MOS-IGBT功率器件

1、1功率場效應(yīng)晶體管（功率場效應(yīng)晶體管（MOSFET） 絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（IGBT） 基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)2l電力電子器件：用于主電路，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。早期為電真空器件，如今主要指半導(dǎo)體器件。l主電路：在電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能變換或控制的電路。RL主電路V1V2控制器驅(qū)動(dòng)電路檢測電路保護(hù)電路控制電路電氣隔離（1）基本概念）基本概念1 電力電子器件的概念與特征電力電子器件的概念與特征3l電力電子器件處理電功率的能力，一般遠(yuǎn)大于信息處理中的電子器件。l電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。l電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制（控制電路，驅(qū)動(dòng)電路）。

2、l電力電子器件自身的功率損耗遠(yuǎn)大于信息電子器件，一般都需要安裝散熱器（自然風(fēng)冷、強(qiáng)迫風(fēng)冷、水冷等）。1 電力電子器件的概念與特征電力電子器件的概念與特征（2）主要特征）主要特征41 電力電子器件的概念與特征電力電子器件的概念與特征（3）電力電子器件的功率損耗）電力電子器件的功率損耗l功率損耗主要包括：通態(tài)損耗、斷態(tài)損耗和開關(guān)損耗。l通態(tài)損耗是通態(tài)電流與通態(tài)（管）壓降作用的結(jié)果。l斷態(tài)損耗是斷態(tài)（漏）電流與斷態(tài)電壓作用的結(jié)果。l開關(guān)損耗又包括：開通損耗和關(guān)斷損耗，是開關(guān)過程中電壓與電流作用的結(jié)果。l因斷態(tài)漏電流極小，一般認(rèn)為通態(tài)損耗是電力電子器件功率損耗的主要因素。l當(dāng)器件工作頻率較高時(shí)，開關(guān)損

3、耗可能成為電力電子器件功率損耗的主要因素。5l不可控器件（如：電力二極管）不能用控制信號(hào)來控制其通斷, 因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路。l半控型器件（如：晶閘管/可控硅）通過控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。l全控型器件（如：電力場效應(yīng)管，絕緣柵雙極晶體管）通過控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。2 電力電子器件的基本類型電力電子器件的基本類型（1）按照器件被控程度分為三類）按照器件被控程度分為三類6l電流驅(qū)動(dòng)型通過從控制端注入或者抽出一定的電流，實(shí)現(xiàn)器件的導(dǎo)通或關(guān)斷控制。l電壓控制型僅通過在器件控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷控制。2 電力電子器件的基本

4、類型電力電子器件的基本類型（2）可控器件按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)分為兩類）可控器件按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)分為兩類7l單極型器件只有一種載流子參與導(dǎo)電。l雙極型器件由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電。l混合型器件由單極型器件與雙極型器件通過集成而構(gòu)成的復(fù)合型器件。2 電力電子器件的基本類型電力電子器件的基本類型（3）按照器件內(nèi)部載流子參與導(dǎo)電情況分為三類）按照器件內(nèi)部載流子參與導(dǎo)電情況分為三類83 電力電子器件的模塊化與集成化電力電子器件的模塊化與集成化（1）電力電子器件模塊化與集成化的研發(fā)是目前電力電子器件模塊化與集成化的研發(fā)是目前重重要的發(fā)展方向要的發(fā)展方向。（2）模塊化與集成化不僅可減小裝置尺寸，更重要

5、模塊化與集成化不僅可減小裝置尺寸，更重要的是提高了裝置的的是提高了裝置的安全性安全性與與可靠性可靠性，縮短了裝，縮短了裝置的設(shè)計(jì)研發(fā)周期。置的設(shè)計(jì)研發(fā)周期。（3）特別值得一提的是特別值得一提的是智能功率模塊智能功率模塊（IPM），該），該功率模塊同時(shí)具有功率模塊同時(shí)具有驅(qū)動(dòng)、控制、保護(hù)驅(qū)動(dòng)、控制、保護(hù)等功能，等功能，整體性能大為提高。整體性能大為提高。（4）目前，在裝置研發(fā)中目前，在裝置研發(fā)中優(yōu)先選用模塊化器件優(yōu)先選用模塊化器件。94 電力電子器件的應(yīng)用領(lǐng)域電力電子器件的應(yīng)用領(lǐng)域10電力電子器件的制造水平電力電子器件的制造水平11 SIC 二極管二極管 大能量帶隙材料SiC半導(dǎo)體、金剛石 IX

6、YS（德國）、美國Cree，Power MOSFET 和二極管 產(chǎn)品投入市場 更高的載流子遷移率 更短的載流子壽命 良好的電、熱傳到性 高功率密度、速度更快、低損耗、大功率 高頻 SIC 肖特基二極管 1200V/42A，沒有反向恢復(fù)時(shí)間。電力二極管電力二極管12l又稱為可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier）l簡稱為可控硅（縮寫為SCR）l1956年由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明。l1957年美國通用電氣公司（GE）開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品，且于1958年商業(yè)化。l晶閘管的誕生，開辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代。l20世紀(jì)80年代以來，開始部分被全控型器件所

7、取代。l晶閘管承受壓和通流的能力最高，工作可靠，應(yīng)用成熟，在大容量的場合仍占有重要的不可替代的地位。晶閘管是晶體閘流管（Thyristor）的簡稱13 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理l螺栓型封裝，通常螺栓一端是陽極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便。l平板型晶閘管使用時(shí)是由兩個(gè)散熱器將其夾在中間。l模塊使用時(shí)，金屬底面（一般為銅質(zhì)）要與散熱器緊密接觸，使元件內(nèi)部的熱量有效導(dǎo)出。（1）符號(hào)及外形）符號(hào)及外形l為三端四層元件，三端分別為陽極 A、陰極 K 和控制極 G。l外形有螺栓型、平板型和模塊型三種封裝形式。圖形符號(hào)四層結(jié)構(gòu)14 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理（1）符號(hào)

8、及外形）符號(hào)及外形15晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理（1）符號(hào)及外形）符號(hào)及外形16晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理（1）符號(hào)及外形）符號(hào)及外形17晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理（1）符號(hào)及外形）符號(hào)及外形18 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理（1）符號(hào)及外形）符號(hào)及外形19晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理l陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值，造成雪崩效應(yīng)l陽極電壓上升率du/dt 過高l結(jié)溫較高l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絕緣而應(yīng)用于高壓電力設(shè)備中，稱為光控晶閘管（Light Triggered Thyristor

9、）。l只有門極觸發(fā)才是精確、迅速而可靠的控制手段（包括光觸發(fā)） 。（2）晶閘管其他幾種可能導(dǎo)通的情況晶閘管其他幾種可能導(dǎo)通的情況212121 ()GCBOCBOAIIII 20晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理l晶閘管在承受反向電壓時(shí)，不論控制極是否有觸發(fā)電流都不會(huì)導(dǎo)通。l晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在控制極有觸發(fā)電流的情況下才能開通。l晶閘管一旦導(dǎo)通控制極就失去控制作用。l要使晶閘管關(guān)斷，只能使流過晶閘管的電流減小到接近于零的某一數(shù)值 。l顯然，晶閘管為電流控制型器件。（3）晶閘管開通及關(guān)斷條件晶閘管開通及關(guān)斷條件21晶閘管的特性及主要參數(shù)晶閘管的特性及主要參數(shù)正向特性正向特性lIG=

10、0時(shí)，當(dāng)器件兩端施加正向電壓，只有很小的正向漏電流，此為正向阻斷狀態(tài)。l正向電壓超過正向轉(zhuǎn)折電壓UDB，則漏電流急劇增大，器件非正常開通。l隨著門極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓相應(yīng)降低。l晶閘管一旦導(dǎo)通，其正向?qū)▔航岛苄?，約為1V左右。正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡UAKURBIAIHIG2IG1IG=0UDBUDSMUDRMURRMURSM晶閘管的伏安特性IG2IG1IG0（4）靜態(tài)特性）靜態(tài)特性22 晶閘管的特性及主要參數(shù)晶閘管的特性及主要參數(shù)反向特性反向特性l反向特性類似于二極管的反向特性。l反向呈阻斷狀態(tài)時(shí)，只有極小的反向漏電流。l當(dāng)反向電壓達(dá)到反向擊穿電壓后，電流急劇增加，可能導(dǎo)致晶閘管發(fā)熱而

11、永久損壞。（4）靜態(tài)特性）靜態(tài)特性正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡UAKURBIAIHIG2IG1IG=0UDBUDSMUDRMURRMURSM晶閘管的伏安特性IG2IG1IG023 晶閘管的特性及主要參數(shù)晶閘管的特性及主要參數(shù)開通過程開通過程l延遲時(shí)間td ：(約為0.51.5s)l上升時(shí)間tr ：(約為0.53s)l開通時(shí)間ton為以上兩者之和： ton=td+tr（5）動(dòng)態(tài)特性）動(dòng)態(tài)特性100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形24 晶閘管的特性及主要參數(shù)晶閘管的特性及主要參數(shù)關(guān)斷過程關(guān)斷過程l反向恢復(fù)時(shí)間trr陽極電流降為0，但還不能承受正向電

12、壓！l門極恢復(fù)時(shí)間tgr可以承受正向電壓！l關(guān)斷時(shí)間toff 為以上兩者之和： toff =trr+tgr此時(shí)晶閘管才真正的關(guān)斷，即可承此時(shí)晶閘管才真正的關(guān)斷，即可承受正向和反向電壓，為下一次開關(guān)過程受正向和反向電壓，為下一次開關(guān)過程做好準(zhǔn)備。做好準(zhǔn)備。l普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約為幾十幾百微秒。（5）動(dòng)態(tài)特性）動(dòng)態(tài)特性100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形25選用注意選用注意 晶閘管的特性及主要參數(shù)晶閘管的特性及主要參數(shù)l正向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。l反向重復(fù)峰值電壓URRM

13、在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。 取UDRM與URRM中較小值作為晶閘管的電壓定額。 選用時(shí)應(yīng)留有裕度，一般取正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓的23倍。（6）電壓定額）電壓定額l通態(tài)（峰值）電壓UT（簡稱管壓降）晶閘管通以額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。26選用注意選用注意 晶閘管的特性及主要參數(shù)晶閘管的特性及主要參數(shù)l通態(tài)平均電流 IT(AV）：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(shí)，將所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值，標(biāo)稱為晶閘管的額定電流。（7）電流定額）電流定額使用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際通過電流的波形，按有效值相等（即等效發(fā)熱）的

14、原則來選取。并需留有一定的裕量。27晶閘管的特性及主要參數(shù)晶閘管的特性及主要參數(shù)（8）電流定額）電流定額l維持電流 IH ：能使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小陽極電流。l擎（掣）住電流 IL：晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后，能維持繼續(xù)導(dǎo)通所需的最小電流。 通常I L=（ 24 ）I H（9）門極定額）門極定額l包括門極觸發(fā)電壓 U GT 與門極觸發(fā)電流 I GT（幾十mA）。l注意同一型號(hào)的器件存在較大的離散性。28 晶閘管的特性及主要參數(shù)晶閘管的特性及主要參數(shù)（10）動(dòng)態(tài)參數(shù)）動(dòng)態(tài)參數(shù)l斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt ：指在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不會(huì)導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)換為通態(tài)的外加電

15、壓最大上升率。由于結(jié)電容的存在，當(dāng)電壓上升率過大使充電電流足夠大時(shí)，將會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通 。 除了開通時(shí)間 ton 和關(guān)斷時(shí)間 toff 外，動(dòng)態(tài)參數(shù)還包括：加阻容吸收，限制電壓上升率！29 晶閘管的特性及主要參數(shù)晶閘管的特性及主要參數(shù)（10）動(dòng)態(tài)參數(shù)）動(dòng)態(tài)參數(shù)l通態(tài)電流臨界上升率di/dt ：指在規(guī)定條件下，晶閘管所能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率。晶閘管導(dǎo)通時(shí)，電流在管芯硅片上有一個(gè)從門極附近向外擴(kuò)散的過程，如果電流上升太快，可能造成門極附近局部電流密度過大，使晶閘管過熱而損壞。除了開通時(shí)間 ton 和關(guān)斷時(shí)間 toff 外，動(dòng)態(tài)參數(shù)還包括：串接換流電抗，限制電流上升率！30（1）快速

16、晶閘管（快速晶閘管（Fast Switching Thyristor） 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件l又分常規(guī)快速晶閘管（KK系列3kHz）和高頻晶閘管（KG系列20V導(dǎo)致絕緣層擊穿。l存放：三端短接；l取用：手環(huán)接地；l焊接：烙鐵可靠接地或短時(shí)斷電利用余熱。 （3）漏極連續(xù)電流）漏極連續(xù)電流 ID 和漏極峰值電流幅值和漏極峰值電流幅值 IDM 功率MOSFET的電流定額，一般 IDM = (24) ID 。（4）極間電容）極間電容：決定了器件的開關(guān)速度。（5）正向通態(tài)電阻）正向通態(tài)電阻：決定了器件的通態(tài)損耗。（6）最大功耗）最大功耗：與：與管殼溫度有關(guān)。43 功率功率MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)

17、的優(yōu)缺點(diǎn)l耐壓低，通流能力弱。l高壓、大電流器件制作困難，RDU2/Sl大功率裝置需多管并聯(lián)，增加了裝置復(fù)雜程度。（1）優(yōu)點(diǎn)）優(yōu)點(diǎn)（2）缺點(diǎn)）缺點(diǎn)l輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡單。l開關(guān)速度快，工作頻率高，可達(dá)1MHz以上。l不存在二次擊穿問題。l正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)，易于并聯(lián)擴(kuò)大容量。44 絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（IGBT）簡介）簡介l絕緣柵雙極晶體管的縮寫來歷（Insulated-gate Bipolar TransistorIGBT）lGTR的優(yōu)點(diǎn)是：耐壓高，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低。lMOSFET的優(yōu)點(diǎn)是：輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快。lIGBT結(jié)合了GTR與MO

18、SFET二者的優(yōu)點(diǎn)復(fù)合而成。l相當(dāng)于利用MOSFET來驅(qū)動(dòng)GTR。l顯然屬于電壓控型自關(guān)斷器件。l1986年投放市場，目前是中大功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。45 絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（IGBT）簡介）簡介l塑料封裝適用于小功率器件。l小功率的晶閘管、MOSFET等往往也采用此種封裝形式。 46 絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（IGBT）簡介）簡介模塊上面的螺絲用于固定主回路接線模塊右側(cè)的焊片為控制極47 絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（IGBT）簡介）簡介側(cè)面是模塊的型號(hào)、生產(chǎn)廠家及其內(nèi)部的接線圖注意此模塊為逆導(dǎo)型48 絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（IGBT）簡介）

19、簡介模塊使用時(shí)，金屬底面（一般材質(zhì)為導(dǎo)熱性能好的銅）要與散熱器緊密接觸，將元件工作時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量有效導(dǎo)出。49 絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（IGBT）簡介）簡介FF450R12ME350 絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（IGBT）簡介）簡介51 絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（IGBT）簡介）簡介50A，1200V IPM52 絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（IGBT）簡介）簡介高壓大功率IGBT模塊。53 IGBT的結(jié)構(gòu)與工作原理的結(jié)構(gòu)與工作原理（1）IGBT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)lIGBT為三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極E。 l其內(nèi)部是由GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)

20、。l是一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管。54 IGBT的結(jié)構(gòu)與工作原理的結(jié)構(gòu)與工作原理l 導(dǎo)通：n柵極和發(fā)射極間uGE大于開啟電壓UT，IGBT導(dǎo)通。n開啟電壓與溫度有關(guān)，在25C時(shí)約為26V。n為了可靠開通，柵射極間的驅(qū)動(dòng)電壓一般取+15V，小于+20V。l 關(guān)斷：n柵極和發(fā)射極間施加不加信號(hào)或反壓，IGBT關(guān)斷。n為可靠關(guān)斷，并減少關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗，關(guān)斷時(shí)柵射極間一般施加5 15V的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓。（2）IGBT的工作原理的工作原理55 IGBT的主要參數(shù)的主要參數(shù)（1）集射極擊穿電壓）集射極擊穿電壓UCES 為IGBT的最高工作電壓，由內(nèi)部PNP晶體管所能承受的擊穿電壓確定。（2

21、）最大柵射極電壓）最大柵射極電壓 20V，以+15V、-10V左右為宜。（3）集電極連續(xù)電流和峰值電流）集電極連續(xù)電流和峰值電流 為IGBT的額定電流，包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP 。通常峰值電流為額定直流電流的2倍左右，主要受結(jié)溫的制約。（4）最大集電極功耗）最大集電極功耗PCM 正常工作溫度下允許的最大耗散功率。56 IGBT的特殊問題的特殊問題（1）掣住效應(yīng)（自鎖效應(yīng)）掣住效應(yīng)（自鎖效應(yīng)） 撤銷觸發(fā)信號(hào)后器件仍維持導(dǎo)通，第4代器件已經(jīng)解決。（2）正向偏置安全工作區(qū)（）正向偏置安全工作區(qū)（FBSOA） 由最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大集電極功耗確定。（3）反向偏置

22、安全工作區(qū)（）反向偏置安全工作區(qū)（RBSOA） 由最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率duCE/dt確定。（4）制成逆導(dǎo)型器件）制成逆導(dǎo)型器件 IGBT往往與反并聯(lián)的快速二極管封裝在一起。57 其他新型電力電子器件其他新型電力電子器件 靜電感應(yīng)晶體管（靜電感應(yīng)晶體管（SIT） MOS控制晶閘管（控制晶閘管（MCT） 集成門極換向型晶閘管（集成門極換向型晶閘管（IGCT） 電力電子器件的發(fā)展趨勢電力電子器件的發(fā)展趨勢581. 靜電感應(yīng)晶體管（靜電感應(yīng)晶體管（SIT）l缺點(diǎn)：n 柵極不加信號(hào)時(shí)導(dǎo)通，加負(fù)偏壓時(shí)關(guān)斷，使用不太方便。n 通態(tài)電阻較大，通態(tài)損耗也大，因而還未在大多數(shù)電力電

23、子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。lSIT（Static Induction Transistor）又稱結(jié)型場效應(yīng)晶體管l工作頻率與電力MOSFET相當(dāng)，適用于高頻大功率場合。在雷達(dá)通信設(shè)備、超聲波功率放大、脈沖功率放大和高頻感應(yīng)加熱等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。l日本研發(fā)，市場小，應(yīng)用很少。592. MOS控制晶閘管（控制晶閘管（MCT）l MCT（MOS Controlled Thyristor）MOSFET與晶閘管的復(fù)合l MCT結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)：n 承受極高di/dt和du/dt，開關(guān)過程快速，開關(guān)損耗小。n 高電壓、大電流、高載流密度、低導(dǎo)通壓降。l 一個(gè)MCT器件由數(shù)以萬計(jì)的MCT單元組成。l 每個(gè)單元的組

24、成為：一個(gè)PNPN晶閘管，一個(gè)控制該晶閘管開通的MOSFET，和一個(gè)控制該晶閘管關(guān)斷的MOSFET。l 其關(guān)鍵技術(shù)問題沒有大的突破，電壓和電流容量都遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期的數(shù)值，因而未能投入實(shí)際應(yīng)用。603. 集成門極換向型晶閘管（集成門極換向型晶閘管（IGCT）l IGCT（Integrated Gate-Commutated Thyristor）l 20世紀(jì)90年代后期出現(xiàn)，結(jié)合了IGBT與GTO的優(yōu)點(diǎn)，其容量與GTO相當(dāng)，其開關(guān)速度比GTO快10倍。l可省去GTO復(fù)雜的緩沖電路，但驅(qū)動(dòng)功率仍較大。l目前正在與IGBT等新型器件激烈競爭，試圖最終取代GTO在大功率場合的位置。613. 集成門極換向型

25、晶閘管（集成門極換向型晶閘管（IGCT）624. 電力電子器件的發(fā)展趨勢電力電子器件的發(fā)展趨勢l自20世紀(jì)80年代中后期開始，電力電子器件趨向于模塊化方向發(fā)展，即將多個(gè)器件封裝在一只模塊中，稱為功率模塊。l模塊化可縮小裝置體積，降低成本，提高運(yùn)行可靠性。l對(duì)工作頻率較高的電路，可大大減小線路電感，從而簡化對(duì)保護(hù)和緩沖電路的要求。l將器件與邏輯、控制、保護(hù)、傳感、檢測、自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上，稱為功率集成電路（Power Integrated CircuitPIC）。（1）基本概念）基本概念634. 電力電子器件的發(fā)展趨勢電力電子器件的發(fā)展趨勢l高壓集成電路（High Voltag

26、e ICHVIC）一般指橫向高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成。l智能功率集成電路（Smart Power ICSPIC）一般指縱向功率器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成。l智能功率模塊（Intelligent Power ModuleIPM）專指IGBT及其輔助器件與其保護(hù)和驅(qū)動(dòng)電路的單片集成，也稱智能IGBT（Intelligent IGBT）。（2）實(shí)際應(yīng)用）實(shí)際應(yīng)用644. 電力電子器件的發(fā)展趨勢電力電子器件的發(fā)展趨勢l早期功率集成電路的研究與開發(fā)主要面向中小功率應(yīng)用場合，目前大容量的功率集成電路的研發(fā)已成為熱點(diǎn)。l功率集成電路的主要技術(shù)難點(diǎn)是高低壓電路之間的絕緣問題以及溫升與散熱

27、的有效處理。l智能功率模塊（IPM）在一定程度上回避了上述兩個(gè)難點(diǎn)，只是將保護(hù)、驅(qū)動(dòng)與IGBT器件封裝在一起。l功率集成電路實(shí)現(xiàn)了電能和信息的集成，成為機(jī)電一體化的理想接口，具有廣闊的應(yīng)用前景。（3）發(fā)展現(xiàn)狀）發(fā)展現(xiàn)狀65電力電子器件的保護(hù)電力電子器件的保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及其保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及其保護(hù)過電流的產(chǎn)生及其保護(hù)過電流的產(chǎn)生及其保護(hù)66過電壓的產(chǎn)生及其保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及其保護(hù)l外因過電壓：主要指雷擊和系統(tǒng)操作過程等外界因素。n 雷擊過電壓：由雷電引起。n 操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起。l內(nèi)因過電壓：主要指電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程中，電流突變在線路電感上感應(yīng)出的高電壓。n 換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后，反向電流急劇減小，會(huì)因線路電感的存在在器件兩端感應(yīng)出過電壓。n 關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。（1）電力電子裝置可能遇到的過電壓）電力電子裝置可能遇到的過電壓67過電壓的產(chǎn)生及其保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及其保護(hù)（2）過電壓保護(hù)措施的配置）過電壓保護(hù)措施的配置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(yīng)過電壓抑制電容RC1閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓抑制器R