電力電子技術(shù)基礎(chǔ)-第2章 電力電子器件

電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電力電子技術(shù)課程講座主要內(nèi)容1

緒論1

電力電子器件2

直流斬波器345

逆變器

整流器6

交交變換器

7

軟開關(guān)

電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電力電子技術(shù)課程講座2

電力電子器件1.電力電子器件概述

2.電力二極管3.半控型電力電子器件4.全控型電力電子器件5.寬禁帶半導(dǎo)體電力電子器件6.電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電力電子技術(shù)課程講座2.1

電力電子器件概述1.電力電子器件的基本構(gòu)成2.電力電子器件的主要特征3.電力電子器件的分類51、電力電子器件的基本構(gòu)成2.1

電力電子器件概述

跟其他半導(dǎo)體器件一樣，電力電子器件也是由不同導(dǎo)電類型(P型或N型)半導(dǎo)體薄層或微區(qū)，以及金屬薄層和介質(zhì)薄層，用特種工藝組合而成的。不同的組合方式形成了半導(dǎo)體器件的不同結(jié)構(gòu)，主要有三種：N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體接觸因載流子擴(kuò)散形成PN結(jié)；金屬與N型半導(dǎo)體接觸因載流子擴(kuò)散形成電子勢(shì)壘，簡(jiǎn)稱MES；半導(dǎo)體硅表面經(jīng)氧化處理后再與金屬接觸形成了金屬-氧化物-半導(dǎo)體三層系統(tǒng)，稱為MOS。61、電力電子器件的基本構(gòu)成2.1

電力電子器件概述

1)PN結(jié)：是P型和N型半導(dǎo)體薄層或微區(qū)在原子尺度上的緊密結(jié)合體。PN結(jié)的基本特征是單向?qū)щ娦?。P型:以帶正電的空穴作為主要載流子;N型:以電子為主要載流子.

當(dāng)P端比N端電位高時(shí)電阻極低，PN結(jié)導(dǎo)通；反之電阻極高，PN結(jié)阻斷。71、電力電子器件的基本構(gòu)成2.1

電力電子器件概述

2)金屬半導(dǎo)體肖特基勢(shì)壘接觸(MES)：有選擇的金屬薄層與半導(dǎo)體表面的緊密接觸，形成具有類似于PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。金屬與半導(dǎo)體接觸時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩種情況：金屬與N型半導(dǎo)體接觸，半導(dǎo)體中的載流子擴(kuò)散進(jìn)入金屬，在半導(dǎo)體中形成內(nèi)建電場(chǎng)，稱為肖特基勢(shì)壘。金屬與半導(dǎo)體接觸僅僅是為了引出電極（或?qū)Ь€），不希望在金屬與半導(dǎo)體接觸面出現(xiàn)電子勢(shì)壘。81、電力電子器件的基本構(gòu)成2.1

電力電子器件概述

3)金屬-氧化物-半導(dǎo)體三層系統(tǒng)(MOS)，是半導(dǎo)體硅表面經(jīng)氧化處理后再淀積一層金屬薄膜構(gòu)成的三層系統(tǒng)。

MOS結(jié)構(gòu)的基本特征：可以通過金屬膜電位的變化，改變氧化層下半導(dǎo)體表層的導(dǎo)電極性和電導(dǎo)率。92、電力電子器件的主要特征2.1

電力電子器件概述

由于電力電子器件直接用于處理電能的主電路，因而同處理信息的電子器件相比，它一般具有如下特征：器件能承受電壓和電流的能力是其最重要的參數(shù)；為了減小器件自身損耗，一般工作在開關(guān)狀態(tài)；在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制；盡管工作在開關(guān)狀態(tài)，但電力電子器件自身的功率損耗仍遠(yuǎn)大于信息電子器件，使用時(shí)注意安裝散熱片。103、電力電子器件的分類2.1

電力電子器件概述

1）按照電力電子器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度，可以將電力電子器件分為三類:不控型器件：不能用控制信號(hào)控制其導(dǎo)通和關(guān)斷的電力電子器件，這類器件是指電力二極管。半控型器件：能用控制信號(hào)控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷的電力電子器件，這類器件主要是指晶閘管(Thyristor)及其派生器件。全控型器件：能用控制信號(hào)控制其導(dǎo)通和關(guān)斷的電力電子器件，又稱為自關(guān)斷器件。這類器件品種很多，目前最常用的是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。113、電力電子器件的分類2.1

電力電子器件概述

2）按照控制信號(hào)的性質(zhì)分：電流驅(qū)動(dòng)型：SCR、GTO、GTR；脈沖觸發(fā)型電平控制型電壓驅(qū)動(dòng)型：MOSFET、IGBT。

3）按照控制信號(hào)的信號(hào)波形分：?jiǎn)螛O型器件雙極型器件

4）按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分：復(fù)合型器件電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電力電子技術(shù)課程講座2.2

電力二極管1.電力二極管的結(jié)構(gòu)2.電力二極管的工作原理3.電力二極管的伏安特性4.電力二極管的主要參數(shù)5.電力二極管的主要類型131、電力二極管的結(jié)構(gòu)2.2

電力二極管

電力二極管是由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線及封裝構(gòu)成，如圖所示(陽極A，陰極K)。電力二極管無論功能還是結(jié)構(gòu)，都是最簡(jiǎn)單的電力電子器件；電力二極管與模擬電子技術(shù)課所講的二極管是一樣的，都是以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)；PN結(jié)的形成：N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體接觸因載流子擴(kuò)散形成PN結(jié)。14PN結(jié)的形成原理2.2

電力二極管

由于N區(qū)和P區(qū)交界處電子和空穴的濃度存在差別，造成各區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ絽^(qū)域移動(dòng)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：是由濃度差引起的,因?yàn)槲镔|(zhì)總是從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動(dòng);漂移運(yùn)動(dòng)：是由內(nèi)電場(chǎng)的電場(chǎng)力作用引起的；擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)既相互聯(lián)系又是一對(duì)矛盾，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，使正、負(fù)空間電荷量達(dá)到穩(wěn)定值，形成空間電荷區(qū)。152、電力二極管的工作原理2.2

電力二極管

電力二極管的基本工作原理就在于PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。?dāng)二極管接正向電壓，即陽極接電源正極，陰極經(jīng)負(fù)載接電源負(fù)極，這稱為二極管正偏。二極管導(dǎo)通時(shí)，正向電阻很小，正向電流受外電阻R限制，二極管的正向電壓降一般小于1V。由正向電壓產(chǎn)生的外電場(chǎng)使PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)削弱,空間電荷區(qū)變窄，大量的載流子越過PN結(jié)界面，形成正向電流,即二極管導(dǎo)通。162、電力二極管的工作原理2.2

電力二極管

電力二極管的基本工作原理就在于PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。由反向電壓產(chǎn)生的外電場(chǎng)與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)同向，空間電荷區(qū)變寬，載流子難以越過PN結(jié)形成電流，這時(shí)稱二極管處于截止(關(guān)斷)狀態(tài)。當(dāng)二極管接反向電壓時(shí)，即陽極接電源負(fù)極，陰極經(jīng)負(fù)載接電源的正極，這時(shí)稱二極管反偏。在二極管截止時(shí),反向等效電阻很大,僅有少數(shù)載流子在外電場(chǎng)作用下漂移形成漏電流。173、電力二極管與信息二極管的區(qū)別2.2

電力二極管①電力二極管的通流能力大電力二極管是垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，垂直于硅片表面方向?qū)щ?；信息二極管是平行導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，是平行與硅片表面方向?qū)щ?。在P區(qū)和N區(qū)之間多了一層低摻雜N區(qū)(用N-

表示漂移區(qū)),提高了承受高電壓的能力。當(dāng)正向電流較小時(shí)，低摻雜N區(qū)阻值較高，且為常量；②電力二極管的承受電壓高③電力二極管具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)當(dāng)正向電流較大時(shí)，由P區(qū)注入摻雜N區(qū)的空穴濃度增大，使得電阻明顯下降，電導(dǎo)增大，這就是電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。184、電力二極管的伏安特性2.2

電力二極管伏安特性又稱為二極管的靜態(tài)特性，如圖。當(dāng)在二極管上施加正向電壓大于UTO(0.2~0.5V)時(shí),二極管導(dǎo)通，其正向電流IF取決于外電阻R；當(dāng)二極管承受反向電壓時(shí)，二極管僅有很小的反向漏電流(也稱反向飽和電流)；當(dāng)反向電壓超過二極管能承受的最高反向電壓UB(擊穿電壓)時(shí)，將發(fā)生“雪崩現(xiàn)象”，二極管被擊穿而失去反向阻斷能力；過大的正向或反向電流都將使二極管發(fā)熱嚴(yán)重而損壞，俗稱燒壞。195、電力二極管的主要參數(shù)2.2

電力二極管電力二極管的主要參數(shù)有額定電壓、額定電流、結(jié)溫、管壓降等。能夠反復(fù)施加在二極管上，二極管不會(huì)被擊穿的最高反向重復(fù)峰值電壓URRM。在使用時(shí)，額定電壓一般取二極管在電路中可能承受的最高反向電壓，并增加一定的安全裕量，如下式：式中（2~3）——電壓安全裕量；UDM——二極管承受的最大峰值電壓。1）額定電壓205、電力二極管的主要參數(shù)2.2

電力二極管電力二極管的主要參數(shù)有額定電壓、額定電流、結(jié)溫、管壓降等。指電力二極管長(zhǎng)期工作時(shí)，在指定管殼溫度和規(guī)定散熱條件下，PN結(jié)溫度不超過最高允許結(jié)溫流過的最大工頻正弦半波電流平均值。電力二極管額定電流是按照電流發(fā)熱效應(yīng)來定義的，因?yàn)榘l(fā)熱取決于電流有效值，所以，在選擇時(shí)要依據(jù)“有效值相等”原則，并考慮一定安全裕量，如下式：式中（1.5~2）——電流安全裕量；ID——負(fù)載電流最大有效值；1.57為波形系數(shù)2）額定電流（正向通態(tài)平均電流ID(AV)）215、電力二極管的主要參數(shù)2.2

電力二極管電力二極管的主要參數(shù)有額定電壓、額定電流、結(jié)溫、管壓降等。結(jié)溫是二極管工作時(shí)內(nèi)部PN結(jié)的溫度，即管芯溫度。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,通常在125~175℃之間。結(jié)溫和管殼溫度與器件功耗、管子散熱條件和環(huán)境溫度等因素有關(guān)。3）結(jié)溫4）正向壓降UF在指定溫度下，二極管流過某一指定穩(wěn)態(tài)正向電流對(duì)應(yīng)的正向壓降。電力二極管正向壓降一般在1V左右。226、電力二極管的主要類型2.2

電力二極管電力二極管的主要類型有普通整流型、快恢復(fù)型、肖特基型。為PN結(jié)型結(jié)構(gòu)，用于1kHz以下整流電路，反向恢復(fù)時(shí)間在5μs以上。工藝上采用摻金措施，仍為PN結(jié)型結(jié)構(gòu)，反向恢復(fù)時(shí)間在5μs以下。1）普通整流二極管3）肖特基二極管以金屬與半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)，為MES結(jié)構(gòu)，正向壓降低。肖特基二極管反向恢復(fù)時(shí)間很短(10-40ns)，應(yīng)用于高頻電路中。2）快恢復(fù)二極管電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電力電子技術(shù)課程講座2.3

半控型電力電子器件-晶閘管1.晶閘管的結(jié)構(gòu)2.晶閘管的工作原理3.晶閘管的伏安特性4.晶閘管的主要參數(shù)5.晶閘管的派生器件242.3半控型電力電子器件-晶閘管晶閘管（Thyristor），又稱晶體閘流管、可控硅整流器（SiliconControlledRectifier-SCR）1956年在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生；1957年美國(guó)通用電氣公司研發(fā)出第一個(gè)晶閘管；晶閘管作為可控開關(guān)器件，承受的電壓和電流容量高，廣泛應(yīng)用于特高壓交直流輸電、調(diào)光、調(diào)溫等大容量領(lǐng)域。1958年使其商業(yè)化，并為該產(chǎn)品起了一個(gè)商品名SCR；由此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，開始被全控器件取代。思考：晶閘管的出現(xiàn)帶來了電氣工程領(lǐng)域的哪些變化？

對(duì)人類生活社會(huì)產(chǎn)生了哪些影響？251、晶閘管的結(jié)構(gòu)2.3半控型電力電子器件-晶閘管晶閘管為“三端四層”結(jié)構(gòu)?！叭恕敝竿獠坑腥齻€(gè)極：陽極A，陰極K，門極G；“四層”指內(nèi)部有“四層三個(gè)PN結(jié)”,即四層半導(dǎo)體P1、N1、P2、N2形成三個(gè)PN結(jié)。不論陽極和陰極間施加什么樣的電壓，總有PN結(jié)被反向偏置，SCR不會(huì)導(dǎo)通。因此，晶閘管具有正向和反向阻斷能力。那么晶閘管的導(dǎo)通關(guān)斷條件是什么？262、晶閘管的開通與關(guān)斷條件2.3半控型電力電子器件-晶閘管可以通過簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來觀察，實(shí)驗(yàn)電路如圖，包括兩個(gè)直流電源Ea、Eg，指示燈L，開關(guān)K，和晶閘管VT。電路1：陽極與陰極之間經(jīng)指示燈與負(fù)電源相連，門極不接電源，指示燈不亮；電路2：陽極與陰極之間經(jīng)指示燈與正電源相連，門極不接電源，指示燈不亮。由電路1和電路2知，無論晶閘管陽極和陰極間施加什么電壓，若門極無電壓，則晶閘管不會(huì)導(dǎo)通。272、晶閘管的開通與關(guān)斷條件2.3半控型電力電子器件-晶閘管可以通過簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來觀察，實(shí)驗(yàn)電路如圖，包括兩個(gè)直流電源Ea、Eg，指示燈L，開關(guān)K，晶閘管VT。電路3：陽極與陰極之間經(jīng)指示燈與負(fù)電源相連，門極接負(fù)電源，指示燈不亮；電路4：陽極與陰極之間經(jīng)指示燈與負(fù)電源相連，門極接正電源，指示燈不亮。由電路3和電路4知，當(dāng)晶閘管陽極和陰極之間施加負(fù)電壓時(shí)，無論門極施加什么樣的電壓，晶閘管不會(huì)導(dǎo)通。282、晶閘管的開通與關(guān)斷條件2.3半控型電力電子器件-晶閘管電路5：陽極與陰極之間經(jīng)指示燈與正電源相連，門極接負(fù)電源，指示燈不亮；電路6：陽極與陰極之間經(jīng)指示燈與正電源相連，門極接正電源，指示燈點(diǎn)亮；電路5、6、7實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，在晶閘管陽極和陰極之間施加正電壓，門極也施加正電壓時(shí)，晶閘管就開通，這就是晶閘管的導(dǎo)通條件。而且晶閘管一旦開通，門極便失去控制作用。電路7：把電路6中的門極開關(guān)K斷開，即門極電源去掉或接負(fù)電源，指示燈仍然點(diǎn)亮；那么晶閘管怎么能關(guān)斷呢？292、晶閘管的開通與關(guān)斷條件2.3半控型電力電子器件-晶閘管可以通過簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來觀察，實(shí)驗(yàn)電路如圖，包括兩個(gè)直流電源Ea、Eg，指示燈L，開關(guān)K，晶閘管VT，滑動(dòng)變阻器R。電路8、9：是在電路6中串接滑動(dòng)變阻器R。當(dāng)R較小時(shí)，指示燈亮；當(dāng)R增大時(shí)，指示燈逐漸變暗并熄滅；即使R又減小一點(diǎn)，燈也不會(huì)亮。電路8、9實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，隨著電阻R增大，流過晶閘管和指示燈的電流減小，當(dāng)電流小到一定程度時(shí)，晶閘管就會(huì)關(guān)斷。晶閘管關(guān)斷條件是：陽極電流減小到一定程度。302、晶閘管的開通與關(guān)斷條件2.3半控型電力電子器件-晶閘管結(jié)論一、晶閘管的導(dǎo)通條件陽極與陰極之間加上正向電壓；使流過晶閘管的陽極電流小于晶閘管規(guī)定的維持電流。門極與陰極之間加上適當(dāng)?shù)恼螂妷?。關(guān)斷實(shí)現(xiàn)的方式：a.減小陽極電壓或電流；b.增大負(fù)載電阻；c.加反向陽極電壓。結(jié)論二、晶閘管的關(guān)斷條件31晶閘管的可控單向?qū)щ娦?.3半控型電力電子器件-晶閘管從上面分析可以看出，晶閘管與上節(jié)課講的二極管相比，不僅具有單向?qū)щ娦?，還有可控性?？煽匦裕寒?dāng)晶閘管加上正向陽極電壓后，門極再加上適當(dāng)?shù)恼螂妷?，晶閘管才能由截止變?yōu)閷?dǎo)通。單向?qū)щ娦裕簩?dǎo)通的晶閘管，不管門極有沒有電壓，陽極一旦加上反向電壓，晶閘管就由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。半控性：晶閘管一旦開通，門極便失去控制作用。晶閘管為什么會(huì)有上述的開通條件呢？323、晶閘管的導(dǎo)通機(jī)理2.3半控型電力電子器件-晶閘管如在器件上取一傾斜的截面，則晶閘管可以等效看成兩個(gè)互補(bǔ)的晶體管V1(P1N1P2)和V2(N1P2N2)組成，稱為晶閘管雙晶體管模型。利用雙晶體模型可以分析晶閘管的導(dǎo)通機(jī)理。形成強(qiáng)烈的正反饋，在極短時(shí)間內(nèi)使兩個(gè)三極管飽和導(dǎo)通，此過程稱為觸發(fā)導(dǎo)通。晶閘管導(dǎo)通后，去掉門極電壓EG，依靠?jī)?nèi)部正反饋，仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。334、晶閘管的伏安特性2.3半控型電力電子器件-晶閘管伏安特性又稱為晶閘管的靜態(tài)特性，如圖。當(dāng)IG=0時(shí)，晶閘管正向電壓UA至正向轉(zhuǎn)折電壓UB0段，即圖中OA段；當(dāng)IG≠0時(shí)，隨著IG增大，正向轉(zhuǎn)折電壓減小，如圖中的IG1、IG2；當(dāng)IA<IH時(shí)，管子又從導(dǎo)通返回正向阻斷；晶閘管加反向陽極電壓時(shí)，只能流過很小的反向漏電流，即OD段。這種使晶閘管經(jīng)虛線到導(dǎo)通狀態(tài)BC段上的工作，稱為觸發(fā)導(dǎo)通，屬于正常觸發(fā)導(dǎo)通。當(dāng)反向電壓超過晶閘管承受的最高反向電壓時(shí)，將發(fā)生“雪崩擊穿”。345、晶閘管的主要參數(shù)2.3半控型電力電子器件-晶閘管晶閘管最主要的參數(shù)仍然是額定電壓和額定電流。能夠反復(fù)施加在晶閘管上，晶閘管不會(huì)被擊穿的最高正向和反向重復(fù)峰值電壓的較小值。在使用中額定電壓一般取晶閘管在電路中可能承受的最大峰值電壓UTm，并增加一定的安全裕量，如下式：式中（2~3）——電壓安全裕量；

UTm——晶閘管承受的最大峰值電壓。1）額定電壓355、晶閘管的主要參數(shù)2.3半控型電力電子器件-晶閘管指晶閘管長(zhǎng)期工作時(shí)，在室溫40℃和規(guī)定冷卻條件下，PN結(jié)溫度不超過最高允許結(jié)溫流過的最大工頻正弦半波電流平均值。晶閘管額定電流是按照電流發(fā)熱效應(yīng)來定義的，因?yàn)榘l(fā)熱取決于電流有效值，所以，在選擇時(shí)要依據(jù)“有效值相等”原則，并考慮一定安全裕量，如下式：式中（1.5~2）——電流安全裕量；ITm——流過管子最大電流有效值；1.57為波形系數(shù)2）額定電流（通態(tài)平均電流IT(AV)）晶閘管的參數(shù)還有門極觸發(fā)電流、觸發(fā)電壓、管壓降、維持電流等，祥見書。366、晶閘管派生器件2.3半控型電力電子器件-晶閘管1964年，雙向晶閘管在GE公司開發(fā)成功，應(yīng)用于調(diào)光和馬達(dá)控制。1965年，小功率光觸發(fā)晶閘管出現(xiàn)，為其后的光耦合器打下了基礎(chǔ)。60年代后期，大功率快速晶閘管問世，成為逆變電路的基本元件。1974年，逆導(dǎo)晶閘管和非對(duì)稱晶閘管研制完成。

1957年晶閘管誕生后，其結(jié)構(gòu)和工藝不斷改進(jìn)，為新器件的出現(xiàn)提供了條件。有常規(guī)快速晶閘管和頻率更高的高頻晶閘管，分別應(yīng)用于400Hz和10kHz以上的斬波或逆變電路中。從關(guān)斷時(shí)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10μs左右。1）快速晶閘管376、晶閘管派生器件2.3半控型電力電子器件-晶閘管3）逆導(dǎo)晶閘管是將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。不能承受反向電壓，一旦承受反向電壓即開通。2）雙向晶閘管可以認(rèn)為是一對(duì)反并聯(lián)聯(lián)結(jié)的普通晶閘管集成。它有兩個(gè)主電極T1和T2，一個(gè)門極G。門極使器件在主電極的正反兩個(gè)方向均可觸發(fā)導(dǎo)通，雙向晶閘管在第Ⅰ和第Ⅲ象限有對(duì)稱的伏安特性。電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電力電子技術(shù)課程講座2.4

全控型電力電子器件1.門極可關(guān)斷晶閘管GTO2.電力晶體管GTR3.電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET4.絕緣柵雙極晶體管IGBT5.其他全控型器件和模塊電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電力電子技術(shù)課程講座2.4

全控型電力電子器件全控型器件——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，全控型電力電子器件將電力電子技術(shù)帶入了一個(gè)嶄新時(shí)代。全控型電力電子器件典型代表——門極可關(guān)斷晶閘管GTO、電力晶體管GTR、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET、絕緣柵雙極晶體管IGBT。電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電力電子技術(shù)課程講座2.4.1

全控型電力電子器件-GTO1.GTO的結(jié)構(gòu)2.GTO的工作原理3.GTO的動(dòng)態(tài)特性4.GTO的主要參數(shù)412.4.1全控型電力電子器件-GTO門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-OffThyristor），簡(jiǎn)稱GTO是一種具有自關(guān)斷能力和晶閘管特性的電力電子器件。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。421、GTO的結(jié)構(gòu)2.4.1全控型電力電子器件-GTOGTO具有普通晶閘管的特性，它的結(jié)構(gòu)既類似于晶閘管，又有不同。與晶閘管的相同點(diǎn)：都是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽極、陰極和門極；與晶閘管的不同點(diǎn)：GTO是一種多元的功率集成器件。內(nèi)部包含幾十甚至上百個(gè)小GTO元，這些GTO元的陰極和門極在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起。432、GTO的工作原理2.4.1全控型電力電子器件-GTO與普通晶閘管一樣，可以用下圖所示的雙晶體管模型來分析其原理。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α1和α2；α1+α2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。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。當(dāng)陽極加正向電壓、門極同時(shí)也加正向觸發(fā)信號(hào)時(shí)，在等效PNP的V1和NPN的V2內(nèi)形成正反饋效應(yīng)，瞬間使V1和V2飽和導(dǎo)通，即GTO導(dǎo)通。442、GTO的工作原理2.4.1全控型電力電子器件-GTO能夠通過門極實(shí)現(xiàn)自關(guān)斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別：設(shè)計(jì)α2較大，使晶體管V2控制靈敏，易于GTO關(guān)斷；導(dǎo)通時(shí)α1+α2更接近1，導(dǎo)通時(shí)接近臨界飽和，有利于門極控制關(guān)斷。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。452、GTO的工作原理2.4.1全控型電力電子器件-GTO最后導(dǎo)致α1+α2<1，使GTO退出飽和而關(guān)斷。在門極加負(fù)脈沖，使門極電流IG反向，則Ib2減小，使Ik和Ic2減小，Ic2減小又使IA和Ic1減小，又進(jìn)一步減小Ib2，形成了負(fù)的正反饋效應(yīng)。GTO關(guān)斷過程中也有強(qiáng)烈正反饋，使器件退出飽和而關(guān)斷。462、GTO的工作原理2.4.1全控型電力電子器件-GTO由上述分析我們可以得到以下結(jié)論：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)。473、GTO的動(dòng)態(tài)特性2.4.1全控型電力電子器件-GTOGTO為實(shí)現(xiàn)低通態(tài)損耗優(yōu)化設(shè)計(jì)的。很多應(yīng)用下，典型的開關(guān)頻率范圍都在200至500Hz。就GTO本身特性而言，是一個(gè)相對(duì)緩慢的開關(guān)。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。通常tf比ts小得多，而tt比ts要長(zhǎng)。門極負(fù)脈沖電流幅值越大，ts越短。如果在tt階段仍能保持負(fù)脈沖，可縮短尾部時(shí)間。儲(chǔ)存時(shí)間ts:使等效晶體管退出飽和；下降時(shí)間tf:使飽和區(qū)退至放大區(qū)；尾部時(shí)間tt:殘存載流子復(fù)合時(shí)間。484、GTO的主要參數(shù)2.4.1全控型電力電子器件-GTO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)。開通時(shí)間ton

關(guān)斷時(shí)間toff——

延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和。延遲時(shí)間一般約1~2

s，上升時(shí)間則隨通態(tài)陽極電流的增大而增大?！?/p>

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2

s。494、GTO的主要參數(shù)2.4.1全控型電力電子器件-GTO最大可關(guān)斷陽極電流IATO電流關(guān)斷增益

off——GTO的額定電流。

——最大可關(guān)斷陽極電流IATO與門極負(fù)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(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

。電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電力電子技術(shù)課程講座2.4.2

全控型電力電子器件-GTR1.GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理2.GTR的基本特性512.4.2全控型電力電子器件-GTR電力晶體管GTR（GiantTransistor,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），英文有時(shí)候也稱為PowerBJT。GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理都與信息處理用的小功率晶體管類似；有三層硅半導(dǎo)體、兩個(gè)PN結(jié)、三端引出極(基極B、發(fā)射基E和集電極C)；有PNP和NPN兩種結(jié)構(gòu)，但GTR大多用NPN結(jié)構(gòu)。1、GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理522.4.2全控型電力電子器件-GTRGTR與信息三極管也有不同之處：GTR多一層N-漂移區(qū)，提高了耐壓能力，并有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)；1、GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理基極和發(fā)射極在一個(gè)平面，能減小電流集中,提高開關(guān)速度和通流能力；GTR導(dǎo)通時(shí)，處于臨界飽和狀態(tài)，加快了關(guān)斷速度；單管GTR的電流放大倍數(shù)β比信息三極管小得多，為提高電流放大倍數(shù)β，GTR一般采用達(dá)林頓共發(fā)射極接法組成單元結(jié)構(gòu)；而且采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成，有效增大了電流增益和通流能力。532、GTR的基本特性2.4.2全控型電力電子器件-GTRGTR的基本特性包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，GTR與一般晶體管有類似的輸出特性，動(dòng)態(tài)特性是指開關(guān)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)。1)靜態(tài)特性542、GTR的基本特性2.4.2全控型電力電子器件-GTRGTR的基本特性包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，GTR與一般晶體管有類似的輸出特性，動(dòng)態(tài)特性是指開關(guān)特性。開通過程：延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr二者之和為開通時(shí)間ton。加快開通過程的辦法（增大ib的幅值及dib/dt）。關(guān)斷過程：儲(chǔ)存時(shí)間ts和下降時(shí)間tf之和為關(guān)斷時(shí)間toff。加快關(guān)斷速度的辦法（減小導(dǎo)通飽和深度或增大負(fù)偏壓）。2)動(dòng)態(tài)特性GTR的開關(guān)時(shí)間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多。電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電力電子技術(shù)課程講座2.4.3

全控型電力電子器件-MOSFET1.電力MOSFET的種類2.電力MOSFET的結(jié)構(gòu)3.電力MOSFET的工作原理4.

電力MOSFET的基本特性5.電力MOSFET的主要參數(shù)56電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET2.4.3全控型電力電子器件-MOSFET用柵極電壓來控制漏極電流；分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管，結(jié)型電力場(chǎng)效應(yīng)管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管（SIT），電力電子電路中常用的是絕緣柵金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（簡(jiǎn)稱電力MOSFET）。特點(diǎn)如下：驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率??；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，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。571、電力MOSFET的種類2.4.3全控型電力電子器件-MOSFET按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道，還可以分為耗盡型和增強(qiáng)型。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（或小于）零時(shí)，才存在導(dǎo)電溝道。電力MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型。582、電力MOSFET的結(jié)構(gòu)2.4.3全控型電力電子器件-MOSFET是單極型晶體管，依靠多數(shù)載流子(N區(qū)電子)導(dǎo)電。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)。電力場(chǎng)效應(yīng)管與信息場(chǎng)效應(yīng)管有以下不同:電力MOSFET是多元集成結(jié)構(gòu)，能提高開、關(guān)速度;電力MOSFET是垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散器件，能增大導(dǎo)電面積，提高通流能力。電力場(chǎng)效應(yīng)管有N-漂移區(qū)，提高了耐壓的能力，而且沒有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。593、電力MOSFET的工作原理2.4.3全控型電力電子器件-MOSFET截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS。使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。當(dāng)UGS大于UT時(shí)，P型半導(dǎo)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(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電。604、電力MOSFET的基本特性2.4.3全控型電力電子器件-MOSFETMOSFET的基本特性包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，靜態(tài)特性有轉(zhuǎn)移特性和輸出特性，動(dòng)態(tài)特性是指開關(guān)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。MOSFET是電壓控制性器件，其輸入阻抗極高，輸入電流極小。1)靜態(tài)特性614、電力MOSFET的基本特性2.4.3全控型電力電子器件-MOSFET漏極電流ID和漏源間電壓UDS的關(guān)系稱為MOSFET的輸出特性；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。1)靜態(tài)特性截止區(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)）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。624、電力MOSFET的基本特性2.4.3全控型電力電子器件-MOSFET開通過程關(guān)斷過程2)動(dòng)態(tài)特性開通延遲時(shí)間td(on)

上升時(shí)間tr開通時(shí)間ton=td(on)+tr開通時(shí)間為幾十納秒關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)下降時(shí)間tf關(guān)斷時(shí)間toff=td(off)+tf關(guān)斷時(shí)間也為幾十納秒632.4.3全控型電力電子器件-MOSFETMOSFET的開關(guān)時(shí)間在10-100ns之間，工作頻率可達(dá)100kHz以上，是全控型器件中開通、關(guān)斷時(shí)間最短的器件。其開關(guān)速度對(duì)于場(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；4、電力MOSFET的基本特性可通過降低驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)阻Rs減小充電時(shí)間常數(shù)，加快開通速度；由于不存在少子儲(chǔ)存效應(yīng)，關(guān)斷過程非常迅速；與輸入電容（Cin）充放電有很大關(guān)系；開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動(dòng)功率越大。645、電力MOSFET的主要參數(shù)2.4.3全控型電力電子器件-MOSFET漏極電壓UDS漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM除跨導(dǎo)Gfs、開啟電壓UT以及開關(guān)時(shí)間參數(shù)（td(on)、tr、td(off)和tf）外，還有：——電力MOSFET電壓定額——電力MOSFET電流定額柵源電壓UGS極間電容——

UGS

>20V將導(dǎo)致絕緣層擊穿——極間電容CGS、CGD和CDS電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電力電子技術(shù)課程講座2.4.4

全控型電力電子器件-IGBT1.IGBT的結(jié)構(gòu)2.IGBT的工作原理3.IGBT的基本特性4.IGBT的主要參數(shù)662.4.4全控型電力電子器件-IGBT三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極EIGBT是多元集成結(jié)構(gòu)，比MOSFET多了一層P+注入?yún)^(qū)，耐壓高，通流能力強(qiáng)；IGBT開關(guān)速度低于MOSFET，但高于GTR；IGBT內(nèi)部寄生一個(gè)晶體管，當(dāng)某種原因J3受正偏電壓，寄生晶體管導(dǎo)通，使柵極失去控制作用，稱掣住效應(yīng)。1、IGBT的結(jié)構(gòu)672.4.4全控型電力電子器件-IGBT

IGBT驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相同，為場(chǎng)控器件，通斷由柵射電壓UGE決定。2、IGBT的原理導(dǎo)通：uGE大于開啟電壓UGE(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成導(dǎo)通溝道，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)使內(nèi)部等效電阻RN減小，通態(tài)壓降減??；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。683、IGBT的基本特性2.4.4全控型電力電子器件-IGBT

IGBT的特性分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類。靜態(tài)特性又分為轉(zhuǎn)移特性和輸出特性。集電極電流IC和柵射間電壓UGE的關(guān)系稱為IGBT的轉(zhuǎn)移特性；UGE>UGE(th)時(shí)，IGBT開通。IGBT是電壓控制性器件，其輸入阻抗高，輸入電流很小。1)靜態(tài)特性UGE<UGE(th)時(shí)，IGBT處于關(guān)斷狀態(tài)。693、IGBT的基本特性2.4.4全控型電力電子器件-IGBT以柵極電壓UGE為參考變量，集電極電流IC和集射間電壓UCE的關(guān)系稱為IGBT的輸出特性。UGE<UGE(th)時(shí)，IGBT處于阻斷區(qū)，僅有小的漏電流存在。1)靜態(tài)特性正向阻斷區(qū)，有源區(qū)，飽和區(qū)，反向阻斷區(qū)UGE>UGE(th)時(shí)，IGBT處于有源區(qū)，IC與UGE幾乎呈線性關(guān)系而與UCE無關(guān)；飽和區(qū)是指輸出特性有比較明顯彎曲的部分；當(dāng)UCE<0時(shí)，IGBT為反向阻斷狀態(tài)；IGBT工作在開關(guān)狀態(tài)，即在阻斷區(qū)和飽和區(qū)之間來回切換。703、IGBT的基本特性2.4.4全控型電力電子器件-IGBT開通過程UCE的下降過程分為tfv1和tfv2兩段2)動(dòng)態(tài)特性開通延遲時(shí)間td(on)

上升時(shí)間tr開通時(shí)間ton=td(on)+trtfv1——IGBT中MOSFET單獨(dú)工作的電壓下降過程；tfv2——MOSFET和PNP晶體管同時(shí)工作的電壓下降過程。713、IGBT的基本特性2.4.4全控型電力電子器件-IGBT關(guān)斷過程電流下降時(shí)間又可分為tfi1和tfi2兩段2)動(dòng)態(tài)特性關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)

下降時(shí)間tf關(guān)斷時(shí)間toff=td(off)+tftfi1——IGBT器件內(nèi)部MOSFET的關(guān)斷過程，iC下降較快;tfi2——IGBT內(nèi)部PNP晶體管的關(guān)斷過程，iC下降較慢。724、IGBT的主要參數(shù)2.4.4全控型電力電子器件-IGBT最大集射電壓UCES最大集電極電流——IGBT的最高工作電壓，由內(nèi)部PNP晶體管的擊穿電壓確定?！狪GBT的最大工作電流，包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP

開啟電壓UGE（th）最大集電極功耗PCM——是IGBT導(dǎo)通的最低柵射極電壓，一般UGE(th)=(2~6)V——正常工作溫度下允許的最大功耗732.4.4全控型電力電子器件-IGBT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;

IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)可以總結(jié)如下：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)。電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電力電子技術(shù)課程講座2.4.5

其他全控型器件和模塊1.靜電感應(yīng)晶體管SIT2.靜電感應(yīng)晶閘管SITH3.集成門極換流晶閘管IGCT4.集成功率模塊752.4.5其他新型全控器件和模塊是一種結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管；多子導(dǎo)電器件，工作頻率與電力MOSFET相當(dāng)，甚至更高，功率容量更大，因而適用于高頻大功率場(chǎng)合；缺點(diǎn)：柵極不加信號(hào)時(shí)導(dǎo)通，加負(fù)偏壓時(shí)關(guān)斷，稱為正常導(dǎo)通型器件，使用不太方便。1、靜電感應(yīng)晶體管SIT目前在通信雷達(dá)設(shè)備、超聲波功率放大、脈沖功率放大和高頻感應(yīng)加熱等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。762.4.5其他新型全控器件和模塊在結(jié)構(gòu)上比SIT增加一個(gè)PN結(jié)，在內(nèi)部形成了兩個(gè)三極管，類似于晶閘管的等效電路結(jié)構(gòu)；SITH是兩種載流子導(dǎo)電的雙極型器件，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通態(tài)壓降低、通流能力強(qiáng)；其很多特性與GTO類似，但開關(guān)速度比GTO高得多，是大容量的快速器件。2、靜電感應(yīng)晶閘管SITHSITH一般也是正常導(dǎo)通型（也可制成正常關(guān)斷型），一般關(guān)斷電壓需要幾十伏。772.4.5其他新型全控器件和模塊20世紀(jì)90年代后期出現(xiàn)，結(jié)合了IGBT與GTO的優(yōu)點(diǎn)，容量與GTO相當(dāng)，開關(guān)速度快10倍；可省去GTO復(fù)雜的緩沖電路，但驅(qū)動(dòng)功率仍然很大；目前正在與IGBT等器件激烈競(jìng)爭(zhēng)，試圖最終取代GTO在大功率場(chǎng)合的位置。3、集成門極換流晶閘管IGCTIGCT在大功率牽引驅(qū)動(dòng)、高壓直流輸電(HVCD)、靜止式無功補(bǔ)償(SVG)等裝置中將有應(yīng)用前途。782.4.5其他新型全控器件和模塊20世紀(jì)80年代中后期開始模塊化趨勢(shì)，將多個(gè)器件封裝在一個(gè)模塊中，稱為功率模塊；可縮小裝置體積，降低成本，提高可靠性；將器件與邏輯、控制、保護(hù)、傳感、檢測(cè)、自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上，稱為功率集成電路（PowerIntegratedCircuit——PIC）；4、集成功率模塊智能功率模塊（IntelligentPowerModule——IPM）則專指IGBT及其輔助器件與其保護(hù)和驅(qū)動(dòng)電路的單片集成，也稱智能IGBT（IntelligentIGBT）。對(duì)工作頻率高的電路，可大大減小線路電感，從而簡(jiǎn)化對(duì)保護(hù)和緩沖電路的要求；792.4.5其他新型全控器件和模塊功率集成電路的主要技術(shù)難點(diǎn)：高低壓電路之間的絕緣問題以及溫升和散熱的處理；以前功率集成電路的開發(fā)和研究主要在中小功率應(yīng)用場(chǎng)合；智能功率模塊在一定程度上回避了上述兩個(gè)難點(diǎn)，獲得了迅速發(fā)展；4、集成功率模塊功率集成電路實(shí)現(xiàn)了電能和信息的集成，成為機(jī)電一體化的理想接口。電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電力電子技術(shù)課程講座2.5

寬禁帶半導(dǎo)體電力電子器件1.硅材料器件2.寬禁帶半導(dǎo)體材料器件812.5寬禁帶半導(dǎo)體電力電子器件1、硅材料器件從整流二極管到晶閘管，再到IGBT，都是硅材料器件；隨著硅材料和硅工藝的日趨完善，各種硅器件的性能逐步趨近其理論極限，而電力電子技術(shù)的發(fā)展卻不斷對(duì)電力電子器件的性能提出了更高的要求，尤其是希望器件的功率和頻率能得到更高程度的兼；越來越多的電力電子器件研究工作轉(zhuǎn)向了對(duì)應(yīng)用新型半導(dǎo)體材料制造；晶閘管問世后的40多年里，人們對(duì)電力電子器件的研究集中在對(duì)器件原理和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和創(chuàng)新，在材料的使用上則始終沒有突破硅的范圍；研究結(jié)果表明，就電力電子器件而言，比較理想的材料應(yīng)當(dāng)是寬禁帶半導(dǎo)體材料！822.5寬禁帶半導(dǎo)體電力電子器件2、寬禁帶半導(dǎo)體材料器件硅的禁帶寬度為1.12電子伏特（eV）；典型的寬禁帶半導(dǎo)體材料：碳化硅MOSFET不僅適合于從600V到10kV的廣泛電壓范圍，同時(shí)具備單極型器件的卓越開關(guān)性能；寬禁帶半導(dǎo)體材料的禁帶寬度在3.0eV及以上；GaN器件可以在更高頻率、更高功率、更高溫度的情況下工作，可以應(yīng)用在1~110GHz范圍的高頻波段，覆蓋了移動(dòng)通信、無線網(wǎng)絡(luò)、微波通信、雷達(dá)應(yīng)用等波段。碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、金剛石等比較成熟是碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）。832.5寬禁帶半導(dǎo)體電力電子器件碳化硅是一種性能優(yōu)越的材料：2、寬禁帶半導(dǎo)體材料器件與其他材料比較，它具有：使用碳化硅制造的器件，可以將半導(dǎo)體器件的極限工作溫度提高到600℃以上；在額定電壓相同的前提下，碳化硅器件通態(tài)電阻很低；高禁帶寬度高擊穿強(qiáng)度高熱導(dǎo)率高飽和電子漂移速度低介電常數(shù)碳化硅器件工作頻率比硅器件高10倍以上；碳化硅器件在高溫、高頻、高功率容量的應(yīng)用場(chǎng)合是極為理想的電力電子器件。電力電子技術(shù)哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電力電子技術(shù)課程講座2.6

電力電子技術(shù)應(yīng)用技術(shù)1.電力電子器件驅(qū)動(dòng)的基本任務(wù)與分類2.晶閘管類器件的觸發(fā)要求3.全控器件的驅(qū)動(dòng)要求4.電力電子器件的散熱852.6電力電子器件應(yīng)用技術(shù)電力電子器件的驅(qū)動(dòng)是通過控制極加一定的信號(hào)使器件導(dǎo)通或