汽車電力電子及電力驅(qū)動1

目前一頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點新能源電動汽車電氣組成目前二頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點1271110354986目前三頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點

20KW；動力輸出1.驅(qū)動電機控制器其將動力電池提供的直流電，轉(zhuǎn)化為交流電，然后輸出給電機；2.通過電機的正轉(zhuǎn)來實現(xiàn)整車加速、減速；通過電機的反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)倒車；3.其通過有效的控制策略，控制動力總成以最佳方式協(xié)調(diào)工作。主要部件介紹-驅(qū)動電機目前四頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點DC-DC變換器安裝于前機艙位置，其主要功能是在車輛啟動后將動力電池輸入的高壓電轉(zhuǎn)變成低壓12V向蓄電池充電，以保證行車時低壓用電設(shè)備正常工作。主要部件介紹-DC/DC變換器目前五頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點每輛電動汽車都配有車載充電器、用于對動力電池充電。主要部件介紹-車載充電機目前六頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點比亞迪e6電動汽車電池管理系統(tǒng)

目前七頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點項目一：電力電子器件任務一：電力電子器件的結(jié)構(gòu)、特性和主要參數(shù)任務二：電力電子器件的驅(qū)動電路、緩存電路及串并聯(lián)技術(shù)目前八頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點任務一：電力電子器件目前九頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點■電力電子技術(shù)的概念◆可以認為，所謂電力電子技術(shù)就是應用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。

?電力電子技術(shù)中所變換的“電力”有區(qū)別于“電力系統(tǒng)”所指的“電力”，后者特指電力網(wǎng)的“電力”，前者則更一般些。

?電子技術(shù)包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。通常所說的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)都屬于信息電子技術(shù)。

■模擬和數(shù)字電子電路的基礎(chǔ)

——晶體管和集成電路等電子器件電力電子電路的基礎(chǔ)

——電力電子器件目前十頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點◆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。

輸入輸出

交流（AC）

直流（DC）

直流（DC）整流

直流斬波

交流（AC）交流電力控制變頻、變相逆變

表1-1電力變換的種類圖1-1描述電力電子學的倒三角形目前十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點電力電子部件的應用電力電子技術(shù)可以看成是弱電控制強電的技術(shù)，是弱電和強電之間的接口。而控制理論則是實現(xiàn)這種接口的一條強有力的紐帶。目前十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點汽車電力電子及電力驅(qū)動目前十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點1.電力電子器件的概念和特征■電力電子器件的概念

◆電力電子器件（PowerElectronicDevice）是指可直接用于處理電能的主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。

?主電路：在電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔電能的變換或控制任務的電路。

?廣義上電力電子器件可分為電真空器件和半導體器件兩類，目前往往專指電力半導體器件。

目前十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點■電力電子器件的特征

◆所能處理電功率的大小，也就是其承受電壓和電流的能力，是其最重要的參數(shù)，一般都遠大于處理信息的電子器件。

◆為了減小本身的損耗，提高效率，一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。

◆由信息電子電路來控制

,而且需要驅(qū)動電路。

◆自身的功率損耗通常仍遠大于信息電子器件，在其工作時一般都需要安裝散熱器。

目前十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點?通態(tài)損耗是電力電子器件功率損耗的主要成因。?當器件的開關(guān)頻率較高時，開關(guān)損耗會隨之增大而可能成為器件功率損耗的主要因素。

通態(tài)損耗斷態(tài)損耗開關(guān)損耗開通損耗關(guān)斷損耗?電力電子器件的功率損耗目前十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點

2.應用電力電子器件的系統(tǒng)組成

■電力電子器件在實際應用中，一般是由控制電路、驅(qū)動電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個系統(tǒng)。

電氣隔離圖2-1電力電子器件在實際應用中的系統(tǒng)組成目前十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點3.電力電子器件的分類■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PowerMOSFET。

?通過控制信號既可以控制其導通，又可以控制其關(guān)斷。

◆不可控器件

?電力二極管（PowerDiode）?不能用控制信號來控制其通斷。目前十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點■按照驅(qū)動信號的性質(zhì)◆電流驅(qū)動型

?通過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導通或者關(guān)斷的控制。

◆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)導通或者關(guān)斷的控制?！霭凑镇?qū)動信號的波形（電力二極管除外

）◆脈沖觸發(fā)型

?通過在控制端施加一個電壓或電流的脈沖信號來實現(xiàn)器件的開通或者關(guān)斷的控制。

◆電平控制型

?必須通過持續(xù)在控制端和公共端之間施加一定電平的電壓或電流信號來使器件開通并維持在導通狀態(tài)或者關(guān)斷并維持在阻斷狀態(tài)。

目前十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點■按照載流子參與導電的情況◆單極型器件

?由一種載流子參與導電?！綦p極型器件

?由電子和空穴兩種載流子參與導電。

◆復合型器件

?由單極型器件和雙極型器件集成混合而成，也稱混合型器件。

目前二十頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共用電子對+4+4+4+4+4表示除去價電子后的原子SiGee不可控器件——電力二極管半導體材料目前二十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點載流子：自由電子和空穴+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子目前二十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點載流子的產(chǎn)生與復合+4+4+4+4本征半導體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。目前二十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點P型半導體+4+4+3+4空穴硼原子P型半導體中空穴是多子，電子是少子。動畫演示目前二十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點N型半導體+4+4+5+4多余電子磷原子N型半導體中的載流子是什么？摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。動畫演示目前二十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點P型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導體++++++++++++++++++++++++擴散運動內(nèi)電場E漂移運動擴散(diffusion)的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。內(nèi)電場越強，就使漂移(drift)運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，也稱耗盡層。目前二十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點漂移運動P型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導體++++++++++++++++++++++++擴散運動內(nèi)電場E所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，相當于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。目前二十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空間電荷區(qū)N型區(qū)P型區(qū)電位VV0目前二十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)(PNjunction)正向偏置－－－－++++內(nèi)電場減弱，使擴散加強，擴散飄移，正向電流大空間電荷區(qū)變薄PN+_正向電流目前二十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點PN結(jié)(PNjunction)反向偏置－－－－++++空間電荷區(qū)變厚NP+_++++－－－－內(nèi)電場加強，使擴散停止，有少量飄移，反向電流很小反向飽和電流很小，A級目前三十頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點AKAKa)IKAPNJb)c)AKPN結(jié)與電力二極管的工作原理■電力二極管是以半導體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。

電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號

a)外形b)基本結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號整流二極管及模塊目前三十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點■二極管的基本原理——PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴舢擯N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)為高阻態(tài)，幾乎沒有電流流過，被稱為反向截止狀態(tài)。

◆PN結(jié)具有一定的反向耐壓能力，但當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。

?按照機理不同有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式。

?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)仍可恢復原來的狀態(tài)。?否則PN結(jié)因過熱而燒毀，這就是熱擊穿。

目前三十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點■PN結(jié)的電容效應◆稱為結(jié)電容CJ，又稱為微分電容◆按其產(chǎn)生機制和作用的差別分為勢壘電容CB和擴散電容CD

PN結(jié)反向偏置時，載流子數(shù)目很少，擴散電容可忽略1.擴散電容PN結(jié)處于正向偏置時，多子的擴散導致在P區(qū)（N區(qū)）靠近結(jié)的邊緣有高于正常情況的電子（空穴）濃度，這種超量的濃度可視為電荷存儲到PN結(jié)的鄰域?擴散電容僅在正向偏置時起作用。正向電壓較高時，擴散電容為結(jié)電容主要成分。目前三十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當反向偏置電壓變化時，就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化2.勢壘電容類似于平板電容器兩極板上電荷的變化

?勢壘電容只在外加電壓變化時才起作用，外加電壓頻率越高，勢壘電容作用越明顯。在正向偏置時，當正向電壓較低時，勢壘電容為主。

◆結(jié)電容影響PN結(jié)的工作頻率，特別是在高速開關(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾睿踔敛荒芄ぷ?。PN結(jié)電容的大小與本身的結(jié)構(gòu)和工藝及外加電壓有關(guān)。正偏時，結(jié)電容較大（主要決定于擴散電容）；反偏時，結(jié)電容較?。ㄖ饕獩Q定于勢壘電容）目前三十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點電力二極管的基本特性■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)定導通狀態(tài)。與IF對應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電力二極管的伏安特性目前三十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點a)IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdtub)UFPiiFuFtfrt02V電力二極管的動態(tài)過程波形正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置■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?！粲烧蚱棉D(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，進入截止狀態(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。?延遲時間：td=t1-t0

電流下降時間：tf=t2-t1

反向恢復時間：trr=td+tf

恢復特性的軟度：

tf

/td，或稱恢復系數(shù)，用Sr表示。t0:正向電流降為零的時刻t1:反向電流達最大值的時刻t2:電流變化率接近于零的時刻目前三十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點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）。

?正向恢復時間tfr

?出現(xiàn)電壓過沖的原因:電導調(diào)制效應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。

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

目前三十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點電力二極管的主要參數(shù)■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)熱效應來定義的，使用時應按有效值相等的原則來選取電流定額，并應留有一定的裕量?！稣驂航礥F◆指電力二極管在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時對應的正向壓降?！龇聪蛑貜头逯惦妷篣RRM

◆指對電力二極管所能重復施加的反向最高峰值電壓?！羰褂脮r，應當留有兩倍的裕量。

目前三十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點■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高平均溫度。

◆TJM通常在125～175C范圍之內(nèi)。■反向恢復時間trr■浪涌電流IFSM

◆指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個或幾個工頻周期的過電流。目前三十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點電力二極管的主要類型■按照正向壓降、反向耐壓、反向漏電流等性能，特別是反向恢復特性的不同，介紹幾種常用的電力二極管。

◆普通二極管（GeneralPurposeDiode）

?又稱整流二極管（RectifierDiode），多用于開關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路中。

?其反向恢復時間較長，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。

目前四十頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點◆快恢復二極管（FastRecoveryDiode——FRD）?恢復過程很短，特別是反向恢復過程很短（一般在5s以下）。

?快恢復外延二極管（FastRecoveryEpitaxialDiodes——FRED），采用外延型P-i-N結(jié)構(gòu)，其反向恢復時間更短（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和超快速恢復兩個等級。前者反向恢復時間為數(shù)百納秒或更長，后者則在100ns以下，甚至達到20~30ns。目前四十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點◆肖特基二極管（SchottkyBarrierDiode——SBD）?屬于多子器件

?優(yōu)點在于：反向恢復時間很短（10~40ns），正向恢復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：當所能承受的反向耐壓提高時其正向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，而且必須更嚴格地限制其工作溫度。42目前四十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點G控制極1.基本結(jié)構(gòu)K陰極陽極

AP1P2N1N2(c)結(jié)構(gòu)KGA(b)符號(a)外形晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)及符號四層半導體三個

PN

結(jié)半控型器件——晶閘管目前四十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點P1P2N1N2K

GA晶閘管相當于PNP和NPN型兩個晶體管的組合PPNNNPAGK+KA

T2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKG目前四十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點2.工作原理

在極短時間內(nèi)使兩個三極管均飽和導通，此過程稱觸發(fā)導通。形成正反饋過程EA>0、EG>0AKGEA+_RT1T2EG_+目前四十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點EA+_RT1T2EGA_+K晶閘管導通后，去掉EG，依靠正反饋，仍可維持導通狀態(tài)。2.工作原理EA>0、EG>0形成正反饋過程G目前四十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點■除門極觸發(fā)外其他幾種可能導通的情況◆陽極電壓升高至相當高的數(shù)值造成雪崩效應

◆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用于高壓電力設(shè)備中之外，其它都因不易控制而難以應用于實踐。只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。

目前四十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點晶閘管導通的條件：(1)晶閘管陽極電路(陽極與陰極之間)施加正向電壓。(2)晶閘管控制電路(控制極與陰極之間)加正向電壓或正向脈沖(正向觸發(fā)電壓)。

晶閘管導通后，控制極便失去作用。

依靠正反饋，晶閘管仍可維持導通狀態(tài)。晶閘管關(guān)斷的條件：

(1)必須使可控硅陽極電流減小，直到正反饋效應不能維持。

(2)將陽極電源斷開或者在晶閘管的陽極和陰極間加反向電壓。目前四十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點3、晶閘管的基本特性晶閘管也像半導體二極管那樣具有單向?qū)щ娦裕膶〞r間是可控的，主要用于整流、逆變、調(diào)壓及開關(guān)等方面。優(yōu)點：

體積小、重量輕、效率高、動作迅速、維修簡單、操作方便、壽命長、容量大（正向平均電流達千安、正向耐壓達數(shù)千伏）。目前四十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點■靜態(tài)特性

◆正常工作時的特性

?當晶閘管承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通。

?當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，晶閘管都保持導通。?若要使已導通的晶閘管關(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。

目前五十頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點◆晶閘管的伏安特性

?正向特性

√當IG=0時，如果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?！屉S著門極電流幅值的增大，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。

正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM+晶閘管的伏安特性

IG2>IG1>IG

目前五十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點?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?！坍敺聪螂妷撼^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，導致晶閘管發(fā)熱損壞。

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+目前五十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點■動態(tài)特性◆開通過程

?由于晶閘管內(nèi)部的正反饋過程需要時間，再加上外電路電感的限制，晶閘管受到觸發(fā)后，其陽極電流的增長不可能是瞬時的。?延遲時間td

(0.5~1.5s)

上升時間tr(0.5~3s)

開通時間tgt=td+tr?延遲時間隨門極電流的增大而減小,上升時間除反映晶閘管本身特性外，還受到外電路電感的嚴重影響。提高陽極電壓,延遲時間和上升時間都可顯著縮短。晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形陽極電流穩(wěn)態(tài)值的90%100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA陽極電流穩(wěn)態(tài)值的10%目前五十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點◆關(guān)斷過程

?由于外電路電感的存在，原處于導通狀態(tài)的晶閘管當外加電壓突然由正向變?yōu)榉聪驎r，其陽極電流在衰減時必然也是有過渡過程的。

?反向阻斷恢復時間trr

正向阻斷恢復時間tgr

關(guān)斷時間tq=trr+tgr?關(guān)斷時間約幾百微秒。

?在正向阻斷恢復時間內(nèi)如果重新對晶閘管施加正向電壓，晶閘管會重新正向?qū)?，而不是受門極電流控制而導通。晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形反向恢復電流最大值尖峰電壓90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA目前五十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點■電壓定額◆斷態(tài)重復峰值電壓UDRM?是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復加在器件上的正向峰值電壓（見圖2-9）。

?國標規(guī)定斷態(tài)重復峰值電壓UDRM為斷態(tài)不重復峰值電壓（即斷態(tài)最大瞬時電壓）UDSM的90%。

?斷態(tài)不重復峰值電壓應低于正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo?！舴聪蛑貜头逯惦妷篣RRM

?是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復加在器件上的反向峰值電壓（見圖2-8）。

?規(guī)定反向重復峰值電壓URRM為反向不重復峰值電壓（即反向最大瞬態(tài)電壓）URSM的90%。?反向不重復峰值電壓應低于反向擊穿電壓。4、晶閘管的主要參數(shù)目前五十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點

◆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。

◆通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標值作為該器件的額定電壓。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2~3倍?！鲭娏鞫~

◆通態(tài)平均電流IT(AV）

?國標規(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)熱效應來定義的。?一般取其通態(tài)平均電流為按發(fā)熱效應相等（即有效值相等）的原則所得計算結(jié)果的1.5~2倍。

目前五十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點◆維持電流IH

?維持電流是指使晶閘管維持導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，能維持導通所需的最小電流。

?約為IH的2~4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)溫的不重復性最大正向過載電流。目前五十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點■動態(tài)參數(shù)

◆開通時間tgt和關(guān)斷時間tq

◆斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt

?在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不導致晶閘管從斷態(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，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導通。

◆通態(tài)電流臨界上升率di/dt

?在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無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。目前五十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點■快速晶閘管（FastSwitchingThyristor——FST）

◆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。

5、晶閘管的派生器件目前五十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點a)b)IOUIG=0GT1T2■雙向晶閘管（TriodeACSwitch——TRIAC或Bidirectionaltriodethyristor）◆可以認為是一對反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成?！糸T極使器件在主電極的正反兩方向均可觸發(fā)導通，在第Ｉ和第III象限有對稱的伏安特性?！綦p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。雙向晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性a)電氣圖形符號b)伏安特性

目前六十頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點a)KGAb)UOIIG=0■逆導晶閘管（ReverseConductingThyristor——RCT）

◆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。

逆導晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性

a)電氣圖形符號b)伏安特性

目前六十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點AGKa)AK光強度強弱b)OUIA■光控晶閘管（LightTriggeredThyristor——LTT）

◆是利用一定波長的光照信號觸發(fā)導通的晶閘管。

◆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。光控晶閘管的電氣圖形符 號和伏安特性

a)電氣圖形符號b)伏安特性

目前六十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點全控器件——典型全控型器件■門極可關(guān)斷晶閘管在晶閘管問世后不久出現(xiàn)?！?0世紀80年代以來，電力電子技術(shù)進入了一個嶄新時代?！龅湫痛怼T極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應晶體管、絕緣柵雙極晶體管。電力MOSFETIGBT單管及模塊目前六十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點

1、門極可關(guān)斷晶閘管■晶閘管的一種派生器件，但可以通過在門極施加負的脈沖電流使其關(guān)斷，因而屬于全控型器件。

■GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理

◆GTO的結(jié)構(gòu)?是PNPN四層半導體結(jié)構(gòu)。?是一種多元的功率集成器件，雖然外部同樣引出3個極，但內(nèi)部則包含數(shù)十個甚至數(shù)百個共陽極的小GTO

元，這些GTO元的陰極和門極則在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起。

GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號各單元的陰極、門極間隔排列的圖形并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖電氣圖形符號

目前六十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點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◆GTO的工作原理

?仍然可以用如圖所示的雙晶體管模型來分析，T1、T2的共基極電流增益分別是1、2。1+2=1是器件臨界導通的條件，大于1導通，小于1則關(guān)斷。

?GTO與普通晶閘管的不同√設(shè)計2較大，使晶體管T2控制靈敏，易于GTO關(guān)斷?！虒〞r1+2更接近1，導通時接近臨界飽和，有利門極控制關(guān)斷，但導通時管壓降增大。√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。目前六十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點?GTO的導通過程與普通晶閘管是一樣的，只不過導通時飽和程度較淺。

?而關(guān)斷時，給門極加負脈沖，即從門極抽出電流，當兩個晶體管發(fā)射極電流IA和IK的減小使1+2<1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。

66目前六十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點■GTO的動態(tài)特性

◆開通過程與普通晶閘管類似。

◆關(guān)斷過程

?儲存時間ts

下降時間tf

尾部時間tt?通常tf比ts小得多，而tt比ts要長。?門極負脈沖電流幅值越大，前沿越陡，

ts就越短。使門極負脈沖的后沿緩慢衰減，在tt階段仍能保持適當?shù)呢撾妷?，則可以縮短尾部時間。GTO的開通和關(guān)斷過程電流波形

Ot0tiGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6抽取飽和導通時儲存的大量載流子的時間等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū)，陽極電流逐漸減小時間

殘存載流子復合所需時間

67目前六十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點■GTO的主要參數(shù)◆GTO的許多參數(shù)都和普通晶閘管相應的參數(shù)意義相同。

◆最大可關(guān)斷陽極電流IATO?用來標稱GTO額定電流。

◆電流關(guān)斷增益off

?最大可關(guān)斷陽極電流IATO與門極負脈沖電流最大值IGM之比。

?off一般很小，只有5左右，這是GTO的一個主要缺點。

◆開通時間ton

?延遲時間與上升時間之和。?延遲時間一般約1~2s，上升時間則隨通態(tài)陽極電流值的增大而增大。

◆關(guān)斷時間toff

?一般指儲存時間和下降時間之和，而不包括尾部時間。

?儲存時間隨陽極電流的增大而增大，下降時間一般小于2s?！霾簧貵TO都制造成逆導型，類似于逆導晶閘管。當需要承受反向電壓時，應和電力二極管串聯(lián)使用。

68目前六十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點2、電力晶體管■電力晶體管（GiantTransistor——GTR）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（BipolarJunctionTransistor——BJT）

■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。

目前六十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點◆

GTR的結(jié)構(gòu)

?采用至少由兩個晶體管按達林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)，并采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成。

?

GTR是由三層半導體（分別引出集電極、基極和發(fā)射極）形成的兩個PN結(jié)（集電結(jié)和發(fā)射結(jié)）構(gòu)成，多采用NPN結(jié)構(gòu)。電力晶體管GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)電氣圖形符號c)內(nèi)部載流子的流動+表示高摻雜濃度，-表示低摻雜濃度70目前七十頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點電力晶體管空穴流電子流c)EbEcibic=bibie=(1+b)ibc)內(nèi)部載流子的流動

?在應用中，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

稱為GTR的電流放大系數(shù)，它反映了基極電流對集電極電流的控制能力。當考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流Iceo時，ic和ib的關(guān)系為?單管GTR的

值比處理信息用的小功率晶體管小得多，通常為10左右，采用達林頓接法可以有效地增大電流增益。(2-9)(2-10)71目前七十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點電力晶體管■GTR的基本特性◆靜態(tài)特性

?在共發(fā)射極接法時的典型輸出特性分為截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)三個區(qū)域。

?在電力電子電路中，

GTR工作在開關(guān)狀態(tài)，即工作在截止區(qū)或飽和區(qū)。

?在開關(guān)過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，一般要經(jīng)過放大區(qū)。截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)OIcib3ib2ib1ib1<ib2<ib3Uce共發(fā)射極接法時GTR的輸出特性72目前七十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點電力晶體管◆動態(tài)特性?開通過程

√需要經(jīng)過延遲時間td和上升時間tr，二者之和為開通時間ton?！淘龃蠡鶚O驅(qū)動電流ib的幅值并增大dib/dt，可以縮短延遲時間，同時也可以縮短上升時間，從而加快開通過程。?關(guān)斷過程√需要經(jīng)過儲存時間ts和下降時間tf，二者之和為關(guān)斷時間toff。√減小導通時的飽和深度以減小儲存的載流子，或者增大基極抽取負電流Ib2的幅值和負偏壓，可以縮短儲存時間，從而加快關(guān)斷速度。?GTR的開關(guān)時間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多。ibIb1Ib2Icsic0090%Ib110%Ib190%Ics10%Icst0t1t2t3t4t5tttofftstftontrtdGTR的開通和關(guān)斷過程電流波形主要是由發(fā)射結(jié)勢壘電容和集電結(jié)勢壘電容充電產(chǎn)生的。

是用來除去飽和導通時儲存在基區(qū)的載流子的，是關(guān)斷時間的主要部分。

73目前七十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點電力晶體管■GTR的主要參數(shù)◆電流放大倍數(shù)、直流電流增益hFE、集電極與發(fā)射極間漏電流Iceo、集電極和發(fā)射極間飽和壓降Uces、開通時間ton和關(guān)斷時間toff

◆最高工作電壓?GTR上所加的電壓超過規(guī)定值時，就會發(fā)生擊穿。?擊穿電壓不僅和晶體管本身的特性有關(guān)，還與外電路的接法有關(guān)。

?發(fā)射極開路時集電極和基極間的反向擊穿電壓BUcbo

基極開路時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓BUceo

發(fā)射極與基極間用電阻聯(lián)接或短路聯(lián)接時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓BUcer和BUces

發(fā)射結(jié)反向偏置時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓BUcex

且存在以下關(guān)系：

?實際使用GTR時，為了確保安全，最高工作電壓要比BUceo低得多。目前七十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點電力晶體管◆集電極最大允許電流IcM?規(guī)定直流電流放大系數(shù)hFE下降到規(guī)定的1/2~1/3時所對應的Ic。?實際使用時要留有較大裕量，只能用到IcM的一半或稍多一點?！艏姌O最大耗散功率PcM

?指在最高工作溫度下允許的耗散功率。?產(chǎn)品說明書中在給出PcM時總是同時給出殼溫TC，間接表示了最高工作溫度。

75目前七十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點電力晶體管■GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)◆當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?！舭l(fā)現(xiàn)一次擊穿發(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，同時伴隨著電壓的陡然下降，這種現(xiàn)象稱為二次擊穿。

◆出現(xiàn)一次擊穿后，GTR一般不會損壞，二次擊穿常常立即導致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變，因而對GTR危害極大。

SOAOIcIcMPSBPcMUceUceMGTR的安全工作區(qū)二次擊穿功率

◆安全工作區(qū)（SafeOperatingArea——SOA）?將不同基極電流下二次擊穿的臨界點連接起來，就構(gòu)成了二次擊穿臨界線。?GTR工作時不僅不能超過最高電壓

UceM，集電極最大電流IcM和最大耗散功率PcM，也不能超過二次擊穿臨界線。76目前七十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點3、電力場效應晶體管■

場效應晶體管是利用電場效應來控制電流的一種半導體器件，即是電壓控制元件。它的輸出電流決定于輸入電壓的大小，基本上不需要信號源提供電流，所以它的輸入電阻高，且溫度穩(wěn)定性好。分為結(jié)型和絕緣柵型，但通常主要指絕緣柵型中的MOS型,簡稱電力MOSFE?！鲭娏OSFET是用柵極電壓來控制漏極電流的，它的特點有：◆驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小。

◆開關(guān)速度快，工作頻率高。

◆熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。

◆電流容量小，耐壓低，多用于功率不超過10kW的電力電子裝置。

目前七十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點絕緣柵場效應管柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場效應管。(1)

N溝道增強型管的結(jié)構(gòu)1.增強型絕緣柵場效應管漏極金屬電極柵極源極

高摻雜N區(qū)DGSSIO2絕緣層P型硅襯底N+N+目前七十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點GSD符號：由于柵極是絕緣的，柵極電流幾乎為零，輸入電阻很高，最高可達1014。由于金屬柵極和半導體之間的絕緣層目前常用二氧化硅，故又稱金屬-氧化物-半導體場效應管，簡稱MOS場效應管。漏極金屬電極柵極源極

高摻雜N區(qū)DGSSIO2絕緣層P型硅襯底N+N+目前七十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點(2)N溝道增強型管的工作原理

由結(jié)構(gòu)圖可見，N+型漏區(qū)和N+型源區(qū)之間被P型襯底隔開，漏極和源極之間是兩個背靠背的PN結(jié)。

當柵源電壓UGS=0時，不管漏極和源極之間所加電壓的極性如何，其中總有一個PN結(jié)是反向偏置的，反向電阻很高，漏極電流近似為零。SDP型硅襯底N+N+DS+GEG-UGS目前八十頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點

當UGS>0時，P型襯底中的電子受到電場力的吸引到達表層，填補空穴形成負離子的耗盡層；當UGS>UGS（th）時，還在表面形成一個N型層，稱反型層，即勾通源區(qū)和漏區(qū)的N型導電溝道，將D-S連接起來。UGS愈高，導電溝道愈寬。P型硅襯底N溝道N+N+DGS----耗盡層EG+-UGS目前八十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點N型溝道增強型絕緣柵場效應管的導通P型硅襯底N+EGS–G+N+DN溝道–+EDID當UGS

UGS(th）后，場效應管才形成導電溝道，開始導通，若漏–源之間加上一定的電壓UDS，則有漏極電流ID產(chǎn)生。在一定的漏–源電壓UDS下，使管子由不導通變?yōu)閷ǖ呐R界柵源電壓稱為開啟電壓UGS(th）。在一定的UDS下漏極電流ID的大小與柵源電壓UGS有關(guān)。所以，場效應管是一種電壓控制電流的器件。目前八十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點(3)特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線ID/mAUDS/VoUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V漏極特性曲線恒流區(qū)可變電阻區(qū)截止區(qū)無溝道有溝道UGS/VUGS(th)UDS=常數(shù)ID/16mAO開啟電壓UGS(th）目前八十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點N型襯底P+P+GSD符號：結(jié)構(gòu)(4)P溝道增強型SiO2絕緣層加電壓才形成P型導電溝道

增強型場效應管只有當UGS

UGS(th）時才形成導電溝道。目前八十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點2.耗盡型絕緣柵場效應管GSD符號：如果MOS管在制造時導電溝道就已形成，稱為耗盡型場效應管。(1)N溝道耗盡型管SiO2絕緣層中摻有正離子予埋了N型導電溝道目前八十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點由于耗盡型場效應管預埋了導電溝道，所以在UGS=0時，若漏–源之間加上一定的電壓UDS，也會有漏極電流ID產(chǎn)生。當UGS>0時，使導電溝道變寬，ID增大；當UGS<0時，使導電溝道變窄，ID減??；UGS負值愈高，溝道愈窄，ID就愈小。

當UGS達到一定負值時，N型導電溝道消失，ID=0，稱為場效應管處于夾斷狀態(tài)（即截止）。這時的UGS稱為夾斷電壓，用UGS(off）表示。

這時的漏極電流用

IDSS表示，稱為飽和漏極電流。目前八十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點(2)耗盡型N溝道MOS管的特性曲線夾斷電壓

耗盡型的MOS管UGS=0時就有導電溝道，加反向電壓到一定值時才能夾斷。一般工作在負柵源電壓狀態(tài)。此時：UGS(off)UDSUGS=0UGS<0UGS>0漏極特性曲線OID/mA16201248121648IDSS轉(zhuǎn)移特性曲線OID/mA

UGS/V-1-2-348121612UDS=常數(shù)目前八十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點2.耗盡型絕緣柵場效應管(3)P溝道耗盡型管符號：GSD予埋了P型導電溝道SiO2絕緣層中摻有負離子目前八十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點耗盡型GSDGSD增強型N溝道P溝道GSDGSDN溝道P溝道G、S之間加一定電壓才形成導電溝道在制造時就具有原始導電溝道目前八十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點電力場效應晶體管■電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理◆電力MOSFET的種類

?按導電溝道可分為P溝道和N溝道。?當柵極電壓為零時漏源極之間就存在導電溝道的稱為耗盡型。

?對于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時才存在導電溝道的稱為增強型。

?在電力MOSFET中，主要是N溝道增強型。

目前九十頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點電力場效應晶體管◆電力MOSFET的結(jié)構(gòu)

?是單極型晶體管。?結(jié)構(gòu)上與小功率MOS管有較大區(qū)別，小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷?，而目前電力MOSFET大都采用了垂直導電結(jié)構(gòu)，所以又稱為VMOSFET（VerticalMOSFET），這大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。?按垂直導電結(jié)構(gòu)的差異，分為利用

V型槽實現(xiàn)垂直導電的VVMOSFET

（VerticalV-grooveMOSFET）和具有垂直導電雙擴散MOS結(jié)構(gòu)的DMOSFET（VerticalDouble-diffusedMOSFET）。?電力MOSFET也是多元集成結(jié)構(gòu)。電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)電氣圖形符號目前九十一頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點電力場效應晶體管◆電力MOSFET的工作原理?截止：當漏源極間接正電壓，柵極和源極間電壓為零時，P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無電流流過。

?導通

√在柵極和源極之間加一正電壓UGS，正電壓會將其下面P區(qū)中的空穴推開，而將P區(qū)中的少子——電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。

√當UGS大于某一電壓值UT時，使P型半導體反型成N型半導體，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導電。

√UT稱為開啟電壓（或閾值電壓），UGS超過UT越多，導電能力越強，漏極電流ID越大。

目前九十二頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點■電力MOSFET的基本特性

◆靜態(tài)特性

?轉(zhuǎn)移特性√指漏極電流ID和柵源間電壓

UGS的關(guān)系，反映了輸入電壓和輸出電流的關(guān)系。

√ID較大時，ID與UGS的關(guān)系近似線性，曲線的斜率被定義為

MOSFET的跨導Gfs，即

電力場效應晶體管電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性

a)轉(zhuǎn)移特性(2-11)√是電壓控制型器件，其輸入阻抗極高，輸入電流非常小。目前九十三頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點電力場效應晶體管?輸出特性

√是MOSFET的漏極伏安特性。√截止區(qū)（對應于GTR的截止區(qū)）、飽和區(qū)（對應于GTR的放大區(qū)）、非飽和區(qū)（對應于GTR的飽和區(qū)）三個區(qū)域，飽和是指漏源電壓增加時漏極電流不再增加，非飽和是指漏源電壓增加時漏極電流相應增加。

√工作在開關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。?本身結(jié)構(gòu)所致，漏極和源極之間形成了一個與MOSFET反向并聯(lián)的寄生二極管。?通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對器件并聯(lián)時的均流有利。

電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性

b)輸出特性目前九十四頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點◆動態(tài)特性

?開通過程

√開通延遲時間td(on)

電流上升時間tr

電壓下降時間tfv

開通時間ton=td(on)+tr+

tfv

?關(guān)斷過程

√關(guān)斷延遲時間td(off)

電壓上升時間trv

電流下降時間tfi

關(guān)斷時間toff=td(off)+trv+tfi?MOSFET的開關(guān)速度和其輸入電容的充放電有很大關(guān)系，可以降低柵極驅(qū)動電路的內(nèi)阻Rs，從而減小柵極回路的充放電時間常數(shù)，加快開關(guān)速度。電力場效應晶體管信號iDOOOuptttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tfRsRGRFRLiDuGSupiD+UE電力MOSFET的開關(guān)過程a)測試電路b)開關(guān)過程波形up為矩形脈沖電壓信號源，Rs為信號源內(nèi)阻，RG為柵極電阻，RL為漏極負載電阻，RF用于檢測漏極電流。

(a)(b)目前九十五頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點電力場效應晶體管?不存在少子儲存效應，因而其關(guān)斷過程是非常迅速的。?開關(guān)時間在10~100ns之間，其工作頻率可達100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。?在開關(guān)過程中需要對輸入電容充放電，仍需要一定的驅(qū)動功率，開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動功率越大。

目前九十六頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點電力場效應晶體管■電力MOSFET的主要參數(shù)◆跨導Gfs、開啟電壓UT以及開關(guān)過程中的各時間參數(shù)?！袈O電壓UDS

?標稱電力MOSFET電壓定額的參數(shù)?！袈O直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM

?標稱電力MOSFET電流定額的參數(shù)。

◆柵源電壓UGS

?柵源之間的絕緣層很薄，UGS>20V將導致絕緣層擊穿。

◆極間電容

?

CGS、CGD和CDS?！袈┰撮g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)。

目前九十七頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點絕緣柵雙極晶體管■GTR和GTO是雙極型電流驅(qū)動器件，由于具有電導調(diào)制效應，其通流能力很強，但開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復雜。而電力MOSFET是單極型電壓驅(qū)動器件，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。絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點，因而具有良好的特性。

目前九十八頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點絕緣柵雙極晶體管■IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理

◆IGBT的結(jié)構(gòu)

?是三端器件，具有柵極G、集電極C和發(fā)射極E。?由N溝道VDMOSFET與雙極型晶體管組合而成的IGBT，比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，實現(xiàn)對漂移區(qū)電導率進行調(diào)制，使得IGBT具有很強的通流能力。?簡化等效電路表明，IGBT

是用GTR與MOSFET組成的達林頓結(jié)構(gòu)，相當于一個由

MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管。

IGBT的結(jié)構(gòu)、簡化等效電路和電氣圖形符號a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)簡化等效電路c)電氣圖形符號RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。

目前九十九頁\總數(shù)一百零八頁\編于九點絕緣柵雙極晶體管◆IGBT的工作原理

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