(guān)系，開始下降，曲線

40、開始下降，曲線開始彎曲；開始彎曲；第94頁/共208頁第九十五頁，共208頁。圖的開通圖的開通(kitng)和和 關(guān)斷過程電流波形關(guān)斷過程電流波形l2 2、GTRGTR的開關(guān)特性的開關(guān)特性（1）開通過程：）開通過程：第95頁/共208頁第九十六頁，共208頁。圖的開通和圖的開通和 關(guān)斷過程關(guān)斷過程(guchng)(guchng)電流波形電流波形l2 2、GTRGTR的開關(guān)特性的開關(guān)特性（1）關(guān)斷過程：）關(guān)斷過程：第96頁/共208頁第九十七頁，共208頁。3、GTR的主要參數(shù)的主要參數(shù) (1) 電壓電壓(diny)定額定額 (2) 電流定額電流定額 集基極擊穿電壓集基極擊穿電壓BUCBO：發(fā)射

41、極開路時(shí)，集射極能承受發(fā)射極開路時(shí)，集射極能承受的最高電壓；的最高電壓； 集射極擊穿電壓集射極擊穿電壓BUCEO：基極開路時(shí)，集射極能承受的最高基極開路時(shí)，集射極能承受的最高電壓；電壓；第97頁/共208頁第九十八頁，共208頁。 3、GTR的主要參數(shù)（續(xù)）的主要參數(shù)（續(xù)）第98頁/共208頁第九十九頁，共208頁。隨管殼溫度隨管殼溫度TC的增加的增加(zngji)而增加而增加(zngji)。圖飽和壓降特性曲線圖飽和壓降特性曲線3、GTR的主要參數(shù)（續(xù)）的主要參數(shù)（續(xù)）(6) 共射直流電流共射直流電流增益增益：=ICIB第99頁/共208頁第一百頁，共208頁。l4、二次擊穿和安全、二次擊穿和

42、安全(nqun)工作區(qū)工作區(qū)（1） 二次擊穿二次擊穿圖一次擊穿、圖一次擊穿、二次擊穿原理二次擊穿原理圖二次擊穿臨界線圖二次擊穿臨界線第100頁/共208頁第一百零一頁，共208頁。l4、二次擊穿、二次擊穿(j chun)和安全工作區(qū)和安全工作區(qū)l（2 2）安全工作區(qū)）安全工作區(qū)l 安全工作區(qū)安全工作區(qū)SOA(Safe Operation Area)SOA(Safe Operation Area)l是指在輸出特性曲線圖上是指在輸出特性曲線圖上GTRGTR能夠安全運(yùn)行能夠安全運(yùn)行l(wèi)的電流、電壓的極限范圍。的電流、電壓的極限范圍。第101頁/共208頁第一百零二頁，共208頁。圖的反偏安全工作區(qū)圖的

43、反偏安全工作區(qū)圖正偏安全工作區(qū)圖正偏安全工作區(qū) 正偏安全工作區(qū)正偏安全工作區(qū)FBSOA 反偏安全工作區(qū)反偏安全工作區(qū)RBSOA導(dǎo)通時(shí)間越短，最大功耗耐量越高。導(dǎo)通時(shí)間越短，最大功耗耐量越高。基極反向電流越小，最大功耗耐量越高?；鶚O反向電流越小，最大功耗耐量越高。第102頁/共208頁第一百零三頁，共208頁。第103頁/共208頁第一百零四頁，共208頁。1 1）分為結(jié)型場效應(yīng)管簡稱）分為結(jié)型場效應(yīng)管簡稱JFETJFET）和絕緣）和絕緣(juyun)(juyun)柵金屬柵金屬- -氧化物氧化物- -半導(dǎo)體場效應(yīng)管（簡稱半導(dǎo)體場效應(yīng)管（簡稱MOSFETMOSFET）。）。2 2）通常）通常(tn

44、gchng)(tngchng)指絕緣柵型中的指絕緣柵型中的MOSMOS型，簡稱電力型，簡稱電力MOSFETMOSFET。3 3） 4 4）特點(diǎn)：）特點(diǎn)：輸入阻抗高輸入阻抗高( (可達(dá)可達(dá)40M40M以上以上) )、開關(guān)速度快，工作頻率高、開關(guān)速度快，工作頻率高( (開關(guān)頻率可開關(guān)頻率可達(dá)達(dá)1000kHz)1000kHz)、驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小、熱穩(wěn)定性好、無二次擊穿問題、安全工、驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小、熱穩(wěn)定性好、無二次擊穿問題、安全工作區(qū)作區(qū)(SOA)(SOA)寬；寬；電流容量小，耐壓低，一般只適用功率不超過電流容量小，耐壓低，一般只適用功率不超過10kW的電力電子裝的電力

45、電子裝置。置。N N溝道溝道P P溝道溝道電力電力MOSFETMOSFET耗盡型：耗盡型：增強(qiáng)型增強(qiáng)型: :耗盡型耗盡型增強(qiáng)型增強(qiáng)型當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電源極之間就存在導(dǎo)電溝道；溝道；對于對于N N（P P）溝道器）溝道器件件, ,柵極電壓大于（柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道第104頁/共208頁第一百零五頁，共208頁。第105頁/共208頁第一百零六頁，共208頁。l1、電力、電力(dinl)場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)第106頁/共208頁第一百零七頁，共208頁。VDMOSVDMOS的典型的典型(dinxng)(dinxn

46、g)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)1、電力場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)（續(xù)）、電力場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)（續(xù)）圖溝道圖溝道VDMOSVDMOS管元胞結(jié)構(gòu)與電氣符號管元胞結(jié)構(gòu)與電氣符號第107頁/共208頁第一百零八頁，共208頁。l關(guān)斷l(xiāng)導(dǎo)通導(dǎo)通和關(guān)斷載流子流向(li xin)示意圖第108頁/共208頁第一百零九頁，共208頁。圖溝道圖溝道VDMOSVDMOS管元胞結(jié)構(gòu)與等效電管元胞結(jié)構(gòu)與等效電路、電氣路、電氣(dinq)(dinq)符號符號 2 2、電力場效應(yīng)管的工作原理、電力場效應(yīng)管的工作原理（1 1）截止：）截止：l柵源電壓柵源電壓 UGS0 或或 0UGSUTl(UT為開啟電壓，又叫閾值為開啟電壓，又叫閾值電壓電壓)；l（2

47、2）導(dǎo)通：）導(dǎo)通：lUGSUT時(shí)，加至漏極時(shí)，加至漏極電壓電壓UDS0；（3）漏極電流漏極電流ID ：第109頁/共208頁第一百一十頁，共208頁。 1）截止）截止(jizh)區(qū)：當(dāng)區(qū)：當(dāng)UGSUT(UT的典型的典型 值為值為24V)時(shí)；時(shí)； 2）線性）線性(導(dǎo)通導(dǎo)通)區(qū)：當(dāng)區(qū)：當(dāng)UGSUT且且 UDS很小時(shí)，很小時(shí)，ID和和UGS幾乎成幾乎成 線性關(guān)系。又叫歐姆工作區(qū)；線性關(guān)系。又叫歐姆工作區(qū)； 3）飽和區(qū)）飽和區(qū)(又叫有源區(qū)又叫有源區(qū))： 在在UGSUT時(shí)，時(shí)， 且隨著且隨著UDS的增大，的增大，ID幾乎不變幾乎不變; 4）雪崩區(qū)：當(dāng)）雪崩區(qū)：當(dāng)UGSUT，且，且 UDS 增大到一定值時(shí)

48、；增大到一定值時(shí)；l1、靜態(tài)輸出特性、靜態(tài)輸出特性 圖管的輸出特性圖管的輸出特性第110頁/共208頁第一百一十一頁，共208頁。2、主要參數(shù)、主要參數(shù)(1)通態(tài)電阻通態(tài)電阻(dinz)Ron v 在確定的柵壓在確定的柵壓U UGSGS下，下，VDMOSVDMOS由可調(diào)電阻區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)時(shí)漏極至源由可調(diào)電阻區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)時(shí)漏極至源極間的直流電阻稱為通態(tài)電阻極間的直流電阻稱為通態(tài)電阻R Ronon。R Ronon是影響最大輸出功率的重要是影響最大輸出功率的重要參數(shù)。參數(shù)。v 在相同條件下，耐壓等級越高的器件其在相同條件下，耐壓等級越高的器件其R Ronon值越大，另外值越大，另外R Ronon隨隨I

49、 ID D的增加而增加，隨的增加而增加，隨U UGSGS的升高而減小。的升高而減小。(2) (2) 閾值電壓閾值電壓U UT T第111頁/共208頁第一百一十二頁，共208頁。GSDmUIg （）（）l2、主要參數(shù)、主要參數(shù) （續(xù)）（續(xù)）l(3) 跨導(dǎo)跨導(dǎo)gml跨導(dǎo)跨導(dǎo)gm定義定義(dngy) 表示表示UGS對對ID的控制能力的大小。實(shí)際的控制能力的大小。實(shí)際(shj)中高跨導(dǎo)的管中高跨導(dǎo)的管子具有更好的頻率響應(yīng)。子具有更好的頻率響應(yīng)。l(4) 漏源擊穿電壓漏源擊穿電壓BUDS BUDS決定了決定了VDMOS的最高工作電壓，它是為了避免器件進(jìn)入雪崩區(qū)的最高工作電壓，它是為了避免器件進(jìn)入雪崩區(qū)

50、而設(shè)立的極限參數(shù)。而設(shè)立的極限參數(shù)。(5) 柵源擊穿電壓柵源擊穿電壓BUGS BUGS是為了防止絕緣柵層因柵源間電壓過高而發(fā)生介電擊穿而是為了防止絕緣柵層因柵源間電壓過高而發(fā)生介電擊穿而設(shè)立的參數(shù)。一般設(shè)立的參數(shù)。一般BUGS=20V。(6) 最大漏極電流最大漏極電流IDM第112頁/共208頁第一百一十三頁，共208頁。圖極間圖極間 電容電容(dinrng)(dinrng)等效電等效電路路 INmmCgf 2 GDGSINCCC GDDSOCCC GDRCC （）（）2、主要參數(shù)、主要參數(shù)l(7) 最高工作頻率最高工作頻率fml定義定義(dngy)；式中式中CIN為器件的輸入電容為器件的輸入

51、電容, 一般說來一般說來，器件的極間電容如圖所示。圖中，器件的極間電容如圖所示。圖中輸入電容：輸入電容：輸出電容：輸出電容：反饋電容：反饋電容：（）（）（）（）（）（）第113頁/共208頁第一百一十四頁，共208頁。圖開關(guān)圖開關(guān) 過程過程(guchng)(guchng)電壓波形電壓波形圖圖 rdonttt fsoffttt （）（）（）（）l(8)(8)開關(guān)時(shí)間開關(guān)時(shí)間t tonon與與t toffoff開通開通(kitng)(kitng)時(shí)間：時(shí)間： 延遲時(shí)間延遲時(shí)間t td d：對應(yīng)輸入電壓信號上升對應(yīng)輸入電壓信號上升沿幅度為沿幅度為10%Uim 10%Uim 到輸出電壓信號下降沿到輸出

52、電壓信號下降沿幅度為幅度為10%Uom 10%Uom 的時(shí)間間隔。的時(shí)間間隔。 上升上升t tr r時(shí)間：時(shí)間：對應(yīng)輸出電壓幅度由對應(yīng)輸出電壓幅度由10%U10%Uo o變化到變化到90%U90%Uomom的時(shí)間，這段時(shí)間對應(yīng)于的時(shí)間，這段時(shí)間對應(yīng)于U Ui i向器向器件輸入電容充電的過程。件輸入電容充電的過程。關(guān)斷時(shí)間關(guān)斷時(shí)間: :l 存儲存儲t ts s時(shí)間：時(shí)間：對應(yīng)柵極電容存儲電荷的對應(yīng)柵極電容存儲電荷的l消失過程。消失過程。 下降時(shí)間下降時(shí)間t tf f在在VDMOSVDMOS管中，管中，t tonon和和t toffoff都可以都可以控制得比較小，因此器件的開關(guān)速度相當(dāng)高。控制得比

53、較小，因此器件的開關(guān)速度相當(dāng)高。第114頁/共208頁第一百一十五頁，共208頁。圖的圖的 FBSOA FBSOA曲線曲線(qxin)(qxin)3、安全工作區(qū)、安全工作區(qū)lVDMOSVDMOS開關(guān)頻率高，常處于動態(tài)過程，它的安全工作區(qū)分為三種情況：開關(guān)頻率高，常處于動態(tài)過程，它的安全工作區(qū)分為三種情況：正向偏置安全工作區(qū)正向偏置安全工作區(qū)(FBSOA)(FBSOA)：四條邊界極限：四條邊界極限：導(dǎo)通時(shí)間越短，最大功耗耐量越高。導(dǎo)通時(shí)間越短，最大功耗耐量越高。第115頁/共208頁第一百一十六頁，共208頁。圖圖VDMOSVDMOS的的 SSOA SSOA曲線曲線(qxin) (qxin) 開

54、關(guān)安全開關(guān)安全(nqun)(nqun)工作區(qū)工作區(qū)(SSOA) (SSOA) 開關(guān)安全工作區(qū)開關(guān)安全工作區(qū)(SSOA)反應(yīng)反應(yīng)VDMOS在關(guān)斷過程中的參數(shù)極限在關(guān)斷過程中的參數(shù)極限范圍；范圍； 由最大峰值漏極電流由最大峰值漏極電流IDM、最小、最小漏源擊穿電壓漏源擊穿電壓BUDS和最高結(jié)溫和最高結(jié)溫TJM所所決定；決定；第116頁/共208頁第一百一十七頁，共208頁。圖的圖的 CSOA CSOA曲線曲線(qxin)(qxin)dtdi換向安全換向安全(nqun)工作區(qū)工作區(qū)(CSOA) 換向安全工作區(qū)換向安全工作區(qū)(CSOA)(CSOA)是器是器件寄生二極管或集成二極管反件寄生二極管或集成二

55、極管反向恢復(fù)性能所決定的極限工作向恢復(fù)性能所決定的極限工作范圍。范圍。如圖所示如圖所示第117頁/共208頁第一百一十八頁，共208頁。第118頁/共208頁第一百一十九頁，共208頁。第119頁/共208頁第一百二十頁，共208頁。第120頁/共208頁第一百二十一頁，共208頁。圖的結(jié)構(gòu)圖的結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)、簡化等、簡化等 效電路效電路 與電氣符號與電氣符號 第121頁/共208頁第一百二十二頁，共208頁。圖伏安圖伏安(f n)(f n)特性特性2.IGBT2.IGBT的工作原理的工作原理第122頁/共208頁第一百二十三頁，共208頁。第123頁/共208頁第一百二十四頁，

56、共208頁。圖的伏安圖的伏安(f n)特性和轉(zhuǎn)移特性特性和轉(zhuǎn)移特性1、IGBT的伏安特性和轉(zhuǎn)移特性的伏安特性和轉(zhuǎn)移特性第124頁/共208頁第一百二十五頁，共208頁。圖的伏安特圖的伏安特 性和轉(zhuǎn)移性和轉(zhuǎn)移(zhuny)特性特性1、IGBT的伏安特性和轉(zhuǎn)移特性的伏安特性和轉(zhuǎn)移特性（2 2）IGBTIGBT的轉(zhuǎn)移特性曲線（如圖的轉(zhuǎn)移特性曲線（如圖b b）IGBTIGBT關(guān)斷：關(guān)斷：IGBTIGBT開通：開通：U UGEGEUUGE(TH)GE(TH)；第125頁/共208頁第一百二十六頁，共208頁。圖的開關(guān)圖的開關(guān)(kigun)(kigun)特性特性 第126頁/共208頁第一百二十七頁，共2

57、08頁。 tfi1IGBT內(nèi)部的內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過程，的關(guān)斷過程，ic下降下降(xijing)較快；較快； tfi2IGBT內(nèi)部的內(nèi)部的PNP晶體管的關(guān)斷過晶體管的關(guān)斷過程，程，ic下降下降(xijing)較較慢。慢。圖的開關(guān)圖的開關(guān)(kigun)(kigun)特性特性 第127頁/共208頁第一百二十八頁，共208頁。l3、IGBT的主要參數(shù)的主要參數(shù)第128頁/共208頁第一百二十九頁，共208頁。l圖的圖的l 安全安全(nqun)(nqun)工作工作區(qū)區(qū) dtdUCEdtdUCE導(dǎo)通時(shí)間導(dǎo)通時(shí)間(shjin)越短，安全工作區(qū)越小。越短，安全工作區(qū)越小。 dtdUCE越大，安全工作

58、區(qū)越小。越大，安全工作區(qū)越小。 第129頁/共208頁第一百三十頁，共208頁。擎住效應(yīng)擎住效應(yīng)(xioyng)或自鎖效應(yīng)或自鎖效應(yīng)(xioyng)：（：（IGBT關(guān)斷失控）關(guān)斷失控）NPN晶體管基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路晶體管基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路(dunl)電電阻，阻，P形體區(qū)的橫向空穴電流會在該電阻上產(chǎn)生壓降，相當(dāng)于形體區(qū)的橫向空穴電流會在該電阻上產(chǎn)生壓降，相當(dāng)于對對J3結(jié)施加正偏壓，一旦結(jié)施加正偏壓，一旦J3開通，柵極就會失去對集電極電開通，柵極就會失去對集電極電流的控制作用，電流失控。流的控制作用，電流失控。GCEVgVRRdrRbrT2T1ICABRg動態(tài)擎住效應(yīng)比靜態(tài)擎住

59、效應(yīng)動態(tài)擎住效應(yīng)比靜態(tài)擎住效應(yīng)所允許的集電極電流所允許的集電極電流(dinli)小。小。擎住效應(yīng)曾限制擎住效應(yīng)曾限制IGBT電流電流(dinli)容量提高，容量提高，20世紀(jì)世紀(jì)90年代中后期開始逐漸解決。年代中后期開始逐漸解決。第130頁/共208頁第一百三十一頁，共208頁。3、IGBT的主要參數(shù)的主要參數(shù)第131頁/共208頁第一百三十二頁，共208頁。第132頁/共208頁第一百三十三頁，共208頁。第133頁/共208頁第一百三十四頁，共208頁。第134頁/共208頁第一百三十五頁，共208頁。UGS=UP(UGS=UP(夾斷電壓夾斷電壓) )時(shí)，導(dǎo)時(shí)，導(dǎo)電溝道被耗盡層所夾斷，電溝

60、道被耗盡層所夾斷，SITSIT關(guān)斷。關(guān)斷。 SIT的漏極電流的漏極電流ID不但不但(bdn)受柵極電壓受柵極電壓UGS控制，控制，同時(shí)還受漏極電壓同時(shí)還受漏極電壓UDS控制?？刂?。 l圖的結(jié)構(gòu)及其符號圖的結(jié)構(gòu)及其符號 第135頁/共208頁第一百三十六頁，共208頁。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu), ,其導(dǎo)電溝道短其導(dǎo)電溝道短而寬而寬, ,適應(yīng)于高電壓適應(yīng)于高電壓, ,大電流的場合大電流的場合(chng h)(chng h)；n SIT SIT的漏極電流具的漏極電流具有負(fù)溫度系數(shù)有負(fù)溫度系數(shù), ,可避可避免因溫度升高而引免因溫度升高而引起的惡性循環(huán)；起的惡性循環(huán)；圖靜態(tài)圖靜態(tài)(jngti)(jngti) 伏安特性曲