器件全控型器件

器件全控型器件演示文稿1目前一頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)優(yōu)選器件全控型器件目前二頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)3§2.2門極可關(guān)斷晶閘管GTO

(Gate-Turned-OffThyristor)一、結(jié)構(gòu)與工作原理1、結(jié)構(gòu)：多元集成元件，放射門極結(jié)構(gòu)。它可以等效成多個(gè)小GTO元的集成(并聯(lián))---可實(shí)現(xiàn)門極控制關(guān)斷。對(duì)比晶閘管：中央門極結(jié)構(gòu)目前三頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)42、工作原理與普通晶閘管相同，可采用雙晶體管模型分析。開關(guān)速度高于普通晶閘管，di/dt承受能力大于晶閘管。3、電氣符號(hào)

晶閘管？目前四頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)5二、工作特性1、特點(diǎn)1）門極可以控制開通，也可以控制關(guān)斷；----全控型

流控型器件

脈沖控制型2）開通條件：正向陽(yáng)極電壓，正向門極電壓；

關(guān)斷條件：門極加負(fù)脈沖（不能通過門極電流為零關(guān)斷）3）開關(guān)速度及di/dt承受能力高于晶閘管4）單向?qū)щ娦浴?、靜態(tài)特性伏安特性同晶閘管目前五頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)63、動(dòng)態(tài)特性1）開通過程：開通時(shí)間：

ton=td+trOt0tiGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6抽取飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的大量載流子的時(shí)間等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū)，陽(yáng)極電流逐漸減小時(shí)間

殘存載流子復(fù)合所需時(shí)間

目前六頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)72）關(guān)斷過程：

關(guān)斷時(shí)間:toff=ts+tf+tt

存儲(chǔ)時(shí)間ts:IA—0.9IA

下降時(shí)間tf:0.9IA—0.1IA

拖尾時(shí)間tt:遠(yuǎn)大ts

門極負(fù)脈沖電流幅值越大，前沿越陡。抽走存儲(chǔ)載流子的速度越快，ts越小。若使門極負(fù)脈沖的后沿緩慢衰減，在tt階段仍能保持適當(dāng)?shù)呢?fù)電壓，則tt越小。三、可關(guān)斷晶閘管的主要參數(shù)1、開通時(shí)間ton2、關(guān)斷時(shí)間toff目前七頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)83、最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流IATOGTO通過負(fù)脈沖能夠關(guān)斷的最大陽(yáng)極電流。它是GTO的額定電流。4、電流關(guān)斷增益βoff最大可關(guān)斷電流與門極負(fù)脈沖電流最大值IGM之比。一般很小，5~10。若1000A的GTO，門極負(fù)脈沖為200~100A，很大，這是GTO的缺點(diǎn)。Back目前八頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)91、結(jié)構(gòu)普通晶體管結(jié)構(gòu)GTR結(jié)構(gòu)符號(hào)§2.3電力晶體管GTR

(GiantTransistor—PowerBJT)一、結(jié)構(gòu)與工作原理由至少兩個(gè)晶體管按達(dá)林頓接法組成，同GTO一樣采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成。2、工作原理同普通的雙極結(jié)型晶體管3、電氣符號(hào)Bipolarjunctiontransistor目前九頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)10二、工作特性2、靜態(tài)特性3）開關(guān)頻率較高、動(dòng)態(tài)性能好、承受功耗小、控制方便。阻斷能力差、瞬態(tài)過電壓及過載能力差。1、特點(diǎn)1）門極可以控制開通，也可以控制關(guān)斷；----全控型

流控型器件

電平控制型2）開通條件：正向集射極電壓，正向基極電流；

關(guān)斷條件：基極加負(fù)脈沖

截止區(qū)，飽和區(qū)，放大區(qū)。目前十頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)113、動(dòng)態(tài)特性

ts：存儲(chǔ)時(shí)間tf：集電極電流下降時(shí)間

開通時(shí)間：

ton=td+trtd：延遲時(shí)間；tr：集電極電流上升時(shí)間；關(guān)斷時(shí)間：

toff=ts+tf無(wú)拖尾----開關(guān)速度快，在80年代是主要的功率控制器件目前十一頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)121）一次擊穿

一次擊穿后，無(wú)措施，集電極電流繼續(xù)增大到某值，集射極電壓陡然下降，產(chǎn)生局部過熱擊穿，稱二次擊穿，元件損壞。4、二次擊穿與安全工作區(qū)

集射極電壓升至某一值時(shí)，集電極電流迅速增大，產(chǎn)生雪崩擊穿，此時(shí)集電極電流不超過允許電流，稱一次擊穿。即：AB段。2）二次擊穿3）二次擊穿臨界線目前十二頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)134）安全工作區(qū)

安全工作區(qū)SOA(SafeOperationArea)是指在輸出特性曲線圖上GTR能夠安全運(yùn)行的電流、電壓的極限范圍。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。目前十三頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)14三、主要參數(shù)（1）最高工作電壓

集電極額定電壓UCEM應(yīng)小于UCEO

UCEO基極開路，集電極電流較大時(shí)，集射極間的擊穿電壓。（2）集電極額定電流

集電極最大允許電流ICM

。（3）集電極最大耗散功率PCM

Back目前十四頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)15§2.4電力MOSFET

(PowerMetalOxideSemiconductor

FieldEffectTransistor)一、結(jié)構(gòu)與工作原理1、結(jié)構(gòu)

多元集成結(jié)構(gòu)，一個(gè)器件由許多小的MOSFET元的集成，柵極絕緣。有N溝道和P溝道之分。內(nèi)部集成寄生二極管目前十五頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)162、工作原理導(dǎo)通條件：漏源電壓為正，柵源電壓大于開啟電壓。即：uDS〉0，uGS>uT.關(guān)斷條件：(漏源極電壓為正)，柵源極電壓小于開啟電壓。即uGS<uT.漏源極加反壓，就為二極管特性。二、工作特性1）柵極可以控制開通，也可以控制關(guān)斷；----全控型

電壓控制型器件

電平控制型2）導(dǎo)通條件：正向漏源電壓，正向柵源電壓；

關(guān)斷條件：柵源電壓小于開啟電壓。3、電氣符號(hào)1、特點(diǎn)3)驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度高，安全工作區(qū)寬。閥值電壓目前十六頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)17

反映漏源電壓與漏極電流之間的關(guān)系。截止區(qū)，飽和區(qū)，非飽和區(qū)

伏安特性(輸出特性）2、工作特性

1）靜態(tài)特性表示柵源電壓與漏極電流ID之間的關(guān)系2)轉(zhuǎn)移特性

開啟電壓uT:

目前十七頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)183)動(dòng)態(tài)特性

為多數(shù)載流子器件，沒有存儲(chǔ)效應(yīng)，開關(guān)時(shí)間短為20ns左右。開通時(shí)間：

ton=td（on）+tri+tfv關(guān)斷時(shí)間：

toff=td(off)+trv+tfi

uGSP：非飽和柵壓。密勒平臺(tái)開通延遲電流上升電壓下降關(guān)斷延遲電壓上升電流下降目前十八頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)19三、主要參數(shù)1、漏極電壓UDS2、電流定額ID3、柵源電壓UGS

柵源之間很薄，一般電壓絕對(duì)值小于20V。4、安全工作區(qū)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)。Back目前十九頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)20

1、結(jié)構(gòu)

§2.5絕緣柵雙極晶體管IGBT

(Insulated-GateBipolarTransistor)一、結(jié)構(gòu)與工作原理

IGBT為三端四層器件。由MOSFET和雙極性晶體管組合而成。即在MOSFET的N+層上再加一層P型區(qū)。分N溝道IGBT，記為N-IGBT；和P溝道IGBT，記為P-IGBT。目前二十頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)212、工作原理

導(dǎo)通條件：集射電壓大于零，柵射電壓大于開啟電壓uth；關(guān)斷條件：柵射電壓小于開啟電壓。3、電氣符號(hào)RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻目前二十一頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)22

2、靜態(tài)特性二、工作特性1、特點(diǎn)1）柵極可以控制開通，也可以控制關(guān)斷；----全控型

電壓控制型器件

電平控制型2）開通條件：正向集射極電壓，正向柵射極電壓；

關(guān)斷條件：柵射極電壓小于開啟電壓。3)驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度高于晶閘管、GTO器件，低于MOSFET器件。無(wú)二次擊穿，安全工作區(qū)寬

轉(zhuǎn)移特性：反映集電極電流Ic與柵射極電壓之間的關(guān)系。目前二十二頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)23

伏安特性：反映集電極電流Ic與集射極電壓之間的關(guān)系。

有正向阻斷區(qū)，飽和區(qū)，有源區(qū)，反向阻斷區(qū)3、動(dòng)態(tài)特性

1）開通過程

開通時(shí)間：ton=td+tri+tfv

延遲時(shí)間td:0—0.1Ic；

上升時(shí)間tri:0.1—0.9Ic

IGBT開關(guān)過程圖與MOSFET差別開通延遲電流上升電壓下降目前二十三頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)24IGBT開關(guān)過程圖開通時(shí)UCE下降時(shí)間分為兩部分，tfv1和tfv2：

tfv1:IGBT中MOSFET單獨(dú)工作的電壓下降過程;tfv2：MOSFET和PNP同時(shí)工作的電壓下降過程，tfv2結(jié)束后IGBT才完全進(jìn)入飽和區(qū)。2）關(guān)斷過程：關(guān)斷時(shí)間：toff=ts+tf=td(off)+trv+tfi1+tfi2;

關(guān)斷延遲（存儲(chǔ)時(shí)間）td(off):0.9UGEM—0.9UcE;

下降時(shí)間:0.9Ic—0.1Ic;tfi=tfi1+tfi2;

tfi1:IGBT內(nèi)MOSFET關(guān)斷過程。

tfi2:IGBT內(nèi)PNP的關(guān)斷過程。顯然，PNP的存在帶來(lái)了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的好處，但引入了少子儲(chǔ)存現(xiàn)象，使IGBT開關(guān)速度慢于MOSFET。關(guān)斷延遲電壓上升電流下降目前二十四頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)254、IGBT的安全工作區(qū)

?正向偏置安全工作區(qū)（ForwardBiasedSafeOperatingArea——FBSOA）

根據(jù)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。

?反向偏置安全工作區(qū)（ReverseBiasedSafeOperatingArea——RBSOA）根據(jù)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。

目前二十五頁(yè)\總數(shù)二十七頁(yè)\編于點(diǎn)265、擎住效應(yīng)

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