電力電子技術(shù) 第一章

1、電力電子技術(shù)電氣工程系周國平 將電子技術(shù)和控制技術(shù)引入電力技術(shù)領(lǐng)域，利用半導(dǎo)體電力開關(guān)器件組成各種電力變換電路實現(xiàn)電能的變換和控制，構(gòu)成一門完整的學(xué)科，被國際電工委員（IEEE）命名為電力電子學(xué)或稱為電力電子技術(shù)。具體地說，電力電子技術(shù)就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)。 電力電子器件的制造技術(shù)是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)。 變流技術(shù)則是電力電子技術(shù)的核心。 輸入輸入 輸出輸出 交流交流（AC） 直流直流（DC） 直流直流（DC）整流整流 直流斬波直流斬波 交流交流（AC）交流電力控制交流電力控制變頻、變相變頻、變相逆變逆變 功率集成電路功率集成電路（PIC）智能功率模塊智能功率模塊（IP

2、M）不對稱晶閘管（ASCR）逆導(dǎo)晶閘管（RCT）雙向晶閘管（TRIAC）光控晶閘管（LASCR）快速晶閘管高頻晶閘管可關(guān)斷晶閘管（GTO）集成門極換流晶閘管（IGCT）MOS柵控晶閘管（MCT）功率晶體管（GTR）功率場效應(yīng)管（MOSFET）絕緣柵雙極晶體管（IGBT）電力電子技術(shù)電源變頻調(diào)速電力系統(tǒng)應(yīng)用通信電源通信電源高效大功率整流電源高效大功率整流電源電力操作電源電力操作電源DC/DC模塊電源模塊電源不間斷電源不間斷電源（UPS）高頻逆變焊機、高頻感應(yīng)加熱電源高頻逆變焊機、高頻感應(yīng)加熱電源異步電機通用變頻調(diào)速（異步電機通用變頻調(diào)速（VVVF）異步電機矢量控制變頻調(diào)速異步電機矢量控制變頻調(diào)速

3、異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速同步電機矢量控制變頻調(diào)速同步電機矢量控制變頻調(diào)速高壓直流輸電（高壓直流輸電（HVDC）靜止無功補償（靜止無功補償（SVC）靈活交流輸電系統(tǒng)靈活交流輸電系統(tǒng)逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流，IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波，經(jīng)高頻變壓器耦合， 整流濾波后成為穩(wěn)定的直流，供電弧使用。213電力電子器件相控整流電路直流變換電路4無源逆變電路5交流變換電路6電力電子裝置1電力電子器件1.1電力電子器件的基本模型1、基本模型與特征AB

4、K斷態(tài)通態(tài)1、一般工作在開關(guān)狀態(tài)2、通常由外電路控制3、實際與理想有差距通態(tài)損耗斷態(tài)損耗開關(guān)損耗開通損耗關(guān)斷損耗1電力電子器件1.1電力電子器件的基本模型按照能夠被控制電路信號所控制的程度 半控型器件 主要是指晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件。 器件的關(guān)斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。 全控型器件 目前最常用的是 IGBT和Power MOSFET。 通過控制信號既可以控制其導(dǎo)通，又可以控制其關(guān)斷。 不可控器件 電力二極管（Power Diode） 不能用控制信號來控制其通斷。1電力電子器件1.1電力電子器件的基本模型按照驅(qū)動信號的性質(zhì) 電流驅(qū)動型 通過從控制端注入

5、或者抽出電流來實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。(晶閘管、GTO、GTR、IGCT等) 電壓驅(qū)動型 僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。（MOSFET、IGBT） 1電力電子器件1.2電力二極管電力二極管（Power Diode）也稱半導(dǎo)體整流器（SR），自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用，本身沒有導(dǎo)通、關(guān)斷控制能力，屬于不可控電力電子器件。但其結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠，直到現(xiàn)在電力二極管仍然在中、高頻整流和逆變以及低壓高頻整流的場合發(fā)揮著積極的作用，具有不可替代的地位。在采用全控型器件的電路中電力二極管往往是不可缺少的，特別是開通和關(guān)斷速度很快的快恢復(fù)二極管和肖特基二

6、極管，具有不可替代的地位。 AKAKa) 電力二極管是以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)的,實際上是由一個面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的。從外形上看，可以有螺栓型、平板型等多種封裝。圖圖2-2 電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 a) 外形外形 b) 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號電氣圖形符號1電力電子器件1.2電力二極管CAKbAK二極管的基本原理PN結(jié)的單向?qū)щ娦?當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓（正向偏置）時，在外電路上則形成自P區(qū)流入而從N區(qū)流出的電流，稱為正向電流IF，這就是PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)。 當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時（反向偏置）時，反向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)

7、為高阻態(tài)，幾乎沒有電流流過，被稱為反向截止?fàn)顟B(tài)。 PN結(jié)具有一定的反向耐壓能力，但當(dāng)施加的反向電壓過大，反向電流將會急劇增大，破壞PN結(jié)反向偏置為截止的工作狀態(tài)，這就叫反向擊穿。 反向擊穿發(fā)生時，采取了措施將反向電流限制在一定范圍內(nèi)，PN結(jié)仍可恢復(fù)原來的狀態(tài)。 否則PN結(jié)因過熱而燒毀，這就是熱擊穿。 1電力電子器件1.2電力二極管靜態(tài)特性 主要是指其伏安特性 正向電壓大到一定值（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IF對應(yīng)的電力二極管兩端的 電壓即為其正向電壓降UF。 承受反向電壓時，只有少子 引起的微小而數(shù)值恒定的反向 漏電流。IOIFUTOUFU圖圖2-5

8、 電力二極管的伏安特性電力二極管的伏安特性a)IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt 圖圖2-6 電力二極管的動態(tài)過程波形電力二極管的動態(tài)過程波形a) 正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置 動態(tài)特性 因為結(jié)電容的存在，電壓電流特性是隨時間變化的，這就是電力二極管的動態(tài)特性，并且往往專指反映通態(tài)和斷態(tài)之間轉(zhuǎn)換過程的開關(guān)特性。 由正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置 電力二極管并不能立即關(guān)斷，而是須經(jīng)過一段短暫的時間才能重新獲得反向阻斷能力，進入截止?fàn)顟B(tài)。 在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過沖。 t0:正向正向電流降電流降為零的為零的時刻時刻t

9、1:反向電反向電流達最大流達最大值的時刻值的時刻t2:電流變電流變化率接近化率接近于零的時于零的時刻刻1電力電子器件1.2電力二極管1電力電子器件1.2電力二極管UFPuiiFuFtfrt02V由零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置 先出現(xiàn)一個過沖UFP，經(jīng)過一段時間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個值（如2V）。 出現(xiàn)電壓過沖的原因:電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用所需的大量少子需要一定的時間來儲存，在達到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通之前管壓降較大；正向電流的上升會因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上升率越大，UFP越高。 圖圖2-6 電力二極管的動態(tài)過程波形電力二極管的動態(tài)過程波形 b) 零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置 1電力電子器件1

10、.2電力二極管正向平均電流IF(AV) 指電力二極管長期運行時，在指定的管殼溫度（簡稱殼溫，用TC表示）和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。 IF(AV)是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，使用時應(yīng)按有效值相等的原則來選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。正向壓降UF 指電力二極管在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時對應(yīng)的正向壓降。反向重復(fù)峰值電壓URRM 指對電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓。 使用時，應(yīng)當(dāng)留有兩倍的裕量。 1電力電子器件1.2電力二極管最高工作結(jié)溫TJM 結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用TJ表示。 最高工作結(jié)溫是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最

11、高平均溫度。 TJM通常在125175C范圍之內(nèi)。反向恢復(fù)時間trr反向漏電流IRR 指器件對應(yīng)于反向重復(fù)峰值電壓時的反向電流。1電力電子器件1.2電力二極管普通二極管（General Purpose Diode） 又稱整流二極管（Rectifier Diode），多用于開關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路中。 其反向恢復(fù)時間較長，一般在5s以上 。 其正向電流定額和反向電壓定額可以達到很高?？旎謴?fù)二極管（Fast Recovery DiodeFRD） 恢復(fù)過程很短，特別是反向恢復(fù)過程很短（一般在5s以下） 。 快恢復(fù)外延二極管 （Fast Recovery Epitaxial Diodes

12、FRED） ，采用外延型P-i-N結(jié)構(gòu) ，其反向恢復(fù)時間更短（可低于50ns），正向壓降也很低（0.9V左右）。 從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個等級。前者反向恢復(fù)時間為數(shù)百納秒或更長，后者則在100ns以下，甚至達到2030ns。 1電力電子器件1.2電力二極管肖特基二極管（Schottky Barrier DiodeSBD） 屬于多子器件 優(yōu)點在于：反向恢復(fù)時間很短（1040ns），正向恢復(fù)過程中也不會有明顯的電壓過沖；在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管；因此，其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高。 弱點在于：當(dāng)所能承受的反向耐壓提高時其正向

13、壓降也會高得不能滿足要求，因此多用于200V以下的低壓場合；反向漏電流較大且對溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度。1電力電子器件1.3晶閘管晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡稱，又稱作可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR），以前被簡稱為可控硅。 1956年美國貝爾實驗室（Bell Laboratories）發(fā)明了晶閘管，到1957年美國通用電氣公司（General Electric）開發(fā)出了世界上第一只晶閘管產(chǎn)品，并于1958年使其商業(yè)化。由于其能承受的電壓和電流容量（4500A/8000V）仍然是目前電力電子器

14、件中最高的，而且工作可靠，因此在特大功率、低頻（200hz以下）的相控整流、逆變、交流調(diào)壓、直流變換等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。1電力電子器件1.3晶閘管晶閘管的結(jié)構(gòu) 從外形上來看，晶閘管也主要有螺栓型和平板型兩種封裝結(jié)構(gòu) 。 引出陽極A、陰極K和門極（控制端）G三個聯(lián)接端。 內(nèi)部是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。 圖圖2-7 晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 a) 外形外形 b) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號電氣圖形符號 1電力電子器件1.3晶閘管圖圖2-8 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 a) 雙晶體管模型雙晶體管模型 b) 工作原理工作原理

15、當(dāng)晶閘管陽極和陰極之間施加正向電壓時，若給門級G也加正向電壓，門級電流I經(jīng)晶體管T2放大后成為集電極電流IC2,同時又是T1的基極電流，放大后的集電極電流進一步使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，兩個晶閘管都快速進入飽和狀態(tài)，使導(dǎo)通。1電力電子器件1.3晶閘管除門極觸發(fā)外其他幾種可能導(dǎo)通的情況 陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng) 陽極電壓上升率du/dt過高 結(jié)溫較高 光觸發(fā)這些情況除了光觸發(fā)由于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)備中之外，其它都因不易控制而難以應(yīng)用于實踐。只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。 1電力電子器件1.3晶閘管靜

16、態(tài)特性 正常工作時的特性 當(dāng)晶閘管承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導(dǎo)通 。 當(dāng)晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通 。 晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導(dǎo)通 。 若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。 1電力電子器件1.3晶閘管晶閘管的伏安特性 正向特性 當(dāng)IG=0時，在器件兩端施加正向電壓，則晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)，只有很小的正向漏電流流過。 如果正向電壓超過臨界極限即正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通 。“硬開通” 隨著門極電

17、流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低，晶閘管本身的壓降很小，在1V左右。 如果門極電流為零，并且陽極電流降至接近于零的某一數(shù)值IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài)，IH稱為維持電流。 圖圖2-9 晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性 IG2 IG1 IG 正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM+1電力電子器件1.3晶閘管反向特性 其伏安特性類似二極管的反向特性。 晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)時，只有極小的反向漏電流通過。 當(dāng)反向電壓超過一定限度，到反向擊穿電壓后，外電路如無限制措施，則反向漏電流急劇增大，導(dǎo)致晶閘管發(fā)熱損壞。 圖

18、圖2-9 晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性 IG2IG1IG正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM+1電力電子器件1.3晶閘管電壓定額 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM 是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓（見圖2-9）。 國標(biāo)規(guī)定斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM為斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓（即 斷態(tài)最大瞬時電壓）UDSM的90%。 斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓應(yīng)低于正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo。 反向重復(fù)峰值電壓URRM 是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓（見圖2-8）。 規(guī)定反向重復(fù)峰值電壓URRM

19、為反向不重復(fù)峰值電壓（即反向最大瞬態(tài)電壓）URSM的90%。 反向不重復(fù)峰值電壓應(yīng)低于反向擊穿電壓。 通態(tài)（峰值）電壓UT：晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時的瞬態(tài)峰值電 壓。 額定電壓：通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值。 選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓23倍。1電力電子器件1.3晶閘管電流定額 通態(tài)平均電流 IT(AV） 國標(biāo)規(guī)定通態(tài)平均電流為晶閘管在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷 卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。 按照正向電流造成的器件本身的通態(tài)損耗的發(fā)熱效應(yīng)來定義的。 一般取其通態(tài)平均電流為按發(fā)熱效應(yīng)相等

20、（即有效值相等）的原則所得計算結(jié)果的1.52倍。 維持電流IH 維持電流是指使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安。 結(jié)溫越高，則IH越小。 擎住電流 IL 擎住電流是晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導(dǎo)通所需的最小電流。 約為IH的24倍 浪涌電流ITSM 指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流。1電力電子器件1.3晶閘管晶閘管的派生器件快速晶閘管（Fast Switching ThyristorFST） 有快速晶閘管和高頻晶閘管。 快速晶閘管的開關(guān)時間以及du/dt和di/dt的耐量都有了明顯改善。 從關(guān)斷時間來看，普通晶閘管一般

21、為數(shù)百微秒，快速晶閘管為數(shù)十微秒，而高頻晶閘管則為10s左右。 高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額都不易做高。 由于工作頻率較高，選擇快速晶閘管和高頻晶閘管的通態(tài)平均電流時不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。 1電力電子器件1.3晶閘管a)b)IOUIG=0GT1T2雙向晶閘管（Triode AC SwitchTRIAC或Bidirectional triode thyristor） 可以認(rèn)為是一對反并聯(lián)聯(lián) 接的普通晶閘管的集成。 門極使器件在主電極的正反兩方向均可觸發(fā)導(dǎo)通，在第和第III象限有對稱的伏安特性。 雙向晶閘管通常用在交流電路中，因此不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。圖圖2-11

22、 雙向晶閘管的電氣圖形雙向晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性符號和伏安特性a) 電氣圖形符號電氣圖形符號 b) 伏安特性伏安特性 1電力電子器件1.3晶閘管a)KGAb)UOIIG=0逆導(dǎo)晶閘管（Reverse Conducting ThyristorRCT） 是將晶閘管反并聯(lián)一個二極管制作在同一管芯上的功率集成器件，不具有承受反向電壓的能力，一旦承受反向電壓即開通。 具有正向壓降小、關(guān)斷時間短、高溫特性好、額定結(jié)溫高等優(yōu)點，可用于不需要阻斷反向電壓的電路中。 圖圖2-12 逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性和伏安特性 a) 電氣圖形符號電氣圖形符號 b) 伏安特性伏安特性

23、 1電力電子器件1.3晶閘管AGKa)AK光強度強弱b)OUIA光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT） 是利用一定波長的光照信號觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。 由于采用光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，而且可以避免電磁干擾的影響，因此光控晶閘管目前在高壓大功率的場合。圖圖2-13 光控晶閘管的電氣圖形符光控晶閘管的電氣圖形符 號和伏安特性號和伏安特性 a) 電氣圖形符號電氣圖形符號 b) 伏安特性伏安特性 1電力電子器件1.4可關(guān)斷晶閘管門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）在晶閘管問世后不久出現(xiàn)。具有普通晶閘管的全部優(yōu)點。20世紀(jì)80年代以來，電力電子技術(shù)進入了一個嶄新時代。主

24、要應(yīng)用直流變換和逆變、交流變頻等需要原件強迫關(guān)斷的地方，電壓、電流容量大，與普通晶閘管接近。(電力機車交流平滑調(diào)速、強迫換流)1電力電子器件1.4可關(guān)斷晶閘管GTO的導(dǎo)通過程與普通晶閘管是一樣的，只不過導(dǎo)通時飽和程度較淺。 而關(guān)斷時，給門極加負(fù)脈沖，即從門極抽出電流，當(dāng)兩個晶體管發(fā)射極電流IA和IK的減小使1+21時，器件退出飽和而關(guān)斷。 GTO的多元集成結(jié)構(gòu)使得其比普通晶閘管開通過程更快，承受di/dt的能力增強。 1電力電子器件1.4可關(guān)斷晶閘管1判定GTO的電極將萬用表撥至R1檔，測量任意兩腳間的電阻，僅當(dāng)黑表筆接G極，紅表筆接K極時，電阻呈低阻值，對其它情況電阻值均為無窮大。由此可迅速

25、判定G、K極，剩下的就是A極。 2檢查觸發(fā)能力 首先將表的黑表筆接A極，紅表筆接K極，電阻為無窮大；然后用黑表筆尖也同時接觸G極，加上正向觸發(fā)信號，表針向右偏轉(zhuǎn)到低阻值即表明GTO已經(jīng)導(dǎo)通；最后脫開G極，只要GTO維持通態(tài)，就說明被測管具有觸發(fā)能力。3檢查關(guān)斷能力現(xiàn)采用雙表法檢查GTO的關(guān)斷能力，如圖2(b)所示，表的檔位及接法保持不變。將表撥于R10檔，紅表筆接G極，黑表筆接K極，施以負(fù)向觸發(fā)信號，如果表的指針向左擺到無窮大位置，證明GTO具有關(guān)斷能力。1電力電子器件1.4可關(guān)斷晶閘管使用注意事項：1、用門極正脈沖可以開通，用門極負(fù)脈沖可以關(guān)斷，但關(guān)斷電流較大，約為陽極電流的1/5左右。2、

26、GTO有能承受反壓和不能承受反壓兩種。不少GTO都制造成逆導(dǎo)型，類似于逆導(dǎo)晶閘管，承受反壓時應(yīng)和電力二極管串聯(lián)。觸發(fā)電路：1電力電子器件1.5電力晶體管電力晶體管（Giant TransistorGTR）按英文直譯為巨型晶體管，是一種耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT）具有控制方便、開關(guān)時間短、高頻特性好、價格低廉等優(yōu)點。 GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理 與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的。 最主要的特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好（400A/1200V、1000A/400V），工作頻率可達5kHz。 GTR的缺點是驅(qū)動電流較大、耐浪涌電

27、流能力差、易受二次擊穿而損壞。 應(yīng)用在中、小功率范圍內(nèi)的不間斷電源、中頻電源和交流電動機調(diào)速等電力變流裝置中取代晶閘管，但目前又大多被IGBT取代。1電力電子器件1.5電力晶體管空穴流電子流c)EbEcibic=bibie=(1+b )ib截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)OIcib3ib2ib1ib1ib2ib3Uce二次擊穿 二次擊穿是影響GTR安全可靠工作的一個重要因素。當(dāng)GTR的集電極電壓升高至擊穿電壓時，集電極電流迅速增大，這種首先出現(xiàn)的擊穿是雪崩擊穿，被稱為一次擊穿。出現(xiàn)一次擊穿后，只要Ic不超過與最大運行耗散功率相對應(yīng)的限度，GTR一般不會損壞，工作特性也不會有什么變化。但是實際應(yīng)用中常常發(fā)現(xiàn)一

28、次擊穿發(fā)生時如不有效地限制電流，Ic增大到某個臨界點時會突然急劇上升，同時伴隨著電壓的突然下降，這種現(xiàn)象稱為二次擊穿。防止二次擊穿的辦法是：應(yīng)使實際使用的工作電壓比反向擊穿電壓低得多。必須有電壓電流緩沖保護措施。1電力電子器件1.5電力晶體管SOAOIcIcMPSBPcMUceUceM1GTR基極驅(qū)動電路(1)對基極驅(qū)動電路的要求實現(xiàn)主電路與控制電路間的電隔離。導(dǎo)通時，基極正向驅(qū)動電流應(yīng)有足夠陡的前沿，并有一定幅度的強制電流，以加速開通過程，減小開通損耗。GTR導(dǎo)通期，基極電流都應(yīng)使GTR處在臨界飽和狀態(tài)，這樣既可降低導(dǎo)通飽和壓降，又可縮短關(guān)斷時間。在使GTR關(guān)斷時，應(yīng)向基極提供足夠大的反向基極電流，以加快關(guān)斷速度，減小關(guān)斷損耗。應(yīng)有較強的抗干擾能力，并有一定的保護功能。1電力電子器件1.5電力晶體管