合肥工業(yè)大學(xué) 電力電子技術(shù)第五講第二章

1、電 力 電 子 技 術(shù)Power Electronics共四十二頁 3動態(tài)特性 功率MOSFET存在輸入電容Cin，包含柵、源電容CGS和柵、漏電容CGD。當(dāng)驅(qū)動(q dn)脈沖電壓到來時，Cin有充電過程，柵極電壓uGS呈指數(shù)曲線上升，如圖2-29所示。圖2-29 功率MOSFET的開關(guān)(kigun)過程波形2.7.2 功率MOSFET特性及主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.7.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.7.2功率MOSFET特性及主要參數(shù) 2.7.

2、3功率MOSFET的驅(qū)動 2.7.4功率MOSFET的應(yīng)用特點(diǎn)2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁 當(dāng)uGS上升到開啟電壓UT時，開始出現(xiàn)漏極電流iD。從驅(qū)動脈沖電壓前沿(qinyn)時刻到iD的數(shù)值達(dá)到穩(wěn)態(tài)電流的10%的時間段稱為開通延遲時間td(on)。此后，iD隨uGS的上升而上升。從uGS上升到開啟電壓UT，到漏極電流iD的數(shù)值達(dá)到穩(wěn)態(tài)電流的90%的時間段稱為電流上升時間tri。此時uGS的數(shù)值為功率MOSFET進(jìn)入正向電阻區(qū)的柵壓UGSP。2.7.2 功率(gngl)MOSFET特性及

3、主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.7.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.7.2功率MOSFET特性及主要參數(shù) 2.7.3功率MOSFET的驅(qū)動 2.7.4功率MOSFET的應(yīng)用特點(diǎn)2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁當(dāng)uGS上升到UGSP時，功率MOSFET的漏、源極電壓uDS開始下降，受柵、漏電容CGD的影響，uGS增長緩慢，波形上出現(xiàn)(chxin)一個平臺期

4、，當(dāng)uDS下降到導(dǎo)通壓降，功率MOSFET進(jìn)入到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通狀態(tài)，這一時間段為電壓下降時間tfv。此后uGS繼續(xù)升高直至達(dá)到穩(wěn)態(tài)。功率MOSFET 的開通時間ton是開通延遲時間、電流上升時間與電壓下降時間之和，即ton=td(on)+tri+tfv。2.7.2 功率(gngl)MOSFET特性及主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.7.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.7.2功率MOSFET特性及主要參數(shù) 2.7.3功率MOSFET的驅(qū)動 2.7.4功率MOSFET

5、的應(yīng)用特點(diǎn)2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.7.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.7.2功率MOSFET特性及主要參數(shù) 2.7.3功率MOSFET的驅(qū)動 2.7.4功率MOSFET的應(yīng)用特點(diǎn)2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性(gngxng)問題小結(jié)當(dāng)驅(qū)

6、動脈沖電壓下降到零時，柵源極輸入電容Cin通過柵極電阻放電，柵極電壓uGS按指數(shù)曲線下降，當(dāng)下降到UGSP時，功率MOSFET的漏、源極電壓uDS開始上升，這段時間稱為關(guān)斷延遲時間td(off)。此時柵、漏電容CGD放電，uGS波形上出現(xiàn)一個(y )平臺。當(dāng)uDS上升到輸入電壓時，iD開始減小，這段時間稱為電壓上升時間trv。此后Cin繼續(xù)放電，uGS從UGSP繼續(xù)下降，iD減小，到uGS20V將導(dǎo)致絕緣層擊穿極間電容 極間電容CGS、CGD和CDS2.7.2 功率(gngl)MOSFET特性及主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2

7、.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.7.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.7.2功率MOSFET特性及主要參數(shù) 2.7.3功率MOSFET的驅(qū)動 2.7.4功率MOSFET的應(yīng)用特點(diǎn)2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁圖2-30 功率MOSFET的集成驅(qū)動芯片TLP250與GTO和GTR通過電流來驅(qū)動不同，MOSFET是電壓驅(qū)動型器件（場控器件），其輸入阻抗極高，輸入電流非常小，有利于驅(qū)動電路的設(shè)計。目前對于(duy)功率MOSFET的驅(qū)動常采用專用的集成驅(qū)動芯

8、片，如TOSHIBA公司生產(chǎn)的TLP250等功率MOSFET專用驅(qū)動芯片。TLP250包含一個光發(fā)射二極管和一個集成光探測器，并集合了晶體管驅(qū)動電路。 2.7.3 功率(gngl)MOSFET的驅(qū)動目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.7.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.7.2功率MOSFET特性及主要參數(shù) 2.7.3功率MOSFET的驅(qū)動 2.7.4功率MOSFET的應(yīng)用特點(diǎn)2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.1

9、1 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁目錄2.1電力(dinl)電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.7.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.7.2功率MOSFET特性及主要參數(shù) 2.7.3功率MOSFET的驅(qū)動 2.7.4功率MOSFET的應(yīng)用特點(diǎn)2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)2.7.4 功率MOSFET的應(yīng)用(yngyng)特點(diǎn) 功率MOSFET的薄弱之處是絕緣層易被擊穿損壞，柵源間電

10、壓不得超過20V。為此，在使用時必須注意若干保護(hù)措施。 （1）防止靜電擊穿 （2）防止柵源過電壓一般來說，電力MOSFET不存在二次擊穿問題，這是它的一大優(yōu)點(diǎn)漏源間的耐壓、漏極最大允許電流和最大耗散功率決定了電力MOSFET的安全工作區(qū)共四十二頁目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.7.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.7.2功率MOSFET特性及主要參數(shù) 2.7.3功率MOSFET的驅(qū)動 2.7.4功率MOSFET的應(yīng)用特點(diǎn)2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電

11、力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題(wnt)小結(jié)共四十二頁目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)(tdin)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管 2.7.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.7.2功率MOSFET特性及主要參數(shù) 2.7.3功率MOSFET的驅(qū)動 2.7.4功率MOSFET的應(yīng)用特點(diǎn)2.8 絕緣柵雙極型晶體管*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁GTR和GTO的特點(diǎn)雙極型，電流驅(qū)動，有電導(dǎo)

12、調(diào)制效應(yīng)(xioyng)，通流能力很強(qiáng)，開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜。功率MOSFET的優(yōu)點(diǎn)單極型，電壓驅(qū)動，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小而且驅(qū)動電路簡單。但是導(dǎo)通壓降大。兩類器件取長補(bǔ)短結(jié)合而成的復(fù)合器件Bi-MOS器件1986年IGBT投入市場后，取代了GTR和一部分MOSFET的市場，中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位。2.8 絕緣(juyun)柵雙極型晶體管目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率

13、場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁 圖2-31 IGBT的外形(wi xn)、簡化等效電路和電氣圖形符號 a) 外形 b) 簡化等效電路 c) 電氣圖形符號圖2-31是IGBT的外形、簡化等效電路和電氣圖形符號，它有三個電極，分別(fnbi)是集電極C、發(fā)射極E和柵極G。2.8.1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3

14、功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁2.8.1 基本結(jié)構(gòu)和工作(gngzu)原理目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.

15、1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題(wnt)小結(jié)IGBT的結(jié)構(gòu)IGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，形成了一個大面積的P+N結(jié)J1，使得IGBT具有很強(qiáng)的通流能力簡化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，輸入為MOSFET，所以IGBT驅(qū)動原理與MOSFET基本相同。RN為MOSFET的等效調(diào)制電阻，即漏-源極之間的等效電阻RDS輸出為PNP三極管共四十二頁2.8.1 基本(jbn)結(jié)構(gòu)和工作原

16、理目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動(q dn) 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)IGBT的原理 驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同，通斷由柵射極電壓uGE決定導(dǎo)通：uGE大于開啟電壓UGE(th)時，MOSFET內(nèi)形成溝道，改變了調(diào)制電阻RN，為晶體管提供

17、基極電流，IGBT導(dǎo)通關(guān)斷：柵射極間施加反壓或撤除uGE時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使得VJ1截止，IGBT關(guān)斷 當(dāng)UGE=0時，MOSFET管內(nèi)無導(dǎo)通溝道，其調(diào)制電阻RN可視為無窮大，IC=0，MOSFET處于斷態(tài)。共四十二頁1、靜態(tài)伏安特性同樣可以(ky)用轉(zhuǎn)移特性和輸出特性表述2.8.2 IGBT特性(txng)及主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性

18、及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)圖1-23 IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性開啟電壓UGE(th)：IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓 UGE(th)隨溫度升高會下降共四十二頁 圖2-32 IGBT的伏安(f n)特性 1、靜態(tài)伏安特性 IGBT的導(dǎo)通原理和功率MOSFET相似。圖2-32為IGBT的伏安特性，它反映在一定的柵極發(fā)射極電壓(diny)UGE下IGBT的輸出端電壓UCE與電流IC的關(guān)系。當(dāng)UGEUGE(th)（開啟

19、電壓，一般為36V）時，IGBT開通。當(dāng)UGEUGE(th)時，IGBT關(guān)斷。IGBT的伏安特性分為正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)，分別與GTR的截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)相對應(yīng)。2.8.2 IGBT特性及主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件

20、應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁 圖2-32 IGBT的伏安(f n)特性 1、靜態(tài)伏安特性值得注意的是，IGBT的反向電壓承受能力很差，其反向阻斷電壓只有幾十伏，因此限制了它在需要承受高反壓場合的應(yīng)用。為滿足實(shí)際電路的要求，IGBT往往與反并聯(lián)的快速二極管封裝在一起(yq)，成為逆導(dǎo)器件，選用時應(yīng)加以注意。2.8.2 IGBT特性及主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8

21、.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁圖2-33 IGBT的開關(guān)(kigun)過程IGBT的開通(kitng)過程與功率MOSFET的開通過程很相似。從驅(qū)動電壓uGE的前沿上升至其幅值的10的時刻，到集電極電流ic上升至電流幅值ICM的10的時刻止，這段時間為開通延遲時間td(on)。而ic從10ICM上升至90ICM所需時間為電流上升時間tri。開通時，集射電壓uCE的下降過程分為tfv1和tfv2兩段。2.8.2 IGBT特性及主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2

22、.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁圖2-33 IGBT的開關(guān)(kigun)過程tfv1為IGBT中MOSFET單獨(dú)工作的電壓下降過程；tfv2為MOSFET和PNP晶體管同時工作的電壓下降過程，由于uCE下降時IGBT中MOSFET的柵漏電容增加，而

23、且IGBT中的PNP晶體管由放大狀態(tài)轉(zhuǎn)入飽和狀態(tài)也需要一個過程，因此tfv2段電壓下降過程變緩。只有在tfv2段結(jié)束時，IGBT才完全(wnqun)進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)。開通時間ton為開通延遲時間td(on)、電流上升時間tri與電壓下降時間（tfv1+ tfv2）之和。 2.8.2 IGBT特性及主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4I

24、GBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁圖2-33 IGBT的開關(guān)(kigun)過程IGBT關(guān)斷時，從驅(qū)動電壓uGE的脈沖下降到其幅值的90的時刻起，到集射電壓uCE上升到其幅值的10%，這段時間為關(guān)斷延遲時間td(off)。隨后是集射電壓上升時間trv，這段時間內(nèi)柵極-集電極寄生電容CGC放電，柵極電壓uGE基本維持(wich)在一個電壓水平上。集電極電流從90ICM下降至10ICM的這段時間為電流下降時間tf。2.8.2 IGBT特性及主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.

25、3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁圖2-33 IGBT的開關(guān)(kigun)過程電流下降時間分為tfi1和tfi2兩段，其中(qzhng)tfi1對應(yīng)IGBT內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過程，這段時間集電極電流Ic下降較快；tfi2對應(yīng)IGBT內(nèi)部的PNP晶體管的關(guān)斷過程，這段時間

26、內(nèi)MOSFET已經(jīng)關(guān)斷，IGBT又無反向電壓，所以N基區(qū)內(nèi)的少子復(fù)合緩慢，造成ic下降較慢，這稱為IGBT的電流拖尾現(xiàn)象。由于此時uCE已處于高位，相應(yīng)的關(guān)斷損耗增加。關(guān)斷時間toff為關(guān)斷延遲時間td(off)、電壓上升時間trv與電流下降時間（tfi1+ tfi2）之和。IGBT的開關(guān)速度要低于功率MOSFET。2.8.2 IGBT特性及主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主

27、要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁 3主要參數(shù)（1）最大集射極間電壓UCEM 這是由器件內(nèi)部(nib)的PNP晶體管所能承受的擊穿電壓所確定的，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)計算IGBT集射極兩端的最大電壓，并在選型時留有裕量。（2）最大集電極電流 包括額定直流電流ICM和1ms脈寬最大電流ICP。（3）最大集電極功耗PCM 指在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。2.8.2 IGBT特性(txng)及主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率

28、二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁2.8.2 IGBT特性(txng)及主要參數(shù)IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。在電壓1000V以上時，開關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電力MOSFET相當(dāng)相同電壓和電流定額時，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力在電流較大

29、(jio d)的區(qū)域通態(tài)壓降比功率MOSFET低輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時保持開關(guān)頻率高的特點(diǎn)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁其柵極驅(qū)動

30、條件關(guān)系到它的靜態(tài)和動態(tài)特性。一切都從圍繞著縮短開關(guān)時間、減小開關(guān)損耗，保證電路可靠的工作為目標(biāo)。原則上IGBT驅(qū)動特性與電力MOS幾乎相同，但由于兩者使用范圍不同，所以驅(qū)動電路仍有差異。IGBT的輸入電容較MOSFET大，故IGBT的關(guān)斷偏壓應(yīng)比MOSFET驅(qū)動電路提供的偏壓更高。對IGBT驅(qū)動電路的一般要求為： （1）柵極驅(qū)動電壓 IGBT導(dǎo)通時，正向柵極電壓值應(yīng)能使IGBT完全(wnqun)飽和，并使通態(tài)損耗減至最小，故應(yīng)保證柵極驅(qū)動電壓在1220V之間；而反向偏壓應(yīng)在-5-15V之間。 （2）串聯(lián)柵極電阻 IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷是通過柵極電路的充放電來實(shí)現(xiàn)的，因此柵極電阻對IGBT的動態(tài)

31、特性會產(chǎn)生較大的影響。數(shù)值較小的柵極電阻能加快柵極電容的充放電，從而減小開關(guān)時間和開關(guān)損耗，但與此同時也降低了柵極的抗噪聲能力，并可能導(dǎo)致柵極-發(fā)射極電容和柵極驅(qū)動導(dǎo)線的寄生電感產(chǎn)生振蕩。 2.8.3 IGBT的驅(qū)動(q dn)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢

32、2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁2.8.3 IGBT的驅(qū)動(q dn)多采用專用的混合集成驅(qū)動器常用的有三菱公司的M57957 M57963系列和富士公司的EXB840、EXB841、EXB850和EXB851系列，MOTOROLA公司的MC35153。 EXB8XX系列IGBT專用集成驅(qū)動電路采用單列直插式封裝，使用單電源20V供電，在輸出腳3和1間產(chǎn)生約15V的導(dǎo)通驅(qū)動電壓(diny)，而通過內(nèi)部穩(wěn)壓管在輸出腳1和9間產(chǎn)生約-5V的關(guān)斷偏壓。圖2-34 EXB8XX驅(qū)動模塊框圖目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5

33、可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁 標(biāo)準(zhǔn)型驅(qū)動電路信號延遲時間為4s，最高運(yùn)行頻率(pnl)為10kHz；高速型驅(qū)動電路信號最大延遲時間為1.5s，最高運(yùn)行頻率(pnl)為40kHz。 IGBT600V IGBT驅(qū)動1200V IGBT驅(qū)動150A400A75A300A標(biāo)準(zhǔn)型EXB850EXB851EXB850

34、EXB851高速型EXB840EXB841EXB840EXB841表2-1 IGBT驅(qū)動(q dn)電路的應(yīng)用電壓電流范圍2.8.3 IGBT的驅(qū)動目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁 IGBT的常見(chn jin

35、)封裝共四十二頁2.8.3 IGBT的驅(qū)動(q dn)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本(jbn)結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁 IGBT的驅(qū)動(q dn)共四十二頁共四十二頁共四十二頁 IGBT是性能理想的中大容量的中高速電壓控制型器件，其控

36、制要求簡單，在中大功率電力電子裝置中已全面取代電力晶體管GTR。通流能力方面，IGBT綜合了功率MOSFET與GTR的導(dǎo)電特性，在1/2或1/3額定電流以下時，GTR的壓降起主要作用，IGBT的通態(tài)壓降表現(xiàn)出負(fù)的溫度系數(shù)；當(dāng)電流較大時，功率MOSFET的壓降起主要作用，則IGBT通態(tài)壓降表現(xiàn)出正的溫度系數(shù)，并聯(lián)使用時也具有電流的自動均衡能力。事實(shí)上，大功率的IGBT模塊內(nèi)部就是由許多電流較小的芯片并聯(lián)制成的。 由于IGBT包含雙極型導(dǎo)電機(jī)構(gòu)，其開關(guān)速度受制于少數(shù)載流子的復(fù)合，與功率MOSFET相比有較長的尾部電流時間，因此在設(shè)計電路時應(yīng)考慮降低尾部電流時間引起(ynq)的功率損耗。2.8.4

37、IGBT的應(yīng)用(yngyng)特點(diǎn)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO） 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁目錄2.1電力電子器件(din z q jin)的特點(diǎn)與分類2.2電力電子器件基礎(chǔ) 2.3功率二極管2.4 晶閘管 2.5 可關(guān)斷晶閘管（GTO）

38、 2.6 電力晶體管2.7 功率場效應(yīng)晶體管2.8 絕緣柵雙極型晶體管 2.8.1基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.8.2IGBT特性及主要參數(shù) 2.8.3IGBT的驅(qū)動 2.8.4IGBT的應(yīng)用特點(diǎn)*2.9 其它新型電力電子器件2.10 電力電子器件的發(fā)展趨勢2.11 電力電子器件應(yīng)用共性問題小結(jié)共四十二頁IGBT的串聯(lián)(chunlin) 通用的IGBT耐壓值不高的缺點(diǎn)，限制了它在需求日益增多的高壓設(shè)備中的應(yīng)用，盡管一些廠家研制了高壓功率器件，但其只能在一定程度上解決耐高壓的問題，應(yīng)用范圍有限。目前性價比較高的IGBT模塊的電壓等級為1200V和1700V，其中額定電流最大的模塊達(dá)到3600A，但隨著參數(shù)的提高，受開關(guān)損耗的影響，IGBT允許的開關(guān)頻率(pnl)下降的很厲害。而高于1700V的IGBT模塊由于技術(shù)難度高，生產(chǎn)廠家較少，費(fèi)用非常昂貴，例如，同為德國英飛凌產(chǎn)品，3300V/300A的IGBT模塊單價是1700V/300A的IGBT模塊單價的5倍以上，而且其最大開關(guān)頻率低于500Hz。英飛凌最高電壓等級的IGBT模