第1章電力電子器件(定稿)

1、第第1章章 電力電子器件電力電子器件1.1 電力二極管電力二極管1.2 晶閘管晶閘管1.1 電力二極管電力二極管1.1.1 功率二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理功率二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理1 1、元件結(jié)構(gòu)、元件結(jié)構(gòu) 圖圖1-1圖圖1-2二極管的基本原理二極管的基本原理PN結(jié)的結(jié)的單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?當(dāng)當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓（正向偏置）時(shí)，結(jié)外加正向電壓（正向偏置）時(shí)， PN結(jié)表現(xiàn)為結(jié)表現(xiàn)為低低阻態(tài)阻態(tài)，PN結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)。結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)。導(dǎo)通時(shí)，管子壓降維持在導(dǎo)通時(shí)，管子壓降維持在1V左右。不隨電流而變。左右。不隨電流而變。 當(dāng)當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時(shí)（反向偏置）時(shí)，結(jié)外加反向電壓時(shí)（反向偏置）時(shí)，

2、PN結(jié)表現(xiàn)結(jié)表現(xiàn)為為高阻態(tài)高阻態(tài)，幾乎沒有電流流過，被稱為反向截止?fàn)顟B(tài)。，幾乎沒有電流流過，被稱為反向截止?fàn)顟B(tài)。反向阻斷時(shí)，有極小的漏電流，平時(shí)可忽略不計(jì)，但溫反向阻斷時(shí)，有極小的漏電流，平時(shí)可忽略不計(jì)，但溫度升高時(shí)漏電流會(huì)增大，須引起注意。度升高時(shí)漏電流會(huì)增大，須引起注意。 PN結(jié)具有一定的反向耐壓能力，但當(dāng)施加的反向電結(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(huì)急劇增大，破壞壓過大，反向電流將會(huì)急劇增大，破壞PN結(jié)反向偏置為結(jié)反向偏置為截止的工作狀態(tài)，這就叫截止的工作狀態(tài)，這就叫反向擊穿反向擊穿。1.1.2 功率二極管的伏安特性功率二極管的伏安特性IOIFUTOUFU電力

3、二極管的伏安特性電力二極管的伏安特性整流二極管、快速恢復(fù)二極管、肖特基二極管整流二極管、快速恢復(fù)二極管、肖特基二極管v見教材P4。1.1.3 功率二極管的主要參數(shù)功率二極管的主要參數(shù)1.2 晶閘管晶閘管v晶閘管晶閘管（又稱可控硅（又稱可控硅 SCR ）是一種能夠用控制）是一種能夠用控制信號(hào)控制其導(dǎo)通，但不能控制其關(guān)斷的信號(hào)控制其導(dǎo)通，但不能控制其關(guān)斷的半控型器半控型器件件。v晶 閘 管 也 有 許 多 派 生 器 件 ， 如 快 速 晶 閘 管晶 閘 管 也 有 許 多 派 生 器 件 ， 如 快 速 晶 閘 管（FST）、雙向晶閘管（）、雙向晶閘管（TRIAC）、逆導(dǎo)晶閘管）、逆導(dǎo)晶閘管（R

4、CT）和光控晶閘管（）和光控晶閘管（LATT）等。）等。1.2.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管的結(jié)構(gòu) 1 1、晶閘管的結(jié)構(gòu)、晶閘管的結(jié)構(gòu) 圖圖1-4u 常見的外形有兩種：螺栓型和平板型。常見的外形有兩種：螺栓型和平板型。v具有四層具有四層PNPN結(jié)構(gòu)、三端引出線結(jié)構(gòu)、三端引出線(A、K、G)圖圖1-41.2.2 晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理 1 1、晶閘管的導(dǎo)通、關(guān)斷實(shí)驗(yàn)、晶閘管的導(dǎo)通、關(guān)斷實(shí)驗(yàn)v由電源、晶閘管的陽極和陰極、白熾燈組成晶閘管主電路；由電源、晶閘管的陽極和陰極、白熾燈組成晶閘管主電路；由電源、開關(guān)由電源、開關(guān)S、晶閘管的門極和陰極組成控制電路（觸、晶閘管的門極和陰極組成控制電路（觸發(fā)

5、電路）。發(fā)電路）。 （a） (b) (c)圖圖1-5 圖圖1-5v2、實(shí)驗(yàn)說明、實(shí)驗(yàn)說明v3、實(shí)驗(yàn)結(jié)論、實(shí)驗(yàn)結(jié)論 通過上述實(shí)驗(yàn)可知，晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩通過上述實(shí)驗(yàn)可知，晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件個(gè)條件: （1）晶閘管陽極和陰極之間加正向電壓。）晶閘管陽極和陰極之間加正向電壓。 （2）晶閘管門極和陰極之間加正向電壓。）晶閘管門極和陰極之間加正向電壓。 晶閘管一旦導(dǎo)通，門極即失去控制作用，故晶閘管一旦導(dǎo)通，門極即失去控制作用，故晶閘管為半控型器件。晶閘管為半控型器件。 4、晶閘管的導(dǎo)通關(guān)斷原理、晶閘管的導(dǎo)通關(guān)斷原理 當(dāng)晶閘管陽極承受正向電壓，控制極也加正向電壓時(shí)，當(dāng)晶閘管陽極承受正向電壓

6、，控制極也加正向電壓時(shí)，形成了強(qiáng)烈的正反饋，形成了強(qiáng)烈的正反饋，正反饋過程如下：正反饋過程如下： IGIB2IC2(IB1)IC1IB2 RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)圖圖1-6v 晶閘管導(dǎo)通之后，它的導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠管子本身晶閘管導(dǎo)通之后，它的導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠管子本身的正反饋?zhàn)饔脕砭S持。門極失去控制作用。的正反饋?zhàn)饔脕砭S持。門極失去控制作用。v那怎樣才能關(guān)斷管子呢？那怎樣才能關(guān)斷管子呢？v關(guān)斷條件：必須將陽極電流減小到使之不能維持正關(guān)斷條件：必須將陽極電流減小到使之不能維持正反饋的程度，也就是減小到維持電流。反饋的程度，也

7、就是減小到維持電流。v可采用的方法有可采用的方法有: :v將陽極電源斷開；將陽極電源斷開；1.1.改變晶閘管的陽極電壓的方向，即在陽極和陰極間改變晶閘管的陽極電壓的方向，即在陽極和陰極間加反向電壓。加反向電壓。 14 1 1、晶閘管的伏安特性、晶閘管的伏安特性 晶閘管的伏安特性是晶閘晶閘管的伏安特性是晶閘管陽極與陰極間電壓管陽極與陰極間電壓UAK和晶閘管陽極電流和晶閘管陽極電流IA之間之間的關(guān)系特性。的關(guān)系特性。IG =0=0圖圖1-5 晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性IG2IG1IGUAIAIG1IG2正向正向?qū)▽?dǎo)通UBO正向特性正向特性反向特性反向特性雪崩雪崩擊穿擊穿1.2.3 晶閘管的

8、特性晶閘管的特性 2、晶閘管的開關(guān)特性、晶閘管的開關(guān)特性(簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介) 晶閘管的開關(guān)特性如圖所示。晶閘管的開關(guān)特性如圖所示。圖圖1-8 晶閘管開關(guān)特性的說明晶閘管開關(guān)特性的說明v通常定義器件的開通時(shí)間通常定義器件的開通時(shí)間ton為延遲時(shí)間為延遲時(shí)間td與上升與上升時(shí)間時(shí)間tr之和。即之和。即 ton=td+trv電源電壓反向后，從正向電流降為零起到能重新電源電壓反向后，從正向電流降為零起到能重新施加正向電壓為止定義為器件的電路換向關(guān)斷時(shí)施加正向電壓為止定義為器件的電路換向關(guān)斷時(shí)間間toff。反向阻斷恢復(fù)時(shí)間。反向阻斷恢復(fù)時(shí)間trr與正向阻斷恢復(fù)時(shí)間與正向阻斷恢復(fù)時(shí)間tgr之和。之和。 toff=

9、trr+tgr 1.2.4 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)(簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介)v1、額定電壓、額定電壓UTn(重點(diǎn)重點(diǎn)) （1）正向重復(fù)峰值電壓）正向重復(fù)峰值電壓UDRMv在控制極斷路和正向阻斷條件下，可重復(fù)加在晶閘管兩端在控制極斷路和正向阻斷條件下，可重復(fù)加在晶閘管兩端的正向峰值電壓。規(guī)定此電壓為正向不重復(fù)峰值電壓的正向峰值電壓。規(guī)定此電壓為正向不重復(fù)峰值電壓UDSM的的80%。 （2）反向重復(fù)峰值電壓）反向重復(fù)峰值電壓URRMv在控制極斷路時(shí)，以重復(fù)加在晶閘管兩端的反向峰值電壓。在控制極斷路時(shí)，以重復(fù)加在晶閘管兩端的反向峰值電壓。此電壓取反向不重復(fù)峰值電壓此電壓取反向不重復(fù)峰值電壓URSM的的8

10、0%。v晶閘管的額定電壓則取晶閘管的額定電壓則取UDRM和和URRM的較小值且靠近的較小值且靠近標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)所對(duì)應(yīng)的電壓值。標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)所對(duì)應(yīng)的電壓值。v選擇管子的額定電壓選擇管子的額定電壓UTn應(yīng)為晶閘管在電路中可能應(yīng)為晶閘管在電路中可能承受的最大峰值電壓的承受的最大峰值電壓的23倍。倍。v2、額定電流、額定電流I T(AV) (重點(diǎn)重點(diǎn))v是指：在環(huán)境溫度為是指：在環(huán)境溫度為+40度和規(guī)定的散熱條件度和規(guī)定的散熱條件下，晶閘管在電阻性負(fù)載時(shí)的單相、工頻下，晶閘管在電阻性負(fù)載時(shí)的單相、工頻（50Hz）、正弦半波（導(dǎo)通角不小于）、正弦半波（導(dǎo)通角不小于170度）的度）的電路中，結(jié)溫穩(wěn)定在額定值

11、電路中，結(jié)溫穩(wěn)定在額定值125度時(shí)所允許的度時(shí)所允許的通態(tài)通態(tài)平均電流平均電流。v注意：晶閘管是以電流的平均值而非有效值作為注意：晶閘管是以電流的平均值而非有效值作為它的電流定額，這是因?yàn)榫чl管較多用于可控整它的電流定額，這是因?yàn)榫чl管較多用于可控整流電路，而整流電路往往按直流平均值來計(jì)算。流電路，而整流電路往往按直流平均值來計(jì)算。v實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)電流有效值相同的原則進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)電流有效值相同的原則進(jìn)行換算，通常選用晶閘管時(shí)，電流選擇應(yīng)取換算，通常選用晶閘管時(shí)，電流選擇應(yīng)取(1.52)倍的安全裕量。倍的安全裕量。 3、維持電流、維持電流IH v在室溫和門極斷路時(shí)，晶閘管已經(jīng)處于通

12、態(tài)后，在室溫和門極斷路時(shí)，晶閘管已經(jīng)處于通態(tài)后，從較大的通態(tài)電流降至維持通態(tài)所必須的最小陽從較大的通態(tài)電流降至維持通態(tài)所必須的最小陽極電流。極電流。 4、擎住電流、擎住電流IL v晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)換到通態(tài)時(shí)移去觸發(fā)信號(hào)之后，晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)換到通態(tài)時(shí)移去觸發(fā)信號(hào)之后，要器件維持通態(tài)所需要的最小陽極電流。對(duì)于同要器件維持通態(tài)所需要的最小陽極電流。對(duì)于同一個(gè)晶閘管來說，通常擎住電流一個(gè)晶閘管來說，通常擎住電流IL約為維持電流約為維持電流IH的的(24)倍。倍。5、門極觸發(fā)電流、門極觸發(fā)電流IGTv在室溫且陽極電壓為在室溫且陽極電壓為6V直流電壓時(shí)，使晶閘管從直流電壓時(shí)，使晶閘管從阻斷到完全開通所必需的

13、最小門極直流電流。阻斷到完全開通所必需的最小門極直流電流。6、門極觸發(fā)電壓、門極觸發(fā)電壓UGT v對(duì)應(yīng)于門極觸發(fā)電流時(shí)的門極觸發(fā)電壓。觸發(fā)電對(duì)應(yīng)于門極觸發(fā)電流時(shí)的門極觸發(fā)電壓。觸發(fā)電路給門極的電壓和電流應(yīng)適當(dāng)?shù)卮笥谒?guī)定的路給門極的電壓和電流應(yīng)適當(dāng)?shù)卮笥谒?guī)定的UGT和和IGT上限，但不應(yīng)超過其峰值上限，但不應(yīng)超過其峰值IGFM 和和 UGFM。 7、斷態(tài)電壓臨界上升率、斷態(tài)電壓臨界上升率du/ dt v在額定結(jié)溫和門極斷路條件下，不導(dǎo)致器件從斷在額定結(jié)溫和門極斷路條件下，不導(dǎo)致器件從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)的最大電壓上升率。過大的斷態(tài)電壓態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)的最大電壓上升率。過大的斷態(tài)電壓上升率會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通。

14、上升率會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通。 8、通態(tài)電流臨界上升率、通態(tài)電流臨界上升率di / dt v在規(guī)定條件下，由門極觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通時(shí)，在規(guī)定條件下，由門極觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通時(shí)，晶閘管能夠承受而不導(dǎo)致?lián)p壞的通態(tài)電流的最大晶閘管能夠承受而不導(dǎo)致?lián)p壞的通態(tài)電流的最大上升率。在晶閘管開通時(shí)，如果電流上升過快，上升率。在晶閘管開通時(shí)，如果電流上升過快，會(huì)使門極電流密度過大，從而造成局部過熱而使會(huì)使門極電流密度過大，從而造成局部過熱而使晶閘管損壞。晶閘管損壞。1.2.5 晶閘管的型號(hào)、選擇原則晶閘管的型號(hào)、選擇原則1、普通晶閘管的型號(hào)、普通晶閘管的型號(hào)額定電壓以電壓等級(jí)給出，通常標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)規(guī)定額定電壓以電壓等

15、級(jí)給出，通常標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)規(guī)定為：電壓在為：電壓在1000V以下，每以下，每100V為一級(jí)；為一級(jí)；1000V到到3000V，每，每200V為一級(jí)。為一級(jí)。 組別組別ABCDE通態(tài)平均電通態(tài)平均電壓（壓（V）UT0.40.4UT0.50.5UT0.60.6UT0.70.7UT0.8組別組別FGHI通態(tài)平均電通態(tài)平均電壓（壓（V）0.8UT0.90.9UT1.01.0UT1.11.1UT1.2晶閘管通態(tài)平均電壓分組晶閘管通態(tài)平均電壓分組 2、普通晶閘管的選擇原則、普通晶閘管的選擇原則（1）選擇額定電流的原則）選擇額定電流的原則v在規(guī)定的室溫和冷卻條件下，只要所選管子的額在規(guī)定的室溫和冷卻條件下，只

16、要所選管子的額定電流有效值大于等于管子在電路中實(shí)際可能通定電流有效值大于等于管子在電路中實(shí)際可能通過的最大電流有效值過的最大電流有效值 即可。考慮元件的過載能即可。考慮元件的過載能力，實(shí)際選擇時(shí)應(yīng)有力，實(shí)際選擇時(shí)應(yīng)有1.52倍的安全裕量。計(jì)算公倍的安全裕量。計(jì)算公式為：式為：v然后取相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)系列值。然后取相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)系列值。57. 1)25 . 1 (TMT(AV)IITMI1.2.6 晶閘管的其它派生元件晶閘管的其它派生元件(簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介)v雙向晶閘管從結(jié)構(gòu)和特性來說，都可以看成是一雙向晶閘管從結(jié)構(gòu)和特性來說，都可以看成是一對(duì)反向并聯(lián)的普通晶閘管。在主電極的正、反兩對(duì)反向并聯(lián)的普通晶閘管。在主電極的

17、正、反兩個(gè)方向均可用交流或直流電流觸發(fā)導(dǎo)通。個(gè)方向均可用交流或直流電流觸發(fā)導(dǎo)通。圖圖1-12v雙向晶閘管在第雙向晶閘管在第和第和第象限有對(duì)稱的伏安特性象限有對(duì)稱的伏安特性。圖圖1-1431包括所有專為快速應(yīng)用而設(shè)計(jì)的晶閘管，有快速晶閘包括所有專為快速應(yīng)用而設(shè)計(jì)的晶閘管，有快速晶閘管和高頻晶閘管（管和高頻晶閘管（10kHz10kHz以上）；以上）；FSTFST由于允許長(zhǎng)期通過的電流有限，所以其不宜在低由于允許長(zhǎng)期通過的電流有限，所以其不宜在低頻下工作。頻下工作。快速晶閘管（Fast Switching ThyristorFST)32 逆導(dǎo)晶閘管是將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極逆導(dǎo)晶閘管是將晶閘管反并聯(lián)一

18、個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件，這種管制作在同一管芯上的功率集成器件，這種器件不具有承受反向電壓的能力，一旦承受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。反向電壓即開通。逆導(dǎo)晶閘管（Reverse Conducting ThyristorRCT）b)a)UOIKGAIG=0圖圖1-9 逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性a) 電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性伏安特性33光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT）v光控晶閘管又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用光控晶閘管又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長(zhǎng)的光照信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的

19、晶閘管一定波長(zhǎng)的光照信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。圖圖1-10 1-10 光控晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性光控晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性a) a) 電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào) b) b) 伏安特性伏安特性光強(qiáng)度強(qiáng)弱b)AGKa)OUAKIA通態(tài)損耗通態(tài)損耗是電力電子器件功率損耗的主要成因。是電力電子器件功率損耗的主要成因。當(dāng)器件的開關(guān)頻率較高時(shí)，當(dāng)器件的開關(guān)頻率較高時(shí)，開關(guān)損耗開關(guān)損耗會(huì)隨之增會(huì)隨之增大而可能成為器件功率損耗的主要因素。大而可能成為器件功率損耗的主要因素。 控控制制電電路路檢檢 測(cè)測(cè)電電 路路保保 護(hù)護(hù)電電 路路驅(qū)驅(qū) 動(dòng)動(dòng)電電 路路RLV1V2主主 電電 路路電氣隔離電氣隔離圖圖2

20、-1 電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成1.3 門極可關(guān)斷晶閘管（門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）1.3.1 GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理n 晶閘管的一種派生器件，但晶閘管的一種派生器件，但可以通過在門極施加負(fù)的脈沖可以通過在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷，因而屬于全控電流使其關(guān)斷，因而屬于全控型器件。型器件。 n GTO為四層為四層PNPN結(jié)構(gòu)、三端結(jié)構(gòu)、三端線（線（A、K、G）的器件。和）的器件。和晶閘管不同的是：晶閘管不同的是：GTO內(nèi)部是內(nèi)部是由許多四層結(jié)構(gòu)的小晶閘管并由許多四層結(jié)構(gòu)的小晶閘管并聯(lián)而成，這些小晶閘管的門極聯(lián)而成，這些小晶閘管的門極和陰

21、極并聯(lián)在一起，成為和陰極并聯(lián)在一起，成為GTO元元圖圖1-15圖圖1-1539/89導(dǎo)通與關(guān)斷導(dǎo)通與關(guān)斷GTO的導(dǎo)通過程與普通晶閘管是一樣的，只不過導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通過程與普通晶閘管是一樣的，只不過導(dǎo)通時(shí)飽飽和程度和程度較淺。晶閘管的回路增益較淺。晶閘管的回路增益1+2常為常為1.15左右，而左右，而GTO的的1+2非常接近非常接近1。因而。因而GTO處于臨界飽和狀態(tài)。處于臨界飽和狀態(tài)。 而關(guān)斷時(shí)，給門極加負(fù)脈沖，即從門極抽出電流，當(dāng)兩個(gè)而關(guān)斷時(shí)，給門極加負(fù)脈沖，即從門極抽出電流，當(dāng)兩個(gè)晶體管發(fā)射極電流晶體管發(fā)射極電流IA和和IK的減小使的減小使 1+ 21時(shí)，器件退出時(shí)，器件退出飽飽和和而關(guān)斷。而

22、晶閘管導(dǎo)通之后，處于深度飽和狀態(tài)，用抽走而關(guān)斷。而晶閘管導(dǎo)通之后，處于深度飽和狀態(tài)，用抽走陽極電流的方法不能使其關(guān)斷。陽極電流的方法不能使其關(guān)斷。GTO的的多元集成結(jié)構(gòu)多元集成結(jié)構(gòu)使得其比普通晶閘管使得其比普通晶閘管開通過程開通過程更快，更快，承受承受di/dt的能力增強(qiáng)。的能力增強(qiáng)。 GTO的主要參數(shù)的主要參數(shù) GTO的許多參數(shù)都和普通晶閘管相應(yīng)的參的許多參數(shù)都和普通晶閘管相應(yīng)的參數(shù)意義相同數(shù)意義相同 電流關(guān)斷增益電流關(guān)斷增益 off 最大可關(guān)斷陽極電流最大可關(guān)斷陽極電流IATO與門極負(fù)脈沖與門極負(fù)脈沖電流最大值電流最大值IGM之比。之比。 off一般很小，只有一般很小，只有5左右，這是左右

23、，這是GTO的的一個(gè)主要缺點(diǎn)。一個(gè)主要缺點(diǎn)。 不少不少GTO都制造成都制造成逆導(dǎo)型逆導(dǎo)型，類似于逆導(dǎo)晶閘，類似于逆導(dǎo)晶閘管。當(dāng)需要承受反向電壓時(shí)，應(yīng)和管。當(dāng)需要承受反向電壓時(shí)，應(yīng)和電力二極電力二極管管串聯(lián)使用。串聯(lián)使用。 41/891.3.2 電力晶體管電力晶體管電力晶體管（電力晶體管（Giant TransistorGTR）按英文直譯為巨按英文直譯為巨型晶體管，是一種耐高電壓、大電流的型晶體管，是一種耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT） GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理 GTR和和GTO一樣具有自關(guān)斷能力，屬于

24、電流控制型自關(guān)一樣具有自關(guān)斷能力，屬于電流控制型自關(guān)斷器件。斷器件。GTR可通過基極電流信號(hào)方便地對(duì)集電極可通過基極電流信號(hào)方便地對(duì)集電極-發(fā)射極發(fā)射極的通斷進(jìn)行控制，并具有飽和壓降低、開關(guān)性能好、電流較的通斷進(jìn)行控制，并具有飽和壓降低、開關(guān)性能好、電流較大、耐壓高等優(yōu)點(diǎn)。大、耐壓高等優(yōu)點(diǎn)。 GTR的開關(guān)時(shí)間在的開關(guān)時(shí)間在幾微秒幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多都短很多v共射極電路的輸出特性曲線共射極電路的輸出特性曲線 圖圖1-19 2、GTR的動(dòng)態(tài)（開關(guān)）特性的動(dòng)態(tài)（開關(guān)）特性 v晶體管有線性和開關(guān)兩種工作方式。當(dāng)只需要導(dǎo)晶體管有線性和開關(guān)兩種工作方式。當(dāng)只需要導(dǎo)通和關(guān)斷作

25、用時(shí)采用開關(guān)工作方式。通和關(guān)斷作用時(shí)采用開關(guān)工作方式。GTR主要應(yīng)主要應(yīng)用于開關(guān)工作方式。用于開關(guān)工作方式。v在開關(guān)工作方式下，用一定的正向基極電流在開關(guān)工作方式下，用一定的正向基極電流IB1去去驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)GTR 導(dǎo)通，而用另一反向基極電流導(dǎo)通，而用另一反向基極電流IB2迫使迫使GTR關(guān)斷，由于關(guān)斷，由于GTR 不是理想開關(guān)，故在開關(guān)過不是理想開關(guān)，故在開關(guān)過程中總存在著一定的延時(shí)和存儲(chǔ)時(shí)間。程中總存在著一定的延時(shí)和存儲(chǔ)時(shí)間。u簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱P-MOSFET（Power MOSFET）。）。v是用是用柵極柵極電壓來控制電壓來控制漏極漏極電流的電流的v開關(guān)時(shí)間在開關(guān)時(shí)間在10100ns之間，其工作頻率可

26、達(dá)之間，其工作頻率可達(dá)100kHz以上，以上，是主要電力電子器件中最高的。是主要電力電子器件中最高的。u電力電力MOSFET的種類的種類按導(dǎo)電溝道可分為按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和溝道和N溝道。溝道。 當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道的稱為當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道的稱為耗盡型耗盡型柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道的稱為柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道的稱為增強(qiáng)型增強(qiáng)型。在電力在電力MOSFET中，主要是中，主要是N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型。 1.3.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-194

27、5/89電力電力MOSFET的工作原理的工作原理截止截止 柵極柵極和和 源極源極間電壓為間電壓為零零時(shí)，無漏極電流時(shí)，無漏極電流ID，截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通 在在柵極柵極和和源極源極之間加一之間加一正電壓正電壓UGS，當(dāng)，當(dāng)UGS大于某一電壓值大于某一電壓值UT開啟電開啟電壓（或閾值電壓）時(shí)壓（或閾值電壓）時(shí)，導(dǎo)通。，導(dǎo)通。UGS超過超過UT越多，導(dǎo)電能力越強(qiáng)，漏極電越多，導(dǎo)電能力越強(qiáng)，漏極電流流ID越大。越大。本身結(jié)構(gòu)所致，本身結(jié)構(gòu)所致，漏極漏極和和源極源極之間形成了一個(gè)之間形成了一個(gè) 與與MOSFET反向并聯(lián)的反向并聯(lián)的寄生二極管寄生二極管。 GTR和和GTO是雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件，由于具有電導(dǎo)調(diào)制效是雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件，由于具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)，但開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)，但開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。n電力電力MOSFET是單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件，開關(guān)速度快，輸入是單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。n絕緣柵雙極晶體