第四章 全控型電力電子器件

第四章全控型電力電子器件4.1典型全控型器件4.1.1門極可關斷晶閘管4.1.2電力晶體管4.1.3電力場效應晶體管4.1.4絕緣柵雙極晶體管

4.1.5電力電子器件的緩沖電路4.1典型全控型器件·引言門極可關斷晶閘管——在晶閘管問世后不久出現(xiàn)。20世紀80年代以來，電力電子技術進入了一個嶄新時代。典型代表——門極可關斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應晶體管、絕緣柵雙極晶體管。常用的典型全控型器件電力MOSFETIGBT單管及模塊晶閘管的一種派生器件?？梢酝ㄟ^在門極施加負的脈沖電流使其關斷。GTO的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，因而在兆瓦級以上的大功率場合仍有較多的應用。門極可關斷晶閘管（Gate-Turn-OffThyristor—GTO）4.1.1門極可關斷晶閘管結構：與普通晶閘管的相同點：PNPN四層半導體結構，外部引出陽極、陰極和門極。和普通晶閘管的不同點：GTO是一種多元的功率集成器件。圖1-13GTO的內部結構和電氣圖形符號

a)各單元的陰極、門極間隔排列的圖形b)并聯(lián)單元結構斷面示意圖c)電氣圖形符號1）GTO的結構和工作原理4.1.1門極可關斷晶閘管工作原理：與普通晶閘管一樣，可以用圖1-7所示的雙晶體管模型來分析。

圖1-7晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理4.1.1門極可關斷晶閘管AKGGTO的陰極電流為

門極控制增益為由P1N1P2和N1P2N2構成的兩個晶體管V1、V2分別具有共基極電流增益

1和

2

。

1+

2=1是器件臨界導通的條件。4.1.1門極可關斷晶閘管GTO能夠通過門極關斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別：設計

2較大，使晶體管V2控制靈敏，易于關斷GTO。導通時

1+

2更接近1，導通時接近臨界飽和，有利門極控制關斷，但導通時管壓降增大。多元集成結構，使得P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。4.1.1門極可關斷晶閘管EAAGKEGRIAIC1IC2P1N1P2N1P2N2V1V2IGIKGTO關斷過程等效電路GTO導通過程與普通晶閘管一樣，只是導通時飽和程度較淺。GTO關斷過程中有強烈正反饋使器件退出飽和而關斷。多元集成結構還使GTO比普通晶閘管開通過程快，承受di/dt能力強。

由上述分析我們可以得到以下結論：4.1.1門極可關斷晶閘管開通過程：與普通晶閘管相同關斷過程：與普通晶閘管有所不同儲存時間ts，抽出儲存電荷，使等效晶體管退出飽和。下降時間tf尾部時間tt

—殘存載流子復合。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，ts越短。Ot0tiGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6

圖1-14GTO的開通和關斷過程電流波形GTO的動態(tài)特性4.1.1門極可關斷晶閘管GTO的主要參數——延遲時間與上升時間之和。延遲時間一般約1~2

s，上升時間則隨通態(tài)陽極電流的增大而增大?！话阒竷Υ鏁r間和下降時間之和，不包括尾部時間。下降時間一般小于2

s。（2）關斷時間toff（1）開通時間ton

不少GTO都制造成逆導型，類似于逆導晶閘管，需承受反壓時，應和電力二極管串聯(lián)

。

許多參數和普通晶閘管相應的參數意義相同，以下只介紹意義不同的參數。4.1.1門極可關斷晶閘管（3）最大可關斷陽極電流IATO（4）

電流關斷增益

off

off一般很小，只有5左右，這是GTO的一個主要缺點。1000A的GTO關斷時門極負脈沖電流峰值要200A。——GTO額定電流?！畲罂申P斷陽極電流與門極負脈沖電流最大值IGM之比稱為電流關斷增益。（1-8）4.1.1門極可關斷晶閘管四、GTO門極驅動電路1．理想門極信號波形4.1.1門極可關斷晶閘管（1）導通觸發(fā)GTO在按一定頻率的脈沖觸發(fā)時，要求前沿陡、幅值高的強脈沖觸發(fā)。（2）關斷觸發(fā)2．GTO驅動電路實例4.1.1門極可關斷晶閘管4.1.1門極可關斷晶閘管電力晶體管（GiantTransistor——GTR，直譯為巨型晶體管）。耐高電壓、大電流的雙極型晶體管（BipolarJunctionTransistor——BJT），英文有時候也稱為PowerBJT。

應用20世紀80年代以來，在中、小功率范圍內取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代。術語用法：4.1.2電力晶體管與普通的雙極型晶體管基本原理是一樣的。主要特性是耐壓高、電流大、開關特性好。通常采用至少由兩個晶體管按達林頓接法組成的單元結構。采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成。1）GTR的結構和工作原理圖1-15GTR的結構、電氣圖形符號和內部載流子的流動

a)內部結構斷面示意圖b)電氣圖形符號c)內部載流子的流動4.1.2電力晶體管GTR的開關電路+Ub-UbCBE+Ucc4.1.2電力晶體管在應用中，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（1-9）

——GTR的電流放大系數，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的結構和工作原理4.1.2電力晶體管

(1)

靜態(tài)特性共發(fā)射極接法時的典型輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。在電力電子電路中GTR工作在開關狀態(tài)。在開關過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，要經過放大區(qū)。截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)OIcib3ib2ib1ib1<ib2<ib3Uce圖1-16共發(fā)射極接法時GTR的輸出特性2）GTR的基本特性4.1.2電力晶體管開通過程延遲時間td和上升時間tr，二者之和為開通時間ton。加快開通過程的辦法。關斷過程儲存時間ts和下降時間tf，二者之和為關斷時間toff

。加快關斷速度的辦法。GTR的開關時間在幾微秒以內，比晶閘管和GTO都短很多。ibIb1Ib2Icsic0090%Ib110%Ib190%Ics10%Icst0t1t2t3t4t5tttofftstftontrtd圖1-17GTR的開通和關斷過程電流波形(2)

動態(tài)特性4.1.2電力晶體管

前已述及：電流放大倍數

、直流電流增益hFE、集射極間漏電流Iceo、集射極間飽和壓降Uces、開通時間ton和關斷時間toff(此外還有)：

1)

最高工作電壓

GTR上電壓超過規(guī)定值時會發(fā)生擊穿。擊穿電壓不僅和晶體管本身特性有關，還與外電路接法有關。BUcbo>BUcex>BUces>BUcer>Buceo。實際使用時，最高工作電壓要比BUceo低得多。3）GTR的主要參數4.1.2電力晶體管通常規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的1/2~1/3時所對應的Ic。實際使用時要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一點。

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。產品說明書中給PcM時同時給出殼溫TC，間接表示了最高工作溫度。

2)

集電極最大允許電流IcM4.1.2電力晶體管一次擊穿：集電極電壓升高至擊穿電壓時，Ic迅速增大。只要Ic不超過限度，GTR一般不會損壞，工作特性也不變。

二次擊穿：一次擊穿發(fā)生時，Ic突然急劇上升，電壓陡然下降。常常立即導致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變。安全工作區(qū)（SafeOperatingArea——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1-18GTR的安全工作區(qū)GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)4.1.2電力晶體管五、GTR的驅動與保護

GTR基極驅動電路的作用是將輸出的控制信號電流放大到足以保證GTR可靠開通和關斷。1．GTR對基極驅動電路的要求

1）GTR開通時要采用強驅動，前沿要陡，并有一定的過飽和驅動電流（Ib1），以縮短開通時間，減小開通損耗。

2）GTR導通后相應減小驅動電流（Ib2），使器件處于臨界飽和狀態(tài)，降低驅動功率減小存貯時間。4.1.2電力晶體管4.1.2電力晶體管

3）GTR關斷時要提供較大的反向基極電流（Ib3），迅速抽取基區(qū)的剩余載流子，縮短關斷時間。

4）實現(xiàn)主電路與控制電路間的電隔離，以保證電路的安全并提高抗干擾能力。

5）具有快速保護功能。4.1.2電力晶體管2．GTR基極驅動電路實例4.1.2電力晶體管UAA4002原理框圖4.1.2電力晶體管4.1.2電力晶體管4.1.3電力場效應管該電路具有以下功能與特點：（1）輸入輸出（2）限流（3）防止退飽和（4）導通時間間隔控制（5）電源電壓監(jiān)測（6）熱保護（7）延時功能（8）輸出封鎖分為結型和絕緣柵型通常主要指絕緣柵型中的MOS型（MetalOxideSemiconductorFET）簡稱電力MOSFET（PowerMOSFET）結型電力場效應晶體管一般稱作靜電感應晶體管（StaticInductionTransistor——SIT）

特點——用柵極電壓來控制漏極電流驅動電路簡單，需要的驅動功率小。開關速度快，工作頻率高。熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。電力場效應晶體管4.1.3電力場效應管電力MOSFET的種類

按導電溝道可分為P溝道和N溝道。

耗盡型——當柵極電壓為零時漏源極之間就存在導電溝道。

增強型——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。

電力MOSFET主要是N溝道增強型。1）電力MOSFET的結構和工作原理4.1.3電力場效應管電力MOSFET的結構是單極型晶體管。導電機理與小功率MOS管相同，但結構上有較大區(qū)別。采用多元集成結構，不同的生產廠家采用了不同設計。圖1-19電力MOSFET的結構和電氣圖形符號4.1.3電力場效應管小功率MOS管是橫向導電器件。電力MOSFET大都采用垂直導電結構，又稱為VMOSFET（VerticalMOSFET）。按垂直導電結構的差異，分為利用V型槽實現(xiàn)垂直導電的VVMOSFET和具有垂直導電雙擴散MOS結構的VDMOSFET（VerticalDouble-diffusedMOSFET）。這里主要以VDMOS器件為例進行討論。電力MOSFET的結構4.1.3電力場效應管截止：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J1反偏，漏源極之間無電流流過。導電：在柵源極間加正電壓UGS當UGS大于UT時，P型半導體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結J1消失，漏極和源極導電。圖1-19電力MOSFET的結構和電氣圖形符號電力MOSFET的工作原理4.1.3電力場效應管

(1)靜態(tài)特性漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關系稱為MOSFET的轉移特性。ID較大時，ID與UGS的關系近似線性，曲線的斜率定義為跨導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的轉移特性和輸出特性

a)轉移特性b)輸出特性2）電力MOSFET的基本特性4.1.3電力場效應管截止區(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GTR的飽和區(qū)）工作在開關狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉換。漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時器件導通。通態(tài)電阻具有正溫度系數，對器件并聯(lián)時的均流有利。圖1-20電力MOSFET的轉移特性和輸出特性

a)轉移特性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=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A4.1.3電力場效應管開通過程開通延遲時間td(on)

上升時間tr開通時間ton——開通延遲時間與上升時間之和關斷過程關斷延遲時間td(off)下降時間tf關斷時間toff——關斷延遲時間和下降時間之和a）b)RsRGRFRLiDuGSupiD信號+UEiDOOOuptttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tf圖1-21電力MOSFET的開關過程a)測試電路b)開關過程波形up—脈沖信號源，Rs—信號源內阻，RG—柵極電阻，RL—負載電阻，RF—檢測漏極電流(2)

動態(tài)特性4.1.3電力場效應管

MOSFET的開關速度和Cin充放電有很大關系。可降低驅動電路內阻Rs減小時間常數，加快開關速度。不存在少子儲存效應，關斷過程非常迅速。開關時間在10~100ns之間，工作頻率可達100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。場控器件，靜態(tài)時幾乎不需輸入電流。但在開關過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅動功率。開關頻率越高，所需要的驅動功率越大。MOSFET的開關速度4.1.3電力場效應管3)電力MOSFET的主要參數——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——

UGS

>20V將導致絕緣層擊穿。除跨導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CDS4.1.3電力場效應管四、功率MOSFET的柵極驅動電路1．柵極驅動的特點及其要求

1）觸發(fā)脈沖要具有足夠快的上升和下降速度，即脈沖前后沿要求陡峭。

2）開通時以低電阻對柵極電容充電，關斷時為柵極電荷提供低電阻放電回路，以提高功率MOSFET的開關速度。

3）為了使功率MOSFET可靠觸發(fā)導通，觸發(fā)脈沖電壓應高于管子的開啟電壓；為了防止誤導通，在其截止時應提供負的柵源電壓。

4）功率MOSFET開關時所需的驅動電流為柵極電容的充放電電流。功率MOSFET的極間電容越大，在開關驅動中所需的驅動電流也越大。4.1.3電力場效應管2．驅動電路實例功率MOSFET的柵極驅動電路有多種形式，按驅動電路與柵極的連接方式不同可分為直接驅動和隔離驅動。（1）直接驅動電路功率MOSFET的輸入阻抗極高，一般小功率的TTL集成電路和CMOS電路就足以驅動功率MOSFET。4.1.3電力場效應管4.1.3電力場效應管4.1.3電力場效應管a中電阻R，以提高輸出驅動電平的幅值。b為改進的快速開通驅動電路。c是推挽式驅動電路（2）隔離驅動電路隔離式柵極驅動電路根據隔離元件的不同可分為電磁隔離和光電隔離兩種。4.1.3電力場效應管4.1.3電力場效應管電源Ucc1經電阻R3、二極管VD3和電容C加速網絡向V2提供基極電流，使V2導通并由此將功率MOSFET的柵極接地，迫使MOS－FET關斷。（3）集成式驅動電路目前，用于驅動功率MOSFET的專用集成電路較常用的是美國國際整流公司的IR2110、IR2115、IR2130芯片。

IR2110是14引腳雙列直插式大規(guī)模集成芯片。4.1.3電力場效應管4.1.3電力場效應管

IR2110的保護功能包括輸入邏輯保護及輸出電源欠電壓保護。輸入邏輯保護是當功率電路發(fā)生過載、短路等故障時，檢測保護電路的輸出信號接入IR2110保護端（SD），高電平有效，芯片內部邏輯電路將上下通道的輸入控制信號進行封鎖。欠電壓保護采取上下通道分別檢測。

IR2110通常用于驅動N溝道的功率MOSFET，其應用的典型連接如：4.1.3電力場效應管4.1.3電力場效應管六、功率MOSFET在使用中的靜電保護措施靜電擊穿有兩種形式：一是電壓型；二是功率型。防止靜電擊穿應注意：

1）器件應存放在抗靜電包裝袋、導電材料袋或金屬容器中，不能存放在塑料袋中。

2）取用功率MOSFET時，工作人員必須通過腕帶良好接地，且應拿在管殼部分而不是引線部分。4.1.3電力場效應管

3）接入電路時，工作白應接地，焊接的烙鐵也必須良好接地或斷電焊接。

4）測試器件時，測量儀器和工作臺都要良好接地。器件三個電極沒有全部接入測試儀器前，不得施加電壓。改換測試范圍時，電壓和電流要先恢復到零。4.1.3電力場效應管兩類器件取長補短結合而成的復合器件—Bi-MOS器件絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）GTR和MOSFET復合，結合二者的優(yōu)點。1986年投入市場，是中小功率電力電子設備的主導器件。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——雙極型，電流驅動，有電導調制效應，通流能力很強，開關速度較低，所需驅動功率大，驅動電路復雜。

MOSFET的優(yōu)點——單極型，電壓驅動，開關速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅動功率小而且驅動電路簡單。4.1.4絕緣柵雙極晶體管1)IGBT的結構和工作原理三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極E圖1-22IGBT的結構、簡化等效電路和電氣圖形符號a)內部結構斷面示意圖b)簡化等效電路c)電氣圖形符號4.1.4絕緣柵雙極晶體管圖1-22a—N溝道VDMOSFET與GTR組合——N溝道IGBT。IGBT比VDMOSFET多一層P+注入區(qū)，具有很強的通流能力。簡化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成的達林頓結構，一個由MOSFET驅動的厚基區(qū)PNP晶體管。RN為晶體管基區(qū)內的調制電阻。圖1-22IGBT的結構、簡化等效電路和電氣圖形符號a)內部結構斷面示意圖b)簡化等效電路c)電氣圖形符號IGBT的結構4.1.4絕緣柵雙極晶體管

驅動原理與電力MOSFET基本相同，場控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定。導通：uGE大于開啟電壓UGE(th)時，MOSFET內形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導通。通態(tài)壓降：電導調制效應使電阻RN減小，使通態(tài)壓降減小。關斷：柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關斷。IGBT的原理4.1.4絕緣柵雙極晶體管a)b)O有源區(qū)正向阻斷區(qū)飽和區(qū)反向阻斷區(qū)ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加2)IGBT的基本特性

(1)

IGBT的靜態(tài)特性圖1-23IGBT的轉移特性和輸出特性a)轉移特性b)輸出特性轉移特性——IC與UGE間的關系(開啟電壓UGE(th))輸出特性分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。4.1.4絕緣柵雙極晶體管ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM圖1-24IGBT的開關過程IGBT的開通過程

與MOSFET的相似開通延遲時間td(on)

電流上升時間tr

開通時間tonuCE的下降過程分為tfv1和tfv2兩段。

tfv1——IGBT中MOSFET單獨工作的電壓下降過程；

tfv2——MOSFET和PNP晶體管同時工作的電壓下降過程。(2)

IGBT的動態(tài)特性4.1.4絕緣柵雙極晶體管圖1-24IGBT的開關過程關斷延遲時間td(off）電流下降時間關斷時間toff電流下降時間又可分為tfi1和tfi2兩段。tfi1——IGBT器件內部的MOSFET的關斷過程，iC下降較快。tfi2——IGBT內部的PNP晶體管的關斷過程，iC下降較慢。IGBT的關斷過程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM4.1.4絕緣柵雙極晶體管3)IGBT的主要參數——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——由內部PNP晶體管的擊穿電壓確定。(1)

最大集射極間電壓UCES4.1.4絕緣柵雙極晶體管IGBT的特性和參數特點可以總結如下：開關速度高，開關損耗小。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。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一步提高，同時保持開關頻率高的特點。4.1.4絕緣柵雙極晶體管擎住效應或自鎖效應：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）動態(tài)擎住效應比靜態(tài)擎住效應所允許的集電極電流小。擎住效應曾限制IGBT電流容量提高，20世紀90年代中后期開始逐漸解決?！狽PN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)的橫向空穴電流會在該電阻上產生壓降，相當于對J3結施加正偏壓，一旦J3開通，柵極就會失去對集電極電流的控制作用，電流失控。4.1.4絕緣柵雙極晶體管四、IGBT的柵極驅動電路1．IGBT對驅動電路的要求

1）提供適當的正反向輸出電壓，使IGBT能可靠地開通和關斷。

2）IGBT的開關時間應綜合考慮。

3）IGBT開通后，驅動電路應提供足夠的電壓、電流幅值，使IGBT在正常工作及過載情況下不致退出飽和而損壞。4.1.4絕緣柵雙極晶體管4）IGBT驅動電路中的電阻RG對工作性能有較大的影響。RG的選擇原則是應在開關損耗不太大的情況下，選略大的RG

。RG的具體數值還與驅動電路的結構及IGBT的容量有關，一般在幾歐～幾十歐，小容量的IGBT其RG值較大。

5）驅動電路應具有較強的抗干擾能力及對IGBT的保護功能。4.1.4絕緣柵雙極晶體管4.1.4絕緣柵雙極晶體管IGBT在使用中除了采取靜電防護措施外，還必須注意以下事項：1）IGBT的控制、驅動及保護電路等應與其高速開關特性相匹配。2）當G－E端在開路的情況下，不要給G－E端加電壓。3）在未采取適當的防靜電措施情況下，G－E端不能開路。4.1.4絕緣柵雙極晶體管

輸入控制信號通過光耦合器B引入驅動電路，然后經MOS管VM放大后由推挽式電路V1和V2向IGBT提供柵極正、反向驅動電流。2．驅動電路實例4.1.4絕緣柵雙極晶體管EXB841結構可分為三個部分：放大、過電流保護和5V基準電源。4.1.4絕緣柵雙極晶體管4.1.4絕緣柵雙極晶體管EXB841驅動模塊的工作原理如下：（１）開通過程

（２）關斷過程（３）保護動作4.1.4絕緣柵雙極晶體管4.1.4絕緣柵雙極晶體管五、IGBT容量的選擇１．電壓額定值交流輸入電壓與IGBT額定電壓的關系：4.1.4絕緣柵雙極晶體管2．電流額定值4.1.4絕緣柵雙極晶體管六、IGBT與MOSFET和GTR的比較4.1.4絕緣柵雙極晶體管4.1.4絕緣柵雙極晶體管4.1.5電力電子器件的緩沖電路一、緩沖電路的作用

電力電子器件大多工作在開關狀態(tài)。在開關過程中，電流在芯片中的不均勻分布會導致器件局部過流過熱，特別在開關轉換的瞬間，電路中各種儲能元件能量的釋放使器件受到很大的沖擊，容易使器件損壞。由于器件工作在高頻開關狀態(tài)，開關損耗是影響電力電子器件正常運行的重要因素之一。

緩沖電路實質上是一種開關輔助電路，利用它來減小器件在開關過程中產生的過電壓、過電流、過熱、du／dt和di／dt，以確保器件安全可靠運行。4.1.5電力電子器件的緩沖電路二、緩沖電路的基本類型與結構

緩沖電路之所以能減小開關損耗，關鍵在于將開關損耗由器件本身轉移至緩沖電路。根據被轉移能量的去向可將緩沖電路分為耗能式和饋能式緩沖電路。4.1.5電力電子器件的緩沖電路一個完整的緩沖電路應含有開通緩沖和關斷緩沖兩部分，其基本設計思路是：在器件開通時使電流緩升；關斷時使電壓緩升，這樣就能避免管子同時承受高電壓與大電流，減小開關過程中的功率損耗。1．開通緩沖電路4.1.5電力電子器件的緩沖電路2．關斷緩沖電路

關斷緩沖電路是將電容并接于器件兩端，利用電容上電壓不能突變的原理來減小器件的du／dt和抑制尖峰電壓。4.1.5電力電子器件的緩沖電路3．復合緩沖電路

實際應用中，總是將關斷緩沖電路與開通緩沖電路結合在一起，稱為復合緩沖電路。4.1.5電力電子器件的緩沖電路三、緩沖電路的應用

IGBT的緩沖電路功能更側重于開關過程中過電壓的吸收與抑制，這是由于IGBT的工作頻率高達20～50kHz，因此很小的電路電感就可能引起很大的Ldi／dt，從而產生過電壓危及IGBT的安全。4.1.5電力電子器件的緩沖電路

GTO的緩沖電路除用來抑制換相過電壓、限制du／dt、動態(tài)均壓之外，還關系到GTO的可靠開通和關斷。4.1.5電力電子器件的緩沖電路

該電路的特點是：①三只電容之間連線短，所以寄生電感?。虎谌浑娙荻紖⑴c工作，利用率高；③電路損耗較小，約為RCD電路損耗的40％。

值得注意的是：若緩沖電路中的二極管選擇不當，在二極管反向恢復期會產生很高的尖峰電壓，故必須選擇快恢復二極管。4.1.5電力電子器件的緩沖電路4.2其他新型電力電子器件4.2.1MOS控制晶閘管MCT4.2.2靜電感應晶體管SIT4.2.3靜電感應晶閘管SITH4.2.4集成門極換流晶閘管IGCT4.2.5功率模塊與功率集成電路4.2.1

MOS控制晶閘管MCTMCT結合了二者的優(yōu)點：承受極高di/dt和du/dt，快速的開關過程，開關損耗小。高電壓，大電流、高載流密度，低導通壓