電力電子技術(shù)2

1、第2章 電力電子器件2.1 電力電子器件概述2.2 不可控器件二極管2.3 半控型器件晶閘管2.4 典型全控型器件2.5 其他新型電力電子器件1信息電子技術(shù)的基礎(chǔ) 信息電子器件.電力電子電路的基礎(chǔ) 電力電子器件.第2章 電力電子器件引言本章主要內(nèi)容： 概述電力電子器件的概念、特點(diǎn)和分類等問題。 介紹常用電力電子器件的工作原理、基本特性、 主要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意問題。2電力電子開關(guān)器件：一般專指以開關(guān)方式工作的電力半導(dǎo)體器件，它被直接應(yīng)用在電力系統(tǒng)或電力設(shè)備的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換和控制任務(wù)。教學(xué)要求 1.了解電力電子開關(guān)器件的結(jié)構(gòu)和工作原理； 2.掌握開關(guān)器件的基本特性和主要參數(shù)。第

2、2章 電力電子器件引言32.1.1 電力電子器件的概念和特征2.1.2 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成2.1.3 電力電子器件的分類2.1 電力電子器件概述返回42.1.1 電力電子器件的概念和特征1）概念:電力電子器件（Power Electronic Device） 功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，在主電路中通過控制其開關(guān)狀態(tài)，能實(shí)現(xiàn)電能變換和控制的電子器件。主電路（Main Power Circuit） 電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路。電力電子器件返回52.1.1 電力電子器件的概念和特征圖1-0 電力電子器件的理想開關(guān)模型2）電力電子器件基本模型它有三個(gè)電極：其中A和B代表開

3、關(guān)的兩個(gè)主電極，K是控制開關(guān)通斷的控制極；它只工作在“通態(tài)”和“斷態(tài)”兩種情況：通態(tài)時(shí)其電阻為零，斷態(tài)時(shí)其電阻無(wú)窮大。返回6電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。主要進(jìn)行電功率的處理，其能力一般遠(yuǎn)大于信息電子器件。電力電子器件往往需要由信息電子電路來(lái)驅(qū)動(dòng)控制。電力電子器件功率損耗較大，遠(yuǎn)大于信息電子器件，一般都要安裝散熱器。2.1.1 電力電子器件的概念和特征3）電力電子器件基本特征（由模型分析出）：返回7通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因。器件開關(guān)頻率較高時(shí)，開關(guān)損耗可能成為器件功率損耗的主要因素。主要損耗通態(tài)損耗斷態(tài)損耗開關(guān)損耗關(guān)斷損耗開通損耗2.1.1 電力電子器件的概念和特征 電力電子器件的

4、損耗返回8電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路 和以電力電子器件為核心的主電路組成。圖1-1 電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成控制電路檢測(cè)電路驅(qū)動(dòng)電路RL主電路V1V2保護(hù)電路在主電路和控制電路中附加一些電路，以保證電力電子器件和整個(gè)系統(tǒng)正常可靠運(yùn)行2.1.2 應(yīng)用電力電子器件系統(tǒng)組成電氣隔離控制電路返回9按照器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度，分為以下三類：半控型器件絕緣柵雙極晶體管（Insulated-Gate Bipolar TransistorIGBT）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（電力MOSFET）門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）不可控器件電力二極管（Power Diode）只有兩個(gè)端子，器

5、件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電 流決定的。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。晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定全控型器件通過控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通斷, 因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路。返回2.1.3 電力電子器件的分類10電流驅(qū)動(dòng)型 通過從控制端注入或者抽出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者 關(guān)斷的控制。電壓驅(qū)動(dòng)型 僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。2.1.3 電力電子器件的分類 按照驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)的性質(zhì)，分為兩類：返回11 按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種

6、載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類： 1) 單極型器件電力電子器件的分類2.1.3 2) 雙極型器件3) 復(fù)合型器件由一種載流子參與導(dǎo)電的器件。由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件。由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。 返回122.1.4 如何考查電力電子器件導(dǎo)通壓將(損耗)運(yùn)行頻率(恢復(fù)時(shí)間/開通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間)器件容量(電能處理、變換的能力)可靠性(半控全控)返回132.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理2.2.2 電力二極管的基本特性2.2.3 電力二極管的主要參數(shù)2.2.4 電力二極管的主要類型2.2 不可控器件電力二極管（Power Diode）返回14 Power Diode結(jié)

7、構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用?？旎謴?fù)二極管和肖特基二極管，分別在中、高頻整流和逆變，以及低壓高頻整流的場(chǎng)合，具有不可替代的地位。2.2 不可控器件電力二極管引言整流二極管及模塊151617基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣。由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的。圖1-2 電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號(hào)2.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理AKAKa)IKAPNJb)c)AK返回18正向?qū)顟B(tài) 即PN結(jié)外加正向電壓時(shí)，處于導(dǎo)通狀態(tài)，表現(xiàn)為低阻態(tài)。 但維持有1V左右的壓降。反向截止?fàn)顟B(tài) 即PN結(jié)

8、外加反向電壓時(shí)，處于截止?fàn)顟B(tài)，表現(xiàn)為高阻態(tài)。 但維持有微弱的漏電流流通，也稱反向飽和電流，一般為微安級(jí)，幾乎為零。電容效應(yīng) PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，故呈現(xiàn)電容效應(yīng)。2.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理返回PN結(jié)特性：電容效應(yīng)PN結(jié)的工作頻率，尤其是高速的開關(guān)狀態(tài)。19主要指其伏安特性門檻電壓UTO，正向電流IF開始明顯增加所對(duì)應(yīng)的電壓。與IF對(duì)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(shí)，只有微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。圖1-4 電力二極管的伏安特性2.2.2 電力二極管的基本特性1) 靜態(tài)特性IOIFUTOUFU返回202) 動(dòng)態(tài)特性 二極管的電壓-電流特性隨時(shí)

9、 間變化的特性； 是因?yàn)橛薪Y(jié)電容的存在。2.2.2 電力二極管的基本特性b)UFPuiiFuFtfrt02Va)IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt圖1-5 電力二極管的動(dòng)態(tài)過程波形 a) 正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置 b) 零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置延遲時(shí)間：td= t1- t0, 電流下降時(shí)間：tf= t2- t1反向（阻斷）恢復(fù)時(shí)間：trr= td+ tf。返回21在指定的管殼溫度和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。在此電流下，因管子的正向壓降引起的損耗造成的結(jié)溫升高不會(huì)超過所允許的最高工作結(jié)溫。IF(AV)是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定義的，使

10、用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來(lái)選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。2.2.3 電力二極管的主要參數(shù)1) 正向平均電流IF(AV) -額定電流返回222.2.3 電力二極管的主要參數(shù)1) 正向平均電流IF(AV)返回23例如:某電力二極管的額定電流是100A，則可求得允許通過正弦半波的幅值電流Im314A,允許通過任意波形的的有效值為I=157A,即說(shuō)明額定電流為100A的二極管可通過幅值為314A的正弦半波電流,可以全周期內(nèi)通過任意波形的有效值為157A電流,其功耗不超過允許值。引入波形系數(shù)2.2.3 電力二極管的主要參數(shù)返回242.2.3 電力二極管的主要參數(shù)3）正向壓降UF返回在指定溫度下，流過

11、某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)，對(duì)應(yīng)的正向?qū)▔航怠＿x擇UF小的管子可以降低損耗。2） 反向重復(fù)峰值電壓URRM對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓。使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)留有兩倍的裕量。 4）反向恢復(fù)時(shí)間trr trr= td+ tf25結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用TJ表示。TJM是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度。TJM通常在125175C范圍之內(nèi)。6) 浪涌電流IFSM指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過電流。 1.2.3 電力二極管的主要參數(shù)5）最高工作結(jié)溫TJM返回261) 普通二極管（General Purpose Diode）又稱整流二極管（Rectif

12、ier Diode）;多用于開關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路;其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)（5US以上）;正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到很高;2.2.4 電力二極管的主要類型返回27從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者trr為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100ns以下，甚至達(dá)到2030ns?？旎謴?fù)外延二極管 （Fast Recovery Epitaxial DiodesFRED），其trr更短（可低于50ns）， UF也很低（0.9V左右），但其反向耐壓多在1200V以下。2.2.4 電力二極管的主要類型2) 快恢復(fù)二極管(快速二極管) （Fast Recovery DiodeFRD）

13、返回2829肖特基二極管的弱點(diǎn)反向耐壓提高時(shí)正向壓降會(huì)提高很多，多用于200V以下場(chǎng)合。反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，必須嚴(yán)格地限制其工作溫度。肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)反向恢復(fù)時(shí)間很短（可小于10ns）。正向恢復(fù)過程中也不會(huì)有明顯的電壓過沖。反向耐壓較低時(shí)其正向壓降（0.4-0.5V）明顯低于快恢復(fù)二極管(0.8-1V )。效率高，其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還小。2.2.4 電力二極管的主要類型3. 肖特基二極管 以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢(shì)壘二極管（Schottky Barrier Diode SBD）。返回30二極管的典型應(yīng)用312.3 半控器件晶閘管2.3.1 晶

14、閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理2.3.2 晶閘管的基本特性2.3.3 晶閘管的主要參數(shù)2.3.4 晶閘管的派生器件返回322.3 半控器件晶閘管引言1956年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶閘管。1957年美國(guó)通用電氣公司開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品。1958年商業(yè)化。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。20世紀(jì)80年代以來(lái)，開始被全控型器件取代。能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，在大容量的場(chǎng)合具有重要地位。電力電子技術(shù)誕生的標(biāo)志性器件。晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管、可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR）33圖1-6 晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)a

15、) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號(hào)2.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理外形有螺栓型和平板型兩種封裝。有三個(gè)聯(lián)接端。螺栓型封裝，通常螺栓是其陽(yáng)極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便。平板型晶閘管可由兩個(gè)散熱器將其夾在中間。返回342.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理常用晶閘管的結(jié)構(gòu)螺栓型晶閘管返回351）平板型 2）螺栓型)返回363） SL16螺栓型散熱器4） 模塊散熱器2）SS11型水冷散熱器1） SF11型風(fēng)冷散熱器返回37如何控制燈泡亮、滅（暗）？晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷實(shí)驗(yàn)原理圖2.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理返回38實(shí)驗(yàn)順序?qū)嶒?yàn)前燈的情況實(shí)驗(yàn)時(shí)晶閘管情況實(shí)驗(yàn)后燈的情況陽(yáng)極電壓門極電壓導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)12

16、3暗暗暗反向反向反向反向零正向暗暗暗123暗暗暗正向正向正向反向零正向暗暗亮關(guān)斷實(shí)驗(yàn)123亮亮亮正向正向正向正向 零反向亮亮亮4亮正向減小到零(任意)暗39實(shí)驗(yàn)結(jié)論：晶閘管在反向陽(yáng)極電壓作用下，不論門極為何種電壓，都處于關(guān)斷狀態(tài)；晶閘管僅在正向陽(yáng)極電壓與正向門極電壓同時(shí)作用下，才能導(dǎo)通；已導(dǎo)通的晶閘管在正向陽(yáng)極電壓作用下，門極失去控制作用；晶閘管在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，當(dāng)Ea(正向陽(yáng)極電壓)減小到接近零時(shí)，晶閘管關(guān)斷。2.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理返回402.3.2 晶閘管的基本特性承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。晶

17、閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值（IH）以下 。晶閘管正常工作時(shí)的特性總結(jié)如下：返回41 晶閘管關(guān)斷條件：使流過晶閘管的陽(yáng)極電流（IA） 小于晶閘管規(guī)定的維持電流。實(shí)現(xiàn)關(guān)斷的具體措施？ 去掉陽(yáng)極所加的正向電壓； 給陽(yáng)極加反向電壓； 增大回路阻抗，使流過陽(yáng)極電流（IA）小于維持電流IH；2.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理返回42工作原理與特性 一、晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通原理： 晶閘管的三個(gè)PN結(jié)可等效看成由兩個(gè)晶體管V1(P1-N1-P2)與V2(N1-P2-N2)組成。AGKP1N1J1P2N2J2J3P1N1N1P2P2N22.3.1 晶閘管

18、的結(jié)構(gòu)與工作原理返回43AGKRdEaEgIaIkIgIcov1v2由圖可知，v1的集電極電流同時(shí)又是v2的基極電流，v2的集電極電流同時(shí)又是v1的基極電流，當(dāng)晶閘管陽(yáng)極加正向電壓，一旦有足夠的門極電流流入時(shí)，就形成強(qiáng)烈的正反饋。使兩晶體管飽和導(dǎo)通即晶閘管導(dǎo)通IgIb2Ic2=Ib1Ic12.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理電流驅(qū)動(dòng)型返回442.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理1-V1管電流增益；2- -V2管電流增益；ICBO1- V1管漏電流；ICBO2-V2管漏電流。圖1-7 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理a) 雙晶體管模型 b) 工作原理（1-2）（1-1）（1-3）（1-4）返回452

19、.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理圖1-7 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理a) 雙晶體管模型 b) 工作原理（1-2）（1-1）（1-3）（1-4）（1-5）由以上式可得 ：返回462.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理在低發(fā)射極電流下 是很小的，而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來(lái)之后， 迅速增大。 阻斷狀態(tài)：IG=0，1+2很小。流過晶閘管的漏電流稍大于兩個(gè)晶體管漏電流之和。開通狀態(tài)：注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致1+2趨近于1的話，流過晶閘管的電流IA，將趨近于無(wú)窮大，實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通。IA實(shí)際由外電路決定。不可能無(wú)窮大（1-5）返回472.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理陽(yáng)極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造

20、成雪崩效應(yīng)；陽(yáng)極電壓上升率du/dt過高；結(jié)溫較高；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 ThyristorLTT）。只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。其他幾種可能導(dǎo)通的情況：非正?？刂普？刂品祷?8 Ig=0時(shí)，當(dāng)陽(yáng)極電壓足夠大時(shí)，晶閘管會(huì)“硬開通”，此電壓稱為正向轉(zhuǎn)折電壓UbO。正向?qū)↖g0=0IaUaABIHUROIg增加時(shí)，正向轉(zhuǎn)折電壓減小. 3.晶閘管一旦導(dǎo)通，門極失去控制作用. 4.當(dāng)晶閘管加反向電壓而且此電壓足夠大時(shí)，晶閘管反向擊穿。UbOIg1Ig2Ig2Ig1Ig02.3.2

21、晶閘管的基本特性1） 靜態(tài)特性返回492.3.2 晶閘管的基本特性1) 開通過程延遲時(shí)間td (0.51.5s)上升時(shí)間tr (0.53s)開通時(shí)間tgt： tgt=td+ tr （1-6）100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA2) 關(guān)斷過程反向阻斷恢復(fù)時(shí)間trr正向阻斷恢復(fù)時(shí)間tgr關(guān)斷時(shí)間tq：tq=trr+tgr （1-7)普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約幾百微秒2） 動(dòng)態(tài)特性圖1-9 晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形返回502.3.3 晶閘管的主要參數(shù)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。反向重復(fù)峰值電壓URRM 在門

22、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。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(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。選用時(shí)，一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓23倍。使用注意：1）電壓定額返回512.3.2 晶閘管的基本特性圖1-8 晶閘管的伏安特性IG2IG1IG正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM返回522.3.3 晶閘管的主要參數(shù)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)所允許流

23、過的最大工頻正弦半波電流的平均值。標(biāo)稱其額定電流的參數(shù)。使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來(lái)選取晶閘管。維持電流 IH 使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。擎住電流 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， 能維持導(dǎo)通所需的最小電流。對(duì)同一晶閘管來(lái)說(shuō)，通常IL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 。2）電流定額返回532.3.3 晶閘管的主要參數(shù) 除開通時(shí)間tgt和關(guān)斷時(shí)間tq外，還有：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，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通 態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率。 電壓上升率過大，使充電電流足夠

24、大，就會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通 。 通態(tài)電流臨界上升率di/dt 指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無(wú)有害影響的最大通態(tài)電流上升率。 如果電流上升太快，可能造成局部過熱而使晶閘管損壞。3）動(dòng)態(tài)參數(shù)返回542.3.4 晶閘管的派生器件有快速晶閘管和高頻晶閘管。開關(guān)時(shí)間以及du/dt和di/dt耐量都有明顯改善。普通晶閘管關(guān)斷時(shí)間數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)十微秒，高頻晶閘管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，工作時(shí)不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。1）快速晶閘管（Fast Switching Thyristor FST)返回552.3.4 晶閘管的派生器件2）雙向晶閘管（Tr

25、iode AC SwitchTRIAC或Bidirectional triode thyristor）圖1-10 雙向晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性a) 電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性a)b)IOUIG=0GT1T2可認(rèn)為是一對(duì)反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成。有兩個(gè)主電極T1和T2，一個(gè)門極G。在第和第III象限有對(duì)稱的伏安特性。不用平均值而用有效值來(lái)表示其額定電流值。返回562.3.4 晶閘管的派生器件逆導(dǎo)晶閘管（Reverse Conducting ThyristorRCT）a)KGAb)UOIIG=0圖1-11 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) b) 伏安特性將晶閘管反并

26、聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。具有正向壓降小、關(guān)斷時(shí)間短、高溫特性好、額定結(jié)溫高等優(yōu)點(diǎn)。可用于不需要阻斷反向電壓的電路中。額定電流有兩個(gè)：一個(gè)是晶閘管電流、一個(gè)是二極管電流。返回572.3.4 晶閘管的派生器件光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT）圖1-12 光控晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性a)小功率外形 b) 電氣圖形符號(hào) c) 伏安特性又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長(zhǎng)的光照信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響。因此目前用在高壓大功率的場(chǎng)合。光強(qiáng)度強(qiáng)弱c)OUIA返回58KK-快速晶閘管KP-普通

27、晶閘管KA-高頻晶閘管補(bǔ)充.晶閘管常見型號(hào)認(rèn)識(shí)KS-雙向晶閘管返回59K P 表示晶閘管普通反向阻斷型額定通態(tài)平均電流正反向重復(fù)峰值電壓等級(jí)通態(tài)平均電壓組別補(bǔ)充.晶閘管常見型號(hào)（KP型）認(rèn)識(shí)返回60 1.型號(hào)為KP100-3，維持電流IH=4mA的晶閘管使用 在下圖中電路里，問是否合理？為什么（暫不考慮電壓電流裕量）？補(bǔ)充.思考題返回61 2.電路如下圖所示，假設(shè)變壓器T，晶閘管VT為理想元器件，現(xiàn)在電源的30 相位處給晶閘管一個(gè)可靠觸發(fā)脈沖信號(hào)，試畫出負(fù)載電壓R上的電壓波形圖？補(bǔ)充.思考題返回62 2.電路如下圖所示，假設(shè)變壓器T，晶閘管VT為理想元器件，且在電源的30 相位處給晶閘管一個(gè)可

28、靠觸發(fā)脈沖信號(hào)，試畫出負(fù)載電壓R上的電壓波形圖？補(bǔ)充.思考題返回633.用萬(wàn)用表怎樣區(qū)分晶閘管陽(yáng)極、陰極與門極？如何初步判斷晶閘管的好壞？解：用萬(wàn)用表測(cè)量晶閘管三個(gè)極間的電阻。陽(yáng)極A與陰極K間的正反向電阻接近無(wú)窮大，門極與陰極間電阻約為幾百歐，并且G-K間的阻值略小于K-G間的阻值。補(bǔ)充.思考題返回64 3.電路如下圖所示，假設(shè)變壓器T，晶閘管VT為理想元器件，且在電源的30 相位處給晶閘管一個(gè)可靠觸發(fā)脈沖信號(hào)，試畫出負(fù)載電壓R上的電壓波形圖？補(bǔ)充.思考題返回651）平板型 2）螺栓型)返回66螺栓式器件 返回673） SL16螺栓型散熱器4） 模塊散熱器2）SS11型水冷散熱器1） SF11

29、型風(fēng)冷散熱器返回68平板式器件 返回69三相橋 返回70功率半導(dǎo)體模塊 返回71返回72返回73返回74返回75返回76KA型高頻晶閘管參數(shù)表型號(hào)ITAVVDRMVTMVGTIGTtqtgtdi/dtdv/dtRjcf mSine wave10 kHzat 3ITAV(at 10kHz)Sine waveTc=65VRRM2525251252525125Tc=65（A）（V）（V）(V)(mA)(s)(s)(A/s)(V/s)(/W)kHzKA2020300 12003.22120102.5605000.420KA353521202.5800.2KA505021502.5800.11KA100

30、10021502.51000.08返回77KA型高頻晶閘管參數(shù)表型號(hào)ITAVVDRMVTMVGTIGTtqtgtdi/dtdv/dtRjcf mSine wave10 kHzat 3ITAV(at 10kHz)Sine waveTc=65VRRM2525251252525125Tc=65（A）（V）（V）(V)(mA)(s)(s)(A/s)(V/s)(/W)kHzKA10001000300 16003.232502043008000.02010（6）KA12001200325043000.015KA16001600325043000.012KA20002000325043000.010返回78

31、KA型高頻晶閘管參數(shù)表1）表中di/dt是在10kHz下測(cè)試的高頻di/dt； 2）表中f m為最高工作頻率；3）當(dāng)fm為6kHz以下時(shí)，可以提供VDRM、VRRM高達(dá)1600V的元件；4）以上為清華川普公司產(chǎn)品。返回79雙向晶閘管（KS）系列參數(shù)上海正力整流器有限公司返回80返回81返回822.4 典型全控型器件2.4.1 門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）2.4.2 電力晶體管_(GTR/BJT)2.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(P-MOSFET)2.4.4 絕緣柵雙極晶體管(IGBT)返回831.4 典型全控型器件引言門極可關(guān)斷晶閘管在晶閘管問世后不久出現(xiàn);20世紀(jì)80年代以來(lái)，電力電子技術(shù)進(jìn)入了一

32、個(gè)嶄新時(shí)代;典型代表門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管。842.4 典型全控型器件引言常用的典型全控型器件電力MOSFETIGBT單管及模塊852.4.1 門極可關(guān)斷晶閘管晶閘管的一種派生器件;可以通過在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷;GTO的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，因而在兆瓦級(jí)以上的大功率場(chǎng)合仍有較多的應(yīng)用。門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-Off Thyristor GTO）返回862.4.1 門極可關(guān)斷晶閘管結(jié)構(gòu)：與普通晶閘管的相同點(diǎn)： PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽(yáng)極、陰極和門極。和普通晶閘管的不同點(diǎn)：GTO是一種多元的功率集成器件。圖

33、1-13 GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) a) 各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b) 并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖 c) 電氣圖形符號(hào)1）GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理返回871.4.1 門極可關(guān)斷晶閘管工作原理：與普通晶閘管一樣，可以用圖1-7所示的雙晶體管模型來(lái)分析。 圖1-7 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 1+2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成的兩個(gè)晶體管V1、V2分別具有共基極電流增益1和2 。返回882.4.1 門極可關(guān)斷晶閘管GTO能夠通過門極關(guān)斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別：設(shè)計(jì)2較大，使晶體管V2控 制靈敏，易于GTO。導(dǎo)通時(shí)1+2更接近1，導(dǎo)通時(shí)接近臨界

34、飽和，有利門極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時(shí)管壓降增大。 多元集成結(jié)構(gòu)，使得P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。 圖1-7 晶閘管的工作原理返回892.4.1 門極可關(guān)斷晶閘管GTO導(dǎo)通過程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時(shí)飽和程度較淺。GTO關(guān)斷過程中有強(qiáng)烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。多元集成結(jié)構(gòu)還使GTO比普通晶閘管開通過程快，承受di/dt能力強(qiáng) 。 由上述分析我們可以得到以下結(jié)論：返回902.4.1 門極可關(guān)斷晶閘管開通過程：與普通晶閘管相同關(guān)斷過程：與普通晶閘管有所不同儲(chǔ)存時(shí)間ts，使等效晶體管退出飽和。下降時(shí)間tf 尾部時(shí)間tt 殘存載流子復(fù)合。通常tf比ts小得多，而tt比ts要長(zhǎng)。門極負(fù)

35、脈沖電流幅值越大，ts越短。Ot0tiGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6 圖1-14 GTO的開通和關(guān)斷過程電流波形GTO的動(dòng)態(tài)特性返回912.4.1 門極可關(guān)斷晶閘管GTO的主要參數(shù) 延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和。延遲時(shí)間一般約12s，上升時(shí)間則隨通態(tài)陽(yáng)極電流的增大而增大。 一般指儲(chǔ)存時(shí)間和下降時(shí)間之和，不包括尾部時(shí)間。下降時(shí)間一般小于2s。（2） 關(guān)斷時(shí)間toff（1）開通時(shí)間ton 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) 。 許多參數(shù)和普通晶閘管相應(yīng)的參數(shù)意義相同，以下只介紹意義不同的參數(shù)。返回922.4.1 門

36、極可關(guān)斷晶閘管（3）最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流IATO（4） 電流關(guān)斷增益off off一般很小，只有5左右，這是GTO的一個(gè)主要缺點(diǎn)。1000A的GTO關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖電流峰值要200A 。 GTO額定電流。 最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流與門極負(fù)脈沖電流最大值IGM之比稱為電流關(guān)斷增益。（1-8）返回932.4.2 電力晶體管電力晶體管（Giant TransistorGTR，直譯為巨型晶體管） 。耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT），英文有時(shí)候也稱為Power BJT。20世紀(jì)80年代以來(lái)，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力

37、MOSFET取代。返回94與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的。主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好。通常采用至少由兩個(gè)晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)。采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成 。2.4.2 電力晶體管1）GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理圖1-15 GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號(hào)和內(nèi)部載流子的流動(dòng) a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 電氣圖形符號(hào) c) 內(nèi)部載流子的流動(dòng)返回952.4.2 電力晶體管在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。集電極電流ic與基極電流ib之比為（1-9） GTR的電流放大系數(shù)，反映了基極電流對(duì)集電極電流的控制能力 。當(dāng)考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流Iceo時(shí)，ic和i

38、b的關(guān)系為 ic= ib +Iceo （1-10）單管GTR的 值比小功率的晶體管小得多，通常為10左右，采用達(dá)林頓接法可有效增大電流增益?？昭麟娮恿鱟)EbEcibic=bibie=(1+b )ib1）GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理返回962.4.2 電力晶體管 (1) 靜態(tài)特性共發(fā)射極接法時(shí)的典型輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。在電力電子電路中GTR工作在開關(guān)狀態(tài)。在開關(guān)過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時(shí)，要經(jīng)過放大區(qū)。截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)OIcib3ib2ib1ib1ib2 BUcex BUces BUcer Buceo。實(shí)際使用時(shí)，最高工作電壓要比BUceo低得多。3）GTR的主要參數(shù)返回

39、992.4.2 電力晶體管通常規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的1/21/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的Ic 。實(shí)際使用時(shí)要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一點(diǎn)。 3) 集電極最大耗散功率PcM最高工作溫度下允許的耗散功率。產(chǎn)品說(shuō)明書中給PcM時(shí)同時(shí)給出殼溫TC，間接表示了最高工作溫度 。 2)集電極最大允許電流IcM返回1002.4.2 電力晶體管一次擊穿：集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，Ic迅速增大。只要Ic不超過限度，GTR一般不會(huì)損壞，工作特性也不變。 二次擊穿：一次擊穿發(fā)生時(shí)，Ic突然急劇上升，電壓陡然下降。常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變 。安全工作區(qū)（Safe Operating Area

40、SOA）最高電壓UceM、集電極最大電流IcM、最大耗散功率PcM、二次擊穿臨界線限定。SOAOIcIcMPSBPcMUceUceM圖1-18 GTR的安全工作區(qū)GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)返回1012.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管分為結(jié)型和絕緣柵型通常主要指絕緣柵型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）簡(jiǎn)稱電力MOSFET（Power MOSFET）結(jié)型電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管（Static Induction TransistorSIT）特點(diǎn)用柵極電壓來(lái)控制漏極電流驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小。開關(guān)速度快，工作頻率高。熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。

41、電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置 。電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管返回1022.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力MOSFET的種類按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道。 耗盡型當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道。 增強(qiáng)型對(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。電力MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型。1）電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理返回1032.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力MOSFET的結(jié)構(gòu)是單極型晶體管。導(dǎo)電機(jī)理與小功率MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別。采用多元集成結(jié)構(gòu)，不同的生產(chǎn)廠家采用了不同設(shè)計(jì)。圖1-19 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)返回104

42、2.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷ｋ娏OSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱為VMOSFET（Vertical MOSFET）。按垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的差異，分為利用V型槽實(shí)現(xiàn)垂直導(dǎo)電的VVMOSFET和具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散MOS結(jié)構(gòu)的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET）。這里主要以VDMOS器件為例進(jìn)行討論。電力MOSFET的結(jié)構(gòu)返回1052.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無(wú)電流流過。導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS當(dāng)UGS大于UT時(shí)，P型半導(dǎo)體反

43、型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電 。圖1-19 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)電力MOSFET的工作原理返回1062.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(1) 靜態(tài)特性漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性。ID較大時(shí)，ID與UGS的關(guān)系近似線性，曲線的斜率定義為跨導(dǎo)Gfs。010203050402468a)10203050400b)1020305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A圖1-20 電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出

44、特性 a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性2）電力MOSFET的基本特性返回1072.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管截止區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的截止區(qū)）飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的放大區(qū)）非飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)GTR的飽和區(qū)）工作在開關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換。漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時(shí)器件導(dǎo)通。通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對(duì)器件并聯(lián)時(shí)的均流有利。圖1-20電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性MOSFET的漏極伏安特性：010203050402468a)10203050400b)1020305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3

45、VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A返回1082.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管開通過程開通延遲時(shí)間td(on) 上升時(shí)間tr開通時(shí)間ton開通延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和關(guān)斷過程關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)下降時(shí)間tf關(guān)斷時(shí)間toff關(guān)斷延遲時(shí)間和下降時(shí)間之和a）b)RsRGRFRLiDuGSupiD信號(hào)+UEiDOOOuptttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tf圖1-21 電力MOSFET的開關(guān)過程a) 測(cè)試電路 b) 開關(guān)過程波形up脈沖信號(hào)源，Rs信號(hào)源內(nèi)阻，RG柵極電阻，RL負(fù)載電阻，RF檢測(cè)漏極電流(2) 動(dòng)態(tài)特性返回1092.4.3 電力場(chǎng)效

46、應(yīng)晶體管 MOSFET的開關(guān)速度和Cin充放電有很大關(guān)系?？山档万?qū)動(dòng)電路內(nèi)阻Rs減小時(shí)間常數(shù)，加快開關(guān)速度。不存在少子儲(chǔ)存效應(yīng)，關(guān)斷過程非常迅速。開關(guān)時(shí)間在10100ns之間，工作頻率可達(dá)100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。場(chǎng)控器件，靜態(tài)時(shí)幾乎不需輸入電流。但在開關(guān)過程中需對(duì)輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動(dòng)功率。開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動(dòng)功率越大。MOSFET的開關(guān)速度返回1102.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管3) 電力MOSFET的主要參數(shù) 電力MOSFET電壓定額(1)漏極電壓UDS (2)漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM電力MOSFET電流定額(3) 柵源電壓UGS UGS2

47、0V將導(dǎo)致絕緣層擊穿 。 除跨導(dǎo)Gfs、開啟電壓UT以及td(on)、tr、td(off)和tf之外還有： (4)極間電容極間電容CGS、CGD和CDS返回1112.4.4 絕緣柵雙極晶體管兩類器件取長(zhǎng)補(bǔ)短結(jié)合而成的復(fù)合器件Bi-MOS器件絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gate Bipolar TransistorIGBT或IGT）GTR和MOSFET復(fù)合，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)。1986年投入市場(chǎng)，是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。 GTR和GTO的特點(diǎn)雙極型，電流驅(qū)動(dòng)，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通流能力很強(qiáng)，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。

48、 MOSFET的優(yōu)點(diǎn)單極型，電壓驅(qū)動(dòng)，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。返回1122.4.4 絕緣柵雙極晶體管1) IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極E圖1-22 IGBT的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 簡(jiǎn)化等效電路 c) 電氣圖形符號(hào)返回1132.4.4 絕緣柵雙極晶體管圖1-22aN溝道VDMOSFET與GTR組合N溝道IGBT。IGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，具有很強(qiáng)的通流能力。簡(jiǎn)化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管

49、。RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。圖1-22 IGBT的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 簡(jiǎn)化等效電路 c) 電氣圖形符號(hào) IGBT的結(jié)構(gòu)返回1142.4.4 絕緣柵雙極晶體管 驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相同，場(chǎng)控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定。導(dǎo)通：uGE大于開啟電壓UGE(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。通態(tài)壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使通態(tài)壓降減小。關(guān)斷：柵射極間施加反壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。 IGBT的原理返回115a)b)O有源區(qū)正向阻斷區(qū)飽和區(qū)反向阻

50、斷區(qū)ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加2.4.4 絕緣柵雙極晶體管2) IGBT的基本特性 (1)IGBT的靜態(tài)特性圖1-23 IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性轉(zhuǎn)移特性IC與UGE間的關(guān)系(開啟電壓UGE(th)輸出特性分為三個(gè)區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。返回1162.4.4 絕緣柵雙極晶體管ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM圖1-24 IGBT的開關(guān)過程IGBT的

51、開通過程 與MOSFET的相似開通延遲時(shí)間td(on) 電流上升時(shí)間tr 開通時(shí)間tonuCE的下降過程分為tfv1和tfv2兩段。 tfv1IGBT中MOSFET單獨(dú)工作的電壓下降過程； tfv2MOSFET和PNP晶體管同時(shí)工作的電壓下降過程。 (2)IGBT的動(dòng)態(tài)特性返回1172.4.4 絕緣柵雙極晶體管圖1-24 IGBT的開關(guān)過程關(guān)斷延遲時(shí)間td(off）電流下降時(shí)間 關(guān)斷時(shí)間toff電流下降時(shí)間又可分為tfi1和tfi2兩段。tfi1IGBT器件內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過程，iC下降較快。tfi2IGBT內(nèi)部的PNP晶體管的關(guān)斷過程，iC下降較慢。 IGBT的關(guān)斷過程ttt10%9

52、0%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM返回1182.4.4 絕緣柵雙極晶體管3) IGBT的主要參數(shù)正常工作溫度下允許的最大功耗 。(3) 最大集電極功耗PCM包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP 。 (2) 最大集電極電流由內(nèi)部PNP晶體管的擊穿電壓確定。(1) 最大集射極間電壓UCES返回1192.4.4 絕緣柵雙極晶體管IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)可以總結(jié)如下：開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。 相同電壓和電流定額時(shí)，安全工作區(qū)比GTR大，且 具有耐

53、脈沖電流沖擊能力。通態(tài)壓降比VDMOSFET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(shí)保持開關(guān)頻率高的特點(diǎn) 。 返回1202.4.4 絕緣柵雙極晶體管擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)： IGBT往往與反并聯(lián)的快速二極管封裝在一起，制成模塊，成為逆導(dǎo)器件 。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。 反向偏置安全工作區(qū)（RBSOA）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。 正偏安全工作區(qū)（FBSOA）動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)比靜態(tài)擎住效應(yīng)所允許的集電極電流小。擎住效應(yīng)曾限制IGBT電流容量提高，20世紀(jì)90年代中后期開始逐漸解決。NPN晶體管基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路電阻，P形體區(qū)的橫向空穴電流會(huì)在該電阻上產(chǎn)生壓降，相當(dāng)于對(duì)J3結(jié)施加正偏壓，一旦J3開通，柵極就會(huì)失去對(duì)集電極電流的控制作用，電流失控。返回1212.5 其他新型電力電子器件(了解)2.5.1 MOS控制晶閘管MCT2.5.2 靜電感應(yīng)晶體管SIT2.5.3 靜電感應(yīng)晶閘管SITH2.5.4 集成門極換流晶閘管IGC