第二章電力電子器件PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第二章電力第二章電力(dinl)電子器件電子器件第一頁(yè)，共155頁(yè)。 圖電力電子器件的理想開關(guān)(kigun)模型l一、基本模型：第1頁(yè)/共155頁(yè)第二頁(yè)，共155頁(yè)。第2頁(yè)/共155頁(yè)第三頁(yè)，共155頁(yè)。等。等。第3頁(yè)/共155頁(yè)第四頁(yè)，共155頁(yè)。管、門極可管、門極可關(guān)斷晶閘管、關(guān)斷晶閘管、功率晶體管、功率晶體管、IGCTIGCT等；等；驅(qū)動(dòng)它工作。驅(qū)動(dòng)它工作。如：代表性器如：代表性器件件(qjin)(qjin)為為MOSFETMOSFET管和管和IGBTIGBT管。管。第4頁(yè)/共155頁(yè)第五頁(yè)，共155頁(yè)。器件種類開關(guān)功能器件特性概略應(yīng)用領(lǐng)域電力二極管不可控5kV/3kA400Hz

2、各種整流裝置晶閘管可控導(dǎo)通6kV/6kA400Hz8kV/3.5kA光控SCR煉鋼廠、軋鋼機(jī)、直流輸電、電解用整流器可關(guān)斷晶閘管自關(guān)斷型6kV/6kA500Hz工業(yè)逆變器、電力機(jī)車用逆變器、無功補(bǔ)償器MOSFET600V/70A100kHz開關(guān)電源、小功率UPS、小功率逆變器IGBT1200V/1200A20kHz4.5kV/1.2kA2kHz各種整流/逆變器（UPS、變頻器、家電）、電力機(jī)車用逆變器、中壓變頻器第5頁(yè)/共155頁(yè)第六頁(yè)，共155頁(yè)。第6頁(yè)/共155頁(yè)第七頁(yè)，共155頁(yè)。第7頁(yè)/共155頁(yè)第八頁(yè)，共155頁(yè)。(zuyng), 有不可替代的地位。有不可替代的地位。第8頁(yè)/共155

3、頁(yè)第九頁(yè)，共155頁(yè)。圖電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)(jigu)和電氣圖形符 a）結(jié)構(gòu)(jigu) b）外形 c）電氣圖形第9頁(yè)/共155頁(yè)第十頁(yè)，共155頁(yè)。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。+-+-+-+-+-空間電荷區(qū)P型區(qū)N型區(qū)內(nèi)電場(chǎng)第10頁(yè)/共155頁(yè)第十一頁(yè)，共155頁(yè)。l圖電力二極管的伏安(f n)特性曲線第11頁(yè)/共155頁(yè)第十二頁(yè)，共155頁(yè)。第12頁(yè)/共155頁(yè)第十三頁(yè)，共155頁(yè)。第13頁(yè)/共155頁(yè)第十四頁(yè)，共155頁(yè)。第14頁(yè)/共155頁(yè)第十五頁(yè)，共155頁(yè)。1、電力、電力(dinl)二極管的伏安特性二極管的伏安特性 當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到

4、一定(ydng)值（門檻電壓UTO），正向電流才開始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。 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數(shù)值恒定的反向漏電流。l圖電力二極管的l伏安(f n)特性曲線 特性曲線:第15頁(yè)/共155頁(yè)第十六頁(yè)，共155頁(yè)。第16頁(yè)/共155頁(yè)第十七頁(yè)，共155頁(yè)。定義：反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程(guchng)（關(guān)斷過程(guchng)、開通過程(guchng)）。圖電力二極管開關(guān)過程中電壓、電流波形第17頁(yè)/共155頁(yè)第十八頁(yè)，共155頁(yè)。間來儲(chǔ)存大量少子，達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)間來儲(chǔ)存大量少子，達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降

5、較大。通前管壓降較大。正向電流正向電流(dinli)(dinli)的上升會(huì)因的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流電流(dinli)(dinli)上升率越大，上升率越大，UFPUFP越高越高 。（2）開通(kitng)特性： 電力二極管由零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置的通態(tài)過程。圖電力二極管開關(guān)過程中電壓(diny)、電流波形第18頁(yè)/共155頁(yè)第十九頁(yè)，共155頁(yè)。圖電力二極管開關(guān)(kigun)過程中電壓、電流波形第19頁(yè)/共155頁(yè)第二十頁(yè)，共155頁(yè)。電力二極管的主要(zhyo)類型：第20頁(yè)/共155頁(yè)第二十一頁(yè)，共155頁(yè)。第21頁(yè)/共155頁(yè)第二十二頁(yè)，共

6、155頁(yè)。 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可求出正弦半波電流(dinli)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)電流波形的波形系數(shù)，用Kf表示：額定電流有效值為:（1）額定正向平均電流IF(AV)第22頁(yè)/共155頁(yè)第二十三頁(yè)，共155頁(yè)。力二極管時(shí)，其斷態(tài)損耗造力二極管時(shí)，其斷態(tài)損耗造成的發(fā)熱效應(yīng)也不小成的發(fā)熱效應(yīng)也不小 。第23頁(yè)/共155頁(yè)第二十四頁(yè)，共155頁(yè)。（2）反向重復(fù)(chngf)峰值電壓RRM： 指器件能重復(fù)施加的反向最

7、高峰值電壓（額定電壓）此電壓通常為擊穿電壓U的2/3。l（3） 正向壓降F： 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(又稱管壓降)。（4） 反向漏電流RR：指器件對(duì)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jM：第24頁(yè)/共155頁(yè)第二十五頁(yè)，共155頁(yè)。第25頁(yè)/共155頁(yè)第二十六頁(yè)，共155頁(yè)。第26頁(yè)/共155頁(yè)第二十七頁(yè)，共155頁(yè)。前生產(chǎn)水平：4500A/8000V)已被廣泛應(yīng)用于相控整流、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)裝置中的主要器件。第27頁(yè)/共155頁(yè)第二十八頁(yè)，共155頁(yè)。l圖晶閘管的外型及符號(hào)(fho)1

8、、晶閘管的結(jié)構(gòu)：第28頁(yè)/共155頁(yè)第二十九頁(yè)，共155頁(yè)。圖晶閘管的散熱器第29頁(yè)/共155頁(yè)第三十頁(yè)，共155頁(yè)。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30頁(yè)/共155頁(yè)第三十一頁(yè)，共155頁(yè)。圖晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路 1）導(dǎo)通：晶閘管陽極施加正向電壓時(shí), 若給門極G也加正向電壓Ug,門極電流Ig經(jīng)三極管T2放大后成為集電極電流Ic2，Ic2又是三極管T1的基極電流, 放大后的集電極電流Ic1進(jìn)一步使Ig增大且又作為T2的基極電流流入。重復(fù)上述正反饋過程，兩個(gè)三極管T1、T2都快速進(jìn)入飽和狀態(tài),使晶閘管陽極A與陰極K

9、之間導(dǎo)通。此時(shí)若撤除(chch)Ug, T1、T2內(nèi)部電流仍維持原來的方向,只要滿足陽極正偏的條件,晶閘管就一直導(dǎo)通。晶閘管(單向(dn xin)導(dǎo)電性),導(dǎo)通條件為陽極正偏和門極正偏。第31頁(yè)/共155頁(yè)第三十二頁(yè)，共155頁(yè)。圖晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路第32頁(yè)/共155頁(yè)第三十三頁(yè)，共155頁(yè)。第33頁(yè)/共155頁(yè)第三十四頁(yè)，共155頁(yè)。UDRM、URRM正、反向斷 態(tài)重復(fù)峰值電壓；UDSM、URSM正、反向斷態(tài) 不重復(fù)峰值電壓；UBO正向轉(zhuǎn)折電壓；URO反向擊穿電壓。. 晶閘管的伏安特性 ：第34頁(yè)/共155頁(yè)第三十五頁(yè)，共155頁(yè)。圖晶閘管陽極伏安(f n)特性（1）晶閘管的反向特性

10、：第35頁(yè)/共155頁(yè)第三十六頁(yè)，共155頁(yè)。圖晶閘管陽極(yngj)伏安特性（2）晶閘管的正向特性：第36頁(yè)/共155頁(yè)第三十七頁(yè)，共155頁(yè)。晶閘管的開通和關(guān)斷過程(guchng)電壓和電流波形。l晶閘管的開通和關(guān)斷過程(guchng)波形第37頁(yè)/共155頁(yè)第三十八頁(yè)，共155頁(yè)。l1) 開通過程：第38頁(yè)/共155頁(yè)第三十九頁(yè)，共155頁(yè)。l晶閘管的開通(kitng)和關(guān)斷過程波形 l2) 關(guān)斷過程（1-7)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trr：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)間第39頁(yè)/共155頁(yè)第四十頁(yè)，共155頁(yè)。第40頁(yè)/共155頁(yè)第四十一頁(yè)，

11、共155頁(yè)。（1）晶閘管的重復(fù)(chngf)峰值電壓額定電壓Ute第41頁(yè)/共155頁(yè)第四十二頁(yè)，共155頁(yè)。1）定義：在環(huán)境溫度為40和規(guī)定的冷卻條件(tiojin)下, 晶閘管在電阻性負(fù)載導(dǎo)通角不小于170的單相工頻正弦半波電路中, 當(dāng)結(jié)溫穩(wěn)定且不超過額定結(jié)溫時(shí)所允許的最大通態(tài)平均電流。第42頁(yè)/共155頁(yè)第四十三頁(yè)，共155頁(yè)。 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)額定電流的定義可知，額定通態(tài)平均電流是指在通以單相工頻正弦波電流時(shí)的允許最大平均電

12、流。設(shè)該正弦半波(bn b)電流的峰值為Im, 則額定電流(平均電流)為：額定電流有效值為： 現(xiàn)定義某電流波形的有效值與平均值之比為這個(gè)(zh ge)電流波形的波形系數(shù)，用Kf表示：根據(jù)上式可求出正弦半波電流的波形系數(shù)：第43頁(yè)/共155頁(yè)第四十四頁(yè)，共155頁(yè)。第44頁(yè)/共155頁(yè)第四十五頁(yè)，共155頁(yè)。組 別ABC通態(tài)平均電壓（V）T0.40.4T0.50.5T0.6組 別DEF通態(tài)平均電壓（V）0.6T0.70.7T0.80.8T0.9組 別GHI通態(tài)平均電壓（V）0.9T1.01.0T1.11.1T1.2表晶閘管通態(tài)平均(pngjn)電壓分組第45頁(yè)/共155頁(yè)第四十六頁(yè)，共155頁(yè)。

13、第46頁(yè)/共155頁(yè)第四十七頁(yè)，共155頁(yè)。（6 6）通態(tài)電流）通態(tài)電流(dinli)(dinli)臨界上升率臨界上升率 di/dt di/dt 第47頁(yè)/共155頁(yè)第四十八頁(yè)，共155頁(yè)。結(jié)時(shí)，產(chǎn)生相當(dāng)于觸發(fā)電流結(jié)時(shí)，產(chǎn)生相當(dāng)于觸發(fā)電流的作用，如果這個(gè)電流過大，的作用，如果這個(gè)電流過大，將會(huì)使元件誤觸發(fā)導(dǎo)通。將會(huì)使元件誤觸發(fā)導(dǎo)通。第48頁(yè)/共155頁(yè)第四十九頁(yè)，共155頁(yè)。第49頁(yè)/共155頁(yè)第五十頁(yè)，共155頁(yè)。1. 快速(kui s)晶閘管(Fast Switching ThyristerFST第50頁(yè)/共155頁(yè)第五十一頁(yè)，共155頁(yè)。a)b)IOUIG=0GT1T2圖雙向晶閘管的電氣

14、圖形符號(hào)和伏安圖雙向晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安(f n)(f n)特性特性a) a) 電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào) b) b) 伏安伏安(f n)(f n)特性特性2. 雙向晶閘管(TRIAC)第51頁(yè)/共155頁(yè)第五十二頁(yè)，共155頁(yè)。b)a)UOIKGAIG=0圖逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號(hào)圖逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安和伏安(f n)特性特性a) 電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào) b) 伏安伏安(f n)特性特性l3. 逆導(dǎo)晶閘管 (RCT)第52頁(yè)/共155頁(yè)第五十三頁(yè)，共155頁(yè)。 4. 光控晶閘管(LAT)第53頁(yè)/共155頁(yè)第五十四頁(yè)，共155頁(yè)。第54頁(yè)/共155頁(yè)第五十五頁(yè)，共155頁(yè)。第

15、55頁(yè)/共155頁(yè)第五十六頁(yè)，共155頁(yè)。第56頁(yè)/共155頁(yè)第五十七頁(yè)，共155頁(yè)。圖圖1-13 GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) 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(hào)電氣圖形符號(hào)1、可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)第57頁(yè)/共155頁(yè)第五十八頁(yè)，共155頁(yè)。n不同的。門極加負(fù)脈沖即從不同的。門極加負(fù)脈沖即從門極抽出電流門極抽出電流( (即抽取飽和導(dǎo)即抽取飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的大量載流子通時(shí)儲(chǔ)存的大量載流子) )，強(qiáng)，強(qiáng)烈正反饋使器件退出飽和而烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷

16、。關(guān)斷。第58頁(yè)/共155頁(yè)第五十九頁(yè)，共155頁(yè)。第59頁(yè)/共155頁(yè)第六十頁(yè)，共155頁(yè)。l圖可關(guān)斷晶閘管的開關(guān)(kigun)特性 1）開通過程：1、可關(guān)斷晶閘管的特性第60頁(yè)/共155頁(yè)第六十一頁(yè)，共155頁(yè)。l圖可關(guān)斷晶閘管l 的開關(guān)(kigun)特性 1、可關(guān)斷晶閘管的特性第61頁(yè)/共155頁(yè)第六十二頁(yè)，共155頁(yè)。2、可關(guān)斷晶閘管的主要參數(shù)第62頁(yè)/共155頁(yè)第六十三頁(yè)，共155頁(yè)。GMATOoffII （）（4）電流(dinli)關(guān)斷增益off ：第63頁(yè)/共155頁(yè)第六十四頁(yè)，共155頁(yè)。l 3、可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用(yngyng) 1）GTO主要用于直流變換和逆變等需要元件強(qiáng)迫

17、關(guān)斷的地方，電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，達(dá)到兆瓦級(jí)的數(shù)量級(jí)。v 不少GTO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) 。v 用門極正脈沖可使GTO開通， 用門極負(fù)脈沖可以使其關(guān)斷， 這是GTO最大的優(yōu)點(diǎn)。 但要使GTO關(guān)斷的門極反向電流比較大， 約為陽極電流的/左右。 v GTO的通態(tài)管壓降比較大， 一般為23V。v GTO有能承受反壓和不能承受反壓兩種類型， 在使用時(shí)要特別注意。第64頁(yè)/共155頁(yè)第六十五頁(yè)，共155頁(yè)。第65頁(yè)/共155頁(yè)第六十六頁(yè)，共155頁(yè)。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、小功率范圍內(nèi)取

18、代晶閘管，小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被但目前又大多被IGBTIGBT和電力和電力MOSFETMOSFET取代。取代。第66頁(yè)/共155頁(yè)第六十七頁(yè)，共155頁(yè)。第67頁(yè)/共155頁(yè)第六十八頁(yè)，共155頁(yè)。圖的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號(hào)和內(nèi)部載流子的流動(dòng)圖的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號(hào)和內(nèi)部載流子的流動(dòng)(lidng) 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) 電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào) c) 內(nèi)部載流子的流動(dòng)內(nèi)部載流子的流動(dòng)(lidng)第68頁(yè)/共155頁(yè)第六十九頁(yè)，共155頁(yè)。BCII （）IC=IB +ICEOv在應(yīng)用(yngyng)中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。v集電極電流Ic與基極電流

19、Ib之比為lGTR的電流放大系數(shù)，l反映了基極電流對(duì)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ICEO時(shí)， IC和IB的關(guān)系為（）第69頁(yè)/共155頁(yè)第七十頁(yè)，共155頁(yè)。第70頁(yè)/共155頁(yè)第七十一頁(yè)，共155頁(yè)。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 輸出特性：截止(jizh)區(qū)(又叫阻斷區(qū))、線性放大區(qū)、準(zhǔn)飽和區(qū)和深飽和區(qū)四個(gè)區(qū)域。 截止區(qū)：IB0(或IB=0)，UBE0，UBC0，GTR承受高電壓，且有很小的穿透電流流過，類似于開關(guān)的斷態(tài)； 線性放大區(qū)：UBE0，UBC0，IC=IB，GTR 應(yīng)避免工作在線性區(qū)以防止大功耗

20、損壞GTR； 準(zhǔn)飽和區(qū)：隨著IB的增大，此時(shí)UBE0，UBC0，但I(xiàn)C與IB之間不再呈線性關(guān)系，開始下降，曲線開始彎曲；第71頁(yè)/共155頁(yè)第七十二頁(yè)，共155頁(yè)。圖的開通和圖的開通和 關(guān)斷過程電流關(guān)斷過程電流(dinli)波形波形l2、GTR的開關(guān)特性（1）開通過程：第72頁(yè)/共155頁(yè)第七十三頁(yè)，共155頁(yè)。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、GTR的開關(guān)特性（1）關(guān)斷過程：第73頁(yè)/共155頁(yè)第七十四頁(yè)，共155頁(yè)。3、GTR的主要參數(shù) (1) 電壓(diny)定額 (2) 電流定額 集基極擊穿電壓BUCBO：發(fā)射極開路時(shí)，集射極能

21、承受的最高電壓； 集射極擊穿電壓BUCEO：基極開路時(shí)，集射極能承受的最高電壓；第74頁(yè)/共155頁(yè)第七十五頁(yè)，共155頁(yè)。 3、GTR的主要參數(shù)（續(xù)）第75頁(yè)/共155頁(yè)第七十六頁(yè)，共155頁(yè)。的增加而增加。的增加而增加。圖飽和壓降特性曲線3、GTR的主要參數(shù)（續(xù)）(6) 共射直流電流增益：=ICIB第76頁(yè)/共155頁(yè)第七十七頁(yè)，共155頁(yè)。l4、二次擊穿和安全(nqun)工作區(qū)（1） 二次擊穿圖一次擊穿、二次擊穿原理圖二次擊穿臨界線第77頁(yè)/共155頁(yè)第七十八頁(yè)，共155頁(yè)。l4、二次擊穿(j chun)和安全工作區(qū)l（2）安全工作區(qū)l 安全工作區(qū)SOA(Safe Operation A

22、rea)l是指在輸出特性曲線圖上GTR能夠安全運(yùn)行l(wèi)的電流、電壓的極限范圍。第78頁(yè)/共155頁(yè)第七十九頁(yè)，共155頁(yè)。圖的反偏安全工作區(qū)圖正偏安全工作區(qū) 正偏安全工作區(qū)FBSOA 反偏安全工作區(qū)RBSOA第79頁(yè)/共155頁(yè)第八十頁(yè)，共155頁(yè)。第80頁(yè)/共155頁(yè)第八十一頁(yè)，共155頁(yè)。1）分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)稱JFET）和絕緣(juyun)柵金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（簡(jiǎn)稱MOSFET）。2）通常指絕緣(juyun)柵型中的MOS型，簡(jiǎn)稱電力MOSFET。3） 4）特點(diǎn)：輸入阻抗高(可達(dá)40M以上)、開關(guān)速度快，工作頻率高(開關(guān)頻率可達(dá)1000kHz)、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小、熱

23、穩(wěn)定性好、無二次擊穿問題、安全工作區(qū)(SOA)寬；電流容量小，耐壓低，一般只適用功率不超過10kW的電力電子裝置。N溝道P溝道電力MOSFET耗盡型：增強(qiáng)型:耗盡型增強(qiáng)型當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道；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)電溝道第81頁(yè)/共155頁(yè)第八十二頁(yè)，共155頁(yè)。第82頁(yè)/共155頁(yè)第八十三頁(yè)，共155頁(yè)。l1、電力(dinl)場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)第83頁(yè)/共155頁(yè)第八十四頁(yè)，共155頁(yè)。VDMOS的典型(dinxng)結(jié)構(gòu)1、電力場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)（續(xù)）圖溝道VDMOS管元胞結(jié)構(gòu)與電氣符號(hào)第84頁(yè)/共155頁(yè)第八十五頁(yè)，共155頁(yè)。圖溝道VDMOS

24、管元 胞結(jié)構(gòu)(jigu)與電氣符號(hào) 2、電力場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理（1）截止：l柵源電壓 UGS0 或 0UGSUTl(UT為開啟電壓，又叫閾值電壓)；l（2）導(dǎo)通：lUGSUT時(shí)，加至漏極電壓UDS0；（3）漏極電流ID ：第85頁(yè)/共155頁(yè)第八十六頁(yè)，共155頁(yè)。 1）截止區(qū)：當(dāng)）截止區(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

25、大，的增大，ID幾乎不變幾乎不變; 4）雪崩）雪崩(xubng)區(qū)：當(dāng)區(qū)：當(dāng)UGSUT，且且 UDS 增大到一定值時(shí)；增大到一定值時(shí)；l1、靜態(tài)輸出特性 圖管的輸出特性第86頁(yè)/共155頁(yè)第八十七頁(yè)，共155頁(yè)。2、主要參數(shù)(1)通態(tài)電阻(dinz)Ron v 在確定的柵壓UGS下，VDMOS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Ron。Ron是影響最大輸出功率的重要參數(shù)。v 在相同條件下，耐壓等級(jí)越高的器件其Ron值越大，另外Ron隨ID的增加而增加，隨UGS的升高而減小。(2) 閾值電壓UT第87頁(yè)/共155頁(yè)第八十八頁(yè)，共155頁(yè)。GSDmUIg （）l2、主要參數(shù)

26、（續(xù)）l(3) 跨導(dǎo)gml跨導(dǎo)gm定義(dngy) 表示UGS對(duì)ID的控制能力的大小。實(shí)際中高跨導(dǎo)的管子具有(jyu)更好的頻率響應(yīng)。l(4) 漏源擊穿電壓BUDS BUDS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)而設(shè)立的極限參數(shù)。(5) 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)生介電擊穿而設(shè)立的參數(shù)。一般BUGS=20V。(6) 最大漏極電流IDM第88頁(yè)/共155頁(yè)第八十九頁(yè)，共155頁(yè)。圖極間 電容(dinrng)等效電路 INmmCgf 2 GDGSINCCC GDDSOCCC GDRCC （）2、主要參數(shù)l(7) 最高工作頻率fml定義(

27、dngy)；式中CIN為器件的輸入電容, 一般說來，器件的極間電容如圖所示。圖中輸入電容：輸出電容：反饋電容：（）（）（）第89頁(yè)/共155頁(yè)第九十頁(yè)，共155頁(yè)。圖開關(guān)(kigun) 過程電壓波形圖 rdonttt fsoffttt （）（）l(8)開關(guān)時(shí)間ton與toff開通(kitng)時(shí)間： 延遲時(shí)間td：對(duì)應(yīng)輸入電壓信號(hào)上升沿幅度為10%Uim 到輸出電壓信號(hào)下降沿幅度為10%Uom 的時(shí)間間隔。 上升tr時(shí)間：對(duì)應(yīng)輸出電壓幅度由10%Uo變化到90%Uom的時(shí)間，這段時(shí)間對(duì)應(yīng)于Ui向器件輸入電容充電的過程。關(guān)斷時(shí)間:l 存儲(chǔ)ts時(shí)間：對(duì)應(yīng)柵極電容存儲(chǔ)電荷的l消失過程。 下降時(shí)間tf

28、在VDMOS管中，ton和toff都可以控制得比較小，因此器件的開關(guān)速度相當(dāng)高。第90頁(yè)/共155頁(yè)第九十一頁(yè)，共155頁(yè)。圖的 FBSOA曲線(qxin)3、安全工作區(qū)lVDMOS開關(guān)頻率高，常處于動(dòng)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)(FBSOA)：四條邊界極限：導(dǎo)通時(shí)間越短，最大功耗耐量越高。第91頁(yè)/共155頁(yè)第九十二頁(yè)，共155頁(yè)。圖VDMOS的 SSOA曲線(qxin) 3、安全工作區(qū)l 開關(guān)安全工作區(qū)(SSOA) 開關(guān)安全工作區(qū)(SSOA)反應(yīng)VDMOS在關(guān)斷過程中的參數(shù)極限范圍； 由最大峰值漏極電流IDM、最小漏源擊穿電壓BUDS和最高結(jié)溫TJM所決定；第92

29、頁(yè)/共155頁(yè)第九十三頁(yè)，共155頁(yè)。圖的 CSOA曲線(qxin)dtdi3、安全工作區(qū)換向安全工作區(qū)(CSOA) 換向安全工作區(qū)(CSOA)是器件寄生二極管或集成二極管反向恢復(fù)性能所決定的極限工作范圍。l如圖所示第93頁(yè)/共155頁(yè)第九十四頁(yè)，共155頁(yè)。第94頁(yè)/共155頁(yè)第九十五頁(yè)，共155頁(yè)。第95頁(yè)/共155頁(yè)第九十六頁(yè)，共155頁(yè)。第96頁(yè)/共155頁(yè)第九十七頁(yè)，共155頁(yè)。圖的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化(jinhu)等 效電路 與電氣符號(hào) 第97頁(yè)/共155頁(yè)第九十八頁(yè)，共155頁(yè)。圖伏安(f n)特性2.IGBT的工作原理第98頁(yè)/共155頁(yè)第九十九頁(yè)，共155頁(yè)。第99頁(yè)/共155頁(yè)第一百

30、頁(yè)，共155頁(yè)。圖的伏安特性(txng)和轉(zhuǎn)移特性(txng)1、IGBT的伏安特性和轉(zhuǎn)移特性第100頁(yè)/共155頁(yè)第一百零一頁(yè)，共155頁(yè)。圖的伏安特 性和轉(zhuǎn)移(zhuny)特性1、IGBT的伏安特性和轉(zhuǎn)移特性（2）IGBT的轉(zhuǎn)移特性曲線（如圖b）IGBT關(guān)斷：IGBT開通：UGEUGE(TH)；第101頁(yè)/共155頁(yè)第一百零二頁(yè)，共155頁(yè)。圖的開關(guān)(kigun)特性 第102頁(yè)/共155頁(yè)第一百零三頁(yè)，共155頁(yè)。 tfi1IGBT內(nèi)部的內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過程，的關(guān)斷過程，ic下降較快；下降較快； 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下降較慢。

31、下降較慢。圖的開關(guān)(kigun)特性 第103頁(yè)/共155頁(yè)第一百零四頁(yè)，共155頁(yè)。l3、IGBT的主要參數(shù)第104頁(yè)/共155頁(yè)第一百零五頁(yè)，共155頁(yè)。l圖的l 安全(nqun)工作區(qū) dtdUCEdtdUCE第105頁(yè)/共155頁(yè)第一百零六頁(yè)，共155頁(yè)。3、IGBT的主要參數(shù)第106頁(yè)/共155頁(yè)第一百零七頁(yè)，共155頁(yè)。第107頁(yè)/共155頁(yè)第一百零八頁(yè)，共155頁(yè)。第108頁(yè)/共155頁(yè)第一百零九頁(yè)，共155頁(yè)。第109頁(yè)/共155頁(yè)第一百一十頁(yè)，共155頁(yè)。UGS=UP(UGS=UP(夾斷電壓夾斷電壓) )時(shí)，導(dǎo)電時(shí)，導(dǎo)電溝道被耗盡層所夾斷，溝道被耗盡層所夾斷，SITSIT關(guān)關(guān)

32、斷。斷。 SIT的漏極電流的漏極電流ID不但不但受柵極電壓受柵極電壓UGS控制控制(kngzh)，同時(shí)還受漏極，同時(shí)還受漏極電壓電壓UDS控制控制(kngzh)。 l圖的結(jié)構(gòu)及其符號(hào) 第110頁(yè)/共155頁(yè)第一百一十一頁(yè)，共155頁(yè)。(ciyng)(ciyng)垂直導(dǎo)電垂直導(dǎo)電結(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(chǎng)合；大電流的場(chǎng)合；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) 伏安(f n)特性曲線第111頁(yè)/共155頁(yè)第一百一十二頁(yè)，共1

33、55頁(yè)。SIT的漏極電流通路上不存在PN結(jié),一般不會(huì)發(fā)生熱不穩(wěn)定性和二次擊穿現(xiàn)象,其安全工作區(qū)范圍較寬； SIT是短溝道多子器件,無電荷積累效應(yīng),它的開關(guān)速度相當(dāng)快,適應(yīng)于高頻場(chǎng)合(chng h)； SIT的柵極驅(qū)動(dòng)電路比較簡(jiǎn)單：關(guān)斷SIT需加數(shù)十伏的負(fù)柵壓-UGS , 使SIT導(dǎo)通，也可以加56V的正柵偏壓+UGS,以降低器件的通態(tài)壓降；l2、SIT的特性(txng) 圖的 安全工作區(qū)第112頁(yè)/共155頁(yè)第一百一十三頁(yè)，共155頁(yè)。第113頁(yè)/共155頁(yè)第一百一十四頁(yè)，共155頁(yè)。dtdidtdu第114頁(yè)/共155頁(yè)第一百一十五頁(yè)，共155頁(yè)。SITHSITH；n在柵極在柵極G G和陰極

34、和陰極K K之間加負(fù)電壓，之間加負(fù)電壓，G-KG-K之間之間PNPN結(jié)反偏，在兩結(jié)反偏，在兩個(gè)柵極區(qū)之間的導(dǎo)電個(gè)柵極區(qū)之間的導(dǎo)電溝道中出現(xiàn)耗盡層，溝道中出現(xiàn)耗盡層，A-KA-K間電流被夾斷間電流被夾斷(ji dun)(ji dun)，SITHSITH關(guān)關(guān)斷；斷；n柵極所加的負(fù)偏柵極所加的負(fù)偏壓越高，可關(guān)斷的陰壓越高，可關(guān)斷的陰極電流也越大。極電流也越大。圖元胞 結(jié)構(gòu)(jigu)其及符號(hào)第115頁(yè)/共155頁(yè)第一百一十六頁(yè)，共155頁(yè)。圖的 伏安(f n)特性曲線2、SITH的特性：靜態(tài)伏安特性曲線（圖）：第116頁(yè)/共155頁(yè)第一百一十七頁(yè)，共155頁(yè)。第117頁(yè)/共155頁(yè)第一百一十八頁(yè)，共

35、155頁(yè)。第118頁(yè)/共155頁(yè)第一百一十九頁(yè)，共155頁(yè)。n MCT MCT的元胞有兩種的元胞有兩種結(jié)構(gòu)類型，一種為結(jié)構(gòu)類型，一種為N-MCTN-MCT，另一種為，另一種為P-P-MCTMCT。n三個(gè)電極稱為柵極三個(gè)電極稱為柵極G G、陽極、陽極A A和陰極和陰極K K。n圖中圖中(a)(a)為為P-P-MCTMCT的典型結(jié)構(gòu)，圖的典型結(jié)構(gòu)，圖(b)(b)為其等效電路，為其等效電路，圖圖(c)(c)是它的表示符是它的表示符號(hào)號(hào)(N-MCT(N-MCT的表示符的表示符號(hào)箭頭反向號(hào)箭頭反向) )。n對(duì)于對(duì)于N-MCTN-MCT管，管，要將圖中各區(qū)的半要將圖中各區(qū)的半導(dǎo)體材料用相反類導(dǎo)體材料用相反

36、類型的半導(dǎo)體材料代型的半導(dǎo)體材料代替，并將上方的陽替，并將上方的陽極變?yōu)殛帢O，而下極變?yōu)殛帢O，而下方的陰極變?yōu)殛枠O。方的陰極變?yōu)殛枠O。圖的結(jié)構(gòu)(jigu)、 等效電路和符號(hào)1、MCT的工作原理第119頁(yè)/共155頁(yè)第一百二十頁(yè)，共155頁(yè)。圖的結(jié)構(gòu)(jigu)、 等效電路和符號(hào)2）工作原理（P-MCT）第120頁(yè)/共155頁(yè)第一百二十一頁(yè)，共155頁(yè)。l2、MCT的特性(txng) （兼有MOS器件和雙極型器件的優(yōu)點(diǎn)） 第121頁(yè)/共155頁(yè)第一百二十二頁(yè)，共155頁(yè)。圖的RBSOA2、MCT的特性(txng)第122頁(yè)/共155頁(yè)第一百二十三頁(yè)，共155頁(yè)。第123頁(yè)/共155頁(yè)第一百二十四

37、頁(yè)，共155頁(yè)。 20世紀(jì)(shj)90年代后期出現(xiàn)。結(jié)合了IGBT與GTO的優(yōu)點(diǎn)，容量與GTO相當(dāng)，開關(guān)速度快10倍，且可省去GTO龐大而復(fù)雜的緩沖電路，只不過所需的驅(qū)動(dòng)功率仍很大； IGCT可望成為高功率高電壓(diny)低頻電力電子裝置的優(yōu)選功率器件之一。第124頁(yè)/共155頁(yè)第一百二十五頁(yè)，共155頁(yè)。第125頁(yè)/共155頁(yè)第一百二十六頁(yè)，共155頁(yè)。 PIC （Power Integrated Circuit）：第126頁(yè)/共155頁(yè)第一百二十七頁(yè)，共155頁(yè)。第127頁(yè)/共155頁(yè)第一百二十八頁(yè)，共155頁(yè)。第128頁(yè)/共155頁(yè)第一百二十九頁(yè)，共155頁(yè)。dtdudtdi第129

38、頁(yè)/共155頁(yè)第一百三十頁(yè)，共155頁(yè)。（4）濾波器：在輸出直流的電力電子系統(tǒng)中輸出濾波器）濾波器：在輸出直流的電力電子系統(tǒng)中輸出濾波器用來濾除輸出電壓或電流中的交流分量以獲得平穩(wěn)的直用來濾除輸出電壓或電流中的交流分量以獲得平穩(wěn)的直流電能；在輸出交流的電力電子系統(tǒng)中濾波器濾除無用流電能；在輸出交流的電力電子系統(tǒng)中濾波器濾除無用的諧波以獲得期望的交流電能，提高由電源所獲取的以的諧波以獲得期望的交流電能，提高由電源所獲取的以及輸出至負(fù)載及輸出至負(fù)載(fzi)的電力質(zhì)量。的電力質(zhì)量。 （5）散熱系統(tǒng)：散發(fā)開關(guān)器件和其他部件的功耗發(fā)熱，）散熱系統(tǒng)：散發(fā)開關(guān)器件和其他部件的功耗發(fā)熱，減小開關(guān)器件的熱心力

39、，降低開關(guān)器件的結(jié)溫。減小開關(guān)器件的熱心力，降低開關(guān)器件的結(jié)溫。（6）控制系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)電力電子電路的實(shí)時(shí)、適式控制，）控制系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)電力電子電路的實(shí)時(shí)、適式控制，綜合給定和反饋信號(hào)，經(jīng)處理后為開關(guān)器件提供開通、綜合給定和反饋信號(hào)，經(jīng)處理后為開關(guān)器件提供開通、關(guān)斷信號(hào)，開機(jī)、停機(jī)信號(hào)和保護(hù)信號(hào)。關(guān)斷信號(hào)，開機(jī)、停機(jī)信號(hào)和保護(hù)信號(hào)。第130頁(yè)/共155頁(yè)第一百三十一頁(yè)，共155頁(yè)。第131頁(yè)/共155頁(yè)第一百三十二頁(yè)，共155頁(yè)。控制信號(hào)。控制信號(hào)。n在高壓變換電路中，需要時(shí)在高壓變換電路中，需要時(shí)控制系統(tǒng)和主電路之間進(jìn)行控制系統(tǒng)和主電路之間進(jìn)行電氣隔離，這可以通過脈沖電氣隔離，這可以通過脈沖變壓器

40、或光耦來實(shí)現(xiàn)。變壓器或光耦來實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)電路(dinl)的基本任務(wù)：第132頁(yè)/共155頁(yè)第一百三十三頁(yè)，共155頁(yè)。圖帶隔離(gl)變壓器的SCR驅(qū)動(dòng)電路第133頁(yè)/共155頁(yè)第一百三十四頁(yè)，共155頁(yè)。圖光耦隔離(gl)的SCR驅(qū)動(dòng)電路第134頁(yè)/共155頁(yè)第一百三十五頁(yè)，共155頁(yè)。2GTO的驅(qū)動(dòng)(q dn)電路lGTO的幾種(j zhn)基本驅(qū)動(dòng)電路：l關(guān)斷：在門極加很大的負(fù)電流第135頁(yè)/共155頁(yè)第一百三十六頁(yè)，共155頁(yè)。圖 2. GTO的幾種(j zhn)基本驅(qū)動(dòng)電路：（續(xù)）第136頁(yè)/共155頁(yè)第一百三十七頁(yè)，共155頁(yè)。l圖2. GTO的幾種基本(jbn)驅(qū)動(dòng)電路：（續(xù)）l 由于GTO的開通和關(guān)斷均依賴于一個(gè)獨(dú)立的電源，故其關(guān)斷能力強(qiáng)且l可控制，其觸發(fā)脈沖可采用窄脈沖；第137頁(yè)/共155頁(yè)第一百三十八頁(yè)，共155頁(yè)。 圖中，導(dǎo)通和關(guān)斷用兩個(gè)獨(dú)立的電源，開關(guān)元件少，電路(dinl)簡(jiǎn)單。