電力電子器件概述53995PPT課件

1、1-11.1 電力電子器件概述第1頁/共148頁1-21 1）概念: :電力電子器件（Power Electronic Device） 可直接用于主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。主電路（Main Power Circuit） 電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔電能的變換或控制任務(wù)的電路。2 2）分類: : 電真空器件 (汞弧整流器、閘流管) 半導體器件 (采用的主要材料仍然是硅） 電力電子器件的概念和特征電力電子器件電力電子器件第2頁/共148頁1-3能處理電功率的能力，一般遠大于處理信息的電子器件。電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制，而且需要驅(qū)動

2、電路。 。電力電子器件自身的功率損耗遠大于信息電子器件，一般都要安裝散熱器。 電力電子器件的概念和特征3）同處理信息的電子器件相比的特征：）同處理信息的電子器件相比的特征：第3頁/共148頁1-4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，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 電力電子器件的概念和特征 電力電子器件的損耗電力電子器件的損耗第4頁/共148頁1-5電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動電路、保護電路 和以電力電子器件為核心的主電路組成。圖1-1 電力電子器件在實際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成控制電路檢測電路驅(qū)動電路RL主電路V1V2保護電

3、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系統(tǒng)正?？煽窟\行 應(yīng)用電力電子器件系統(tǒng)組成電氣隔離控制電路第5頁/共148頁1-6半控型器件（Thyristor） 通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關(guān)斷。全控型器件（IGBT,MOSFET) ) 通過控制信號既可控制其導通又可控制其關(guān) 斷，又稱自關(guān)斷器件。不可控器件( (Power Diode) ) 不能用控制信號來控制其通斷, 因此也就不需要驅(qū)動電路。 電力電子器件的分類按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類：按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類：第6頁/共148頁1-7電流驅(qū)動型 通過從器件的控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導

4、通或者 關(guān)斷的控制。電壓驅(qū)動型 僅通過在器件的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。 電力電子器件的分類 按照驅(qū)動電路信號的性質(zhì)，分為兩類：按照驅(qū)動電路信號的性質(zhì)，分為兩類：第7頁/共148頁1-8單極型器件 由一種載流子參與導電。雙極型器件 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。 電力電子器件的分類 按照載流子參與導電的情況：按照載流子參與導電的情況：第8頁/共148頁1-9本章內(nèi)容: :介紹各種器件的工作原理、基本特性、主要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意的一些問題。集中講述電力電子器件的驅(qū)動、保護和串、并聯(lián)

5、使用這三個問題。學習要點: :最重要的是掌握其基本特性。掌握電力電子器件的型號命名法，以及其參數(shù)和特性曲線的使用方法?？赡軙χ麟娐返钠渌娐吩刑厥獾囊蟆?本章學習內(nèi)容與學習要點第9頁/共148頁1-10 Power Diode結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠，自20世紀50年代初期就獲得應(yīng)用。快恢復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合，具有不可替代的地位。1.2 不可控器件電力二極管引言整流二極管及模塊第10頁/共148頁1-111.2 不可控器件電力二極管第11頁/共148頁1-12u本征半導體v原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)v晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與

6、電力二極管的工作原理第12頁/共148頁1-13u雜質(zhì)半導體vN（NEGATIVE）型半導體）型半導體摻摻5價元素（價元素（磷、砷等磷、砷等）多子（施主原子）：電子多子（施主原子）：電子少（數(shù)載流子）子：空穴少（數(shù)載流子）子：空穴結(jié)與電力二極管的工作原理第13頁/共148頁1-14vP（POSITIVE）型半導體）型半導體摻摻3價元素價元素（硼、鎵等）（硼、鎵等） 多子（受主原子）：空穴多子（受主原子）：空穴少（數(shù)載流子）子：電子少（數(shù)載流子）子：電子結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理第14頁/共148頁1-15u PN結(jié)（PN Junction） v半導體基片一邊摻半導體基片一

7、邊摻5價元素，一邊摻價元素，一邊摻3價元素價元素結(jié)與電力二極管的工作原理第15頁/共148頁1-16u PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?v正偏（正偏（Forward-Biased） 外建電場削弱內(nèi)電場，外建電場削弱內(nèi)電場，PNPN結(jié)變窄結(jié)變窄多子擴散增強多子擴散增強少子漂移作用可忽略少子漂移作用可忽略低阻低阻 ，電壓降，電壓降1V左右左右正向?qū)ㄕ驅(qū)ńY(jié)與電力二極管的工作原理第16頁/共148頁1-17v反偏（反偏（Reverse-Biased） 外建電場加強內(nèi)電場一致，外建電場加強內(nèi)電場一致，PNPN結(jié)變寬結(jié)變寬多子擴散電流大大減少多子擴散電流大大減少少子漂移占優(yōu)勢少子漂移占優(yōu)勢呈高阻呈高阻少子濃度

8、極低，反向飽和電流很小少子濃度極低，反向飽和電流很小反向阻斷反向阻斷結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理第17頁/共148頁1-18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，主要有螺栓型和平板型兩種封裝。圖1-2 電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號結(jié)與電力二極管的工作原理AKAKa)IKAPNJb)c)AK第18頁/共148頁1-19 狀態(tài)參數(shù)正向?qū)ǚ聪蚪刂狗聪驌舸╇娏髡虼髱缀鯙榱惴聪虼箅妷壕S持約1V反向大反向大阻態(tài)低阻態(tài)高阻態(tài)n PN結(jié)的反向擊穿（兩種形式)雪崩擊穿

9、齊納擊穿均可能導致熱擊穿結(jié)與電力二極管的工作原理 二極管的基本原理PN結(jié)的單向?qū)щ娦詎 PN結(jié)的狀態(tài)第19頁/共148頁1-20PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容CJ，又稱為微分電容。結(jié)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。電容影響PN結(jié)的工作頻率，尤其是高速的開關(guān)狀態(tài)。結(jié)與電力二極管的工作原理 PN結(jié)的電容效應(yīng)：第20頁/共148頁1-21主要指其伏安特性正向電壓大于門檻電壓UTO，正向電流IF開始明顯增加所對應(yīng)的電壓。與IF對應(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，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

10、特性 電力二極管的基本特性1) 靜態(tài)特性靜態(tài)特性IOIFUTOUFU第21頁/共148頁1-222) 動態(tài)特性 電力二極管在偏置狀態(tài)發(fā)生改變時的過渡過程 二極管的電壓- -電流特性隨時間變化的 電力二極管的基本特性a)IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt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 關(guān)斷過程關(guān)斷過程須經(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)。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。圖1-5(b)關(guān)斷過程第22頁/共148頁1-23正向壓降先出現(xiàn)一

11、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。電流上升率越大，UFP越高 。UFPuiiFuFtfrt02V圖1-5(b)開通過程 電力二極管的基本特性 開通過程開通過程：第23頁/共148頁1-24 電力二極管的主要參數(shù)額定電流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。IF(AV)是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，使用時應(yīng)按有效值相等的原則來選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。換算關(guān)系：正弦半波電流的有效值I和平均值IF(AV)之比(波形系數(shù))：1) 正向平均電流正向平均電流IF(AV)()1.57fF AVIKI第24頁/共1

12、48頁1-25()01sin2mT AVmIIItd t 2)sin(2102mmTItdtII 電電流流平平均均值值電電流流有有效效值值 fK設(shè)該正弦半波電流的峰值為設(shè)該正弦半波電流的峰值為Im, 則則額定電流額定電流(平均電流平均電流)為：為：額定電流有效值額定電流有效值為：為：u IT(AV)計算方法：計算方法：57. 12)( AVTTfIIK故正弦半波電流的波形系數(shù)：故正弦半波電流的波形系數(shù)： 現(xiàn)定義某電流波形的有效值與平均值之比為這個電流波形現(xiàn)定義某電流波形的有效值與平均值之比為這個電流波形的的波形系數(shù)波形系數(shù)，用，用Kf表示：表示：第25頁/共148頁1-26例：計算下列圖中電流

13、的平均值，有效值，波形系數(shù)例：計算下列圖中電流的平均值，有效值，波形系數(shù) 電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)第26頁/共148頁1-27u有效值相等原則： 實際電流波形的有效值應(yīng)小于或等于晶閘管額定電流IT(AV)所對應(yīng)的有效值。若實際的負載電流平均值為 Id ，額定電流為IT(AV)實際的負載電流有效值為 I，則 I=KfId 選擇器件時至少滿足 II=1.57IT(AV) 最好滿足 2I1.57IT(AV) 電力二極管的主要參數(shù)第27頁/共148頁1-28(AV)(AV)第28頁/共148頁1-29在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時對應(yīng)的正向壓降。3） 反向重復峰值電壓URR

14、M對電力二極管所能重復施加的反向最高峰值電壓。使用時，應(yīng)當留有兩倍的裕量。 4）反向恢復時間trr trr= td+ tf 電力二極管的主要參數(shù)2）正向壓降正向壓降UF第29頁/共148頁1-30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)一個或幾個工頻周期的過電流。 電力二極管的主要參數(shù)5）最高工作結(jié)溫）最高工作結(jié)溫TJM第30頁/共148頁1-311) 普通二極管（General Purpose Diode）又稱整流二極管（Rectifier Di

15、ode）多用于開關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路其反向恢復時間較長，一般在5s5s以上正向電流定額和反向電壓定額可以達到很高DATASHEET 1按照正向壓降、反向耐壓、反向漏電流等性能，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。特別是反向恢復特性的不同介紹。 電力二極管的主要類型第31頁/共148頁1-32簡稱快速二極管快恢復外延二極管 （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。從性能上可分為快速恢復和超快速恢復兩個等級。前者trr為

16、數(shù)百納秒或更長，后者則在100ns以下，甚至達到2030ns。DATASHEET 1 2 32) 快恢復二極管快恢復二極管 （Fast Recovery DiodeFRD）第32頁/共148頁1-33肖特基二極管的優(yōu)點反向恢復時間很短（1040ns）。正向恢復過程中也不會有明顯的電壓過沖。反向耐壓較低時其正向壓降明顯低于快恢復二極管。效率高，其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還小。肖特基二極管的弱點反向耐壓提高時正向壓降會提高，多用于200V以下。反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，必須嚴格地限制其工作溫度。 電力二極管的主要類型3. 肖特基二極管肖特基二極管(DATASHEET 1) ) 以金屬和半導

17、體接觸形成的勢壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖以金屬和半導體接觸形成的勢壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢壘二極管（特基勢壘二極管（Schottky Barrier Diode SBD）。）。第33頁/共148頁1-341.3 半控器件晶閘管第34頁/共148頁1-351.3 半控器件晶閘管引言1956年美國貝爾實驗室發(fā)明了晶閘管。1957年美國通用電氣公司開發(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)用的嶄新時代。20世紀80年代以來，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，在大容量的場合具有重要地位。晶閘管晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整

18、流器（Silicon Controlled RectifierSCR）第35頁/共148頁1-36圖1-6 晶閘管的外形和電氣圖形符號a) 外形 c) 電氣圖形符號 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。有三個連接端，陽極A、陰極K、門極（柵極）G螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極，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散熱器將其夾在中間。第36頁/共148頁1-37 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理常用晶閘管的結(jié)構(gòu)螺栓型晶閘管晶閘管模塊平板型晶閘管外形及結(jié)構(gòu)第37頁/共148頁1-38 P1P2N1N2(a) 符號符號晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及符號晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及符號 內(nèi)部結(jié)構(gòu)：內(nèi)部結(jié)構(gòu)

19、： 四層半導體四層半導體PNPN結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 三個三個PN結(jié)結(jié)(b) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理第38頁/共148頁1-39P1P2N1N2K GA晶閘管相當于晶閘管相當于 PNP 和和 NPN 型兩個晶體管的組合型兩個晶體管的組合PPNNNPAGKKA T2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKG第39頁/共148頁1-40 T1T2G2Bii 1BG22Ciii 在極短時間內(nèi)使兩個在極短時間內(nèi)使兩個三極管均飽和導通，此三極管均飽和導通，此過程稱過程稱觸發(fā)導通觸發(fā)導通。111CBi i12 Gi EGEA+_RGi2BiG21iG2i21BGCiiin 工作原理（

20、雙晶體管理論）工作原理（雙晶體管理論）（1）晶閘管的導通）晶閘管的導通B1i第40頁/共148頁1-41GiEGEA+_R2BiG2in 工作原理（雙晶體管理論）工作原理（雙晶體管理論） T1T2（1）晶閘管的導通）晶閘管的導通 在極短時間內(nèi)使兩個在極短時間內(nèi)使兩個三極管均飽和導通，此三極管均飽和導通，此過程稱過程稱觸發(fā)導通觸發(fā)導通。B1iG2Bii 1BG22Ciii 111CBi i12 Gi 21BGCiiiG21i第41頁/共148頁1-42EGEA+_R2BiG2in 工作原理（雙晶體管理論）工作原理（雙晶體管理論） T1T2（1）晶閘管的導通）晶閘管的導通晶閘管導通后，去掉晶閘管導

21、通后，去掉EG ，依靠正反饋，仍依靠正反饋，仍可維持導通狀態(tài)可維持導通狀態(tài)B1iG2Bii 1BG22Ciii 111CBi i12 Gi 21BGCiiiG21i第42頁/共148頁1-43結(jié)論正向阻斷狀態(tài)： UAK0，UGK=0晶閘管導通條件： UAK0，UGK0EAEGTAGK第43頁/共148頁1-44EAEGT結(jié)論正向阻斷狀態(tài)： UAK0，UGK=0晶閘管導通條件： UAK0，UGK0AGK第44頁/共148頁1-45結(jié)論正向阻斷狀態(tài)： UAK0，UGK=0晶閘管導通條件： UAK0，UGK0EAEGTAGK第45頁/共148頁1-46式中1和2分別是晶體管V1和V2的共基極電流增益

22、；ICBO1和ICBO2分別是V1和V2的共基極漏電流。由以上式可得 ：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 晶閘管導通的原理可用晶體管模型解釋，由圖得：111CBOAcIII222CBOKcIIIGAKIII21ccAIII（1-2）（1-1）（1-3）（1-4）)(121CBO2CBO1G2AIIII（1-5） 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理第46頁/共148頁1-47 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 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，

23、流過晶閘管的電流IA，將趨近于無窮大，實現(xiàn)飽和導通。IA實際上由于外電路負載的限制，會維持有限值。 在低發(fā)射極電流下 是很小的，而當發(fā)射極電流建立起來之后， 會迅速增大（形成強烈正反饋所致）。第47頁/共148頁1-48 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理陽極電壓升高至相當高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)陽極電壓上升率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（LTT）只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。其他幾種可能導通的情況其他幾種可能導通的情況：第48頁/共148頁1-49n晶閘管的關(guān)斷自然關(guān)斷：在導通期間，如果要求器件返回到正向阻斷狀態(tài)

24、，必須令門極電流為零，且將陽極電流降低到一個稱為維持電流的臨界極限值以下，并保持一段時間。強迫關(guān)斷：通過加一反向電壓U UAKAK0IG1IG正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM第53頁/共148頁1-54 晶閘管的基本特性反向特性類似二極管的反向特性。反向阻斷狀態(tài)時，只有極小的反相漏電流流過。當反向電壓達到反向擊穿電壓后，可能導致晶閘管發(fā)熱損壞。圖1-8 晶閘管的伏安特性IG2IG1IG（2）反向特性反向特性正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM第54頁/共148

25、頁1-55 晶閘管的基本特性1) 開通過程延遲時間td (0.51.5 s)上升時間tr (0.53 s)開通時間tgt以上兩者之和， tgt=td+ tr （1-6）100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA2) 關(guān)斷過程反向阻斷恢復時間trr正向阻斷恢復時間tgr關(guān)斷時間tq以上兩者之和tq=trr+tgr （1-7)普通晶閘管的關(guān)斷時間約幾百微秒2） 動態(tài)特性圖1-9 晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形第55頁/共148頁1-56 晶閘管的主要參數(shù)斷態(tài)重復峰值電壓UDRM 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。反向重復峰值電壓URRM 在門極

26、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。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23倍。使用注意：使用注意：1）電壓定額電壓定額第56頁/共148頁57表1晶閘管通態(tài)平均電壓分組 通態(tài)（峰值）電壓UT數(shù)值按表1分組在實際使用中，從減小損耗和元件發(fā)熱來看，應(yīng)選擇T(AV) 小的晶閘管。組 別ABC通態(tài)平均電壓（V）T0.40.4T0.50.5T0.6組 別DEF通態(tài)平均電壓（V）0.6T0.70.7T0

27、.80.8T0.9組 別GHI通態(tài)平均電壓（V）0.9T1.01.0T1.11.1T1.2 晶閘管的主要參數(shù)第57頁/共148頁1-58 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)溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。標稱其額定電流的參數(shù)。使用時應(yīng)按有效值相等的原則來選取晶閘管。維持電流 IH 使晶閘管維持導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)信號后， 能維持導通所需的最小電流。對同一晶閘管來說，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)溫的不重復性最大正

28、向過載電流 。2 2）電流定額電流定額第58頁/共148頁1-59 晶閘管的主要參數(shù) 除開通時間tgt和關(guān)斷時間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，使結(jié)電容充電電流足夠大，造成晶閘管誤導通 。 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 3）動態(tài)參數(shù)動態(tài)參數(shù)第59頁/共148頁60國產(chǎn)晶閘管的型號例：KP100-12G 表示額定電流100A，額定電壓1200V， 管管壓降壓降 為為1V

29、的普通型晶閘管的普通型晶閘管 晶閘管的主要參數(shù)第60頁/共148頁1-61晶閘管的派生器件有快速晶閘管和高頻晶閘管。開關(guān)時間以及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，不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。1 1）快速晶閘管快速晶閘管（Fast Switching Thyristor FST)第61頁/共148頁1-62晶閘管的派生器件2 2）雙向晶閘管（Triode AC SwitchTRIAC或Bidirectional triode thyristor）圖1-1

30、0 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a)b)IOUIG=0GT1T2可認為是一對反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成。有兩個主電極T1和T2，一個門極G。在第和第III象限有對稱的伏安特性。不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。第62頁/共148頁1-63晶閘管的派生器件3) 逆導晶閘管（Reverse Conducting ThyristorRCT）a)KGAb)UOIIG=0圖1-11 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。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

31、優(yōu)點。第63頁/共148頁1-64晶閘管的派生器件4) 光 控 晶 閘 管 （ L i g h t T r i g g e r e d ThyristorLTT）AGKa)AK光強度強弱b)OUIA圖1-12 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) 伏安特性又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長的光照信號觸發(fā)導通的晶閘管。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合。第64頁/共148頁65晶閘管工作狀態(tài)總結(jié)第65頁/共148頁661、正向阻斷狀態(tài)第66頁/共148頁672、反向阻斷狀態(tài)第67頁/共148頁683、觸發(fā)導通第68頁/

32、共148頁694、關(guān)斷第69頁/共148頁1-701.4 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80年代以來，電力電子技術(shù)進入了一個嶄新時代。典型代表門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管。第70頁/共148頁1-711.4 典型全控型器件引言常用的典型全控型器件電力MOSFETIGBT單管及模塊第71頁/共148頁1-721.4 典型全控型器件第72頁/共148頁1-73 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，因而在兆瓦級以上的大功率場合仍有較多的應(yīng)用。

33、門極可關(guān)斷晶閘管門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-Off Thyristor GTO）第73頁/共148頁1-74 門極可關(guān)斷晶閘管AGKc)圖1-13AGKGGKN1P1N2N2P2b)a)AGK 結(jié)構(gòu)： 與普通晶閘管的相同點： PNPN四層半導體結(jié)構(gòu)，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1-13 GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)斷面示意圖 c) 電氣圖形符號1）GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理第74頁/共148頁1-75 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

34、-7所示的雙晶體管模型來分析。 RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)圖1-7 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 1 1+ + 2 2=1=1是器件臨界導通的條件。是器件臨界導通的條件。由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成的兩個晶體管V1、V2分別具有共基極電流增益 1 1和 2 2 。第75頁/共148頁1-76 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2較大，使晶體管V2控 制靈敏，易于GTO關(guān)斷。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(guān)斷，但導通時管壓降增大。 多元集成結(jié)構(gòu)，使得

35、P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。 RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2b)圖1-7 晶閘管的工作原理第76頁/共148頁1-77 門極可關(guān)斷晶閘管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(guān)斷過程中有強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 。 由上述分析我們可以得到以下結(jié)論結(jié)論：第77頁/共148頁1-78 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存時間ts，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

36、，而tt比ts要長。門極負脈沖電流幅值越大，ts越短。Ot0tiGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6 圖1-14 GTO的開通和關(guān)斷過程電流波形2) GTO的動態(tài)特性的動態(tài)特性第78頁/共148頁1-79 門極可關(guān)斷晶閘管3) GTO的主要參數(shù) 延遲時間與上升時間之和。延遲時間一般約12s，上升時間則隨通態(tài)陽極電流的增大而增大。 一般指儲存時間和下降時間之和，不包括尾部時間。下降時間一般小于2s。（2） 關(guān)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(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)

37、意義相同，以下只介紹意義不同的參數(shù)。第79頁/共148頁1-80 門極可關(guān)斷晶閘管（3）最大可關(guān)斷陽極電流IATO（4） 電流關(guān)斷增益 off off一般很小，只有5左右，這是GTO的一個主要缺點。1000A的GTO關(guān)斷時門極負脈沖電流峰值要200A 。 GTO額定電流。 最大可關(guān)斷陽極電流與門極負脈沖電流最大值IGM之比稱為電流關(guān)斷增益。（1-8）GMATOoffII第80頁/共148頁1-81電力晶體管電力晶體管（Giant TransistorGTR，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（Bipolar Junction TransistorBJT），英文有時候也

38、稱為Power BJT，與GTR名稱等效。 應(yīng)用20世紀80年代以來，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MOSFET取代。術(shù)語用法術(shù)語用法：第81頁/共148頁1-82e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晶體管按達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 。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)部載流子的流動第82頁/共148頁1-83電力晶體管在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接

39、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 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。bcii空穴流電子流c)EbEcibic=ibie=(1+ )ib1）GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理第83頁/共148頁1-84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(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，要經(jīng)過放大區(qū)

40、。截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)OIcib3ib2ib1ib1ib2 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(shù)的主要參數(shù)第86頁/共148頁1-87電力晶體管通常規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的1/21/3時所對應(yīng)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(chǎn)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集電極最大允許電流IcM第87頁/共148頁1-88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

41、。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，如不能有效的限制電流，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) （ S a f e Operating AreaSOA）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)4) GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)第88頁/共148頁1-89電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管分為結(jié)型和絕緣柵型通 常 主 要 指 絕 緣 柵 型

42、中 的 M O SM O S 型 （ M e t a l Oxide Semiconductor FET），簡稱電力MOSFET（Power MOSFET）結(jié)型電力場效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管（Static Induction TransistorSIT） 特點特點用柵極電壓來控制漏極電流驅(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，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置 。電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管第89頁/共148頁1-90電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管電力MOSFET的種類 按導電溝道可分為P溝道和N溝道。 耗盡型當柵

43、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）電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理第90頁/共148頁1-91電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管電力MOSFET的結(jié)構(gòu)是單極型晶體管。導電機理與小功率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。N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19圖1-19 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號第91頁/共148頁1-92電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管小功率MOS

44、管是橫向?qū)щ娖骷?。電力MOSFET大都采用垂直導電結(jié)構(gòu)，又稱為VMOSFET（Vertical MOSFET）。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和具有垂直導電雙擴散MOS結(jié)構(gòu)的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET）。這里主要以VDMOS器件為例進行討論。電力MOSFET的結(jié)構(gòu)第92頁/共148頁1-93電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(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

45、反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導電 。N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19圖1-19 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號電力電力MOSFET的工作原理（的工作原理（N溝道增強型溝道增強型VDMOS）第93頁/共148頁1-94電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(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，ID與UGS的關(guān)系近似線性，曲線的斜率定義為跨導Gfs。010203050402468a)ID/AUTUGS/V電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性2）電力MOSFET的基本特性第94頁

46、/共148頁1-95電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管截止區(qū)（對應(yīng)于GTR的截止區(qū)）飽和區(qū)（對應(yīng)于GTR的放大區(qū)）非飽和區(qū)（對應(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導通。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的輸出特性 MOSFET的漏極伏安特性（即輸出特性）的漏極伏安特性（即輸出特性）：10203050400b)1020305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)UDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A第95頁/共148頁1-96電力場效應(yīng)晶體管電力場

47、效應(yīng)晶體管開通過程開通延遲時間td(on) 上升時間tr開通時間to n開通延遲時間與上升時間之和關(guān)斷過程關(guān)斷延遲時間td(off)下降時間tf關(guān)斷時間to f f關(guān)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(guān)過程a) 測試電路 b) 開關(guān)過程波形up脈沖信號源，Rs信號源內(nèi)阻，RG柵極電阻，RL負載電阻，RF檢測漏極電流(2) 動態(tài)特性動態(tài)特性第96頁/共148頁1-97電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管 MOSFET的開關(guān)速度和Cin充放電有很大關(guān)系?？山?/p>

48、低驅(qū)動電路內(nèi)阻Rs減小時間常數(shù)，加快開關(guān)速度。不存在少子儲存效應(yīng)，關(guān)斷過程非常迅速。開關(guān)時間在10100ns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(guān)過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動功率。開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動功率越大。MOSFET的開關(guān)速度的開關(guān)速度第97頁/共148頁1-98電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(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 UGS20V將導致絕緣層擊穿 。

49、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CDS第98頁/共148頁1-99 絕緣柵雙極晶體管兩類器件取長補短結(jié)合而成的復合器件Bi-MOS器件絕 緣 柵 雙 極 晶 體 管 （ I n s u l a t e d - g a t e B i p o l a r TransistorIGBT或IGT）GTR和MOSFET復合，結(jié)合二者的優(yōu)點。1986年投入市場，是中小功率電力電子設(shè)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(qū)動，有電導調(diào)制效應(yīng)，通流能力很強，開關(guān)

50、速度較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復雜。 MOSFET的優(yōu)點單極型，電壓驅(qū)動，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。第99頁/共148頁1-100 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EEGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā)射極 柵極集電極注入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā)射極 柵極集電極注入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā)

51、射極 柵極集電極注入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)EIGBT 輸入（輸入（MOSFET） 輸出（輸出（GTR）N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19Power MOSFET第100頁/共148頁1-101 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(jié)構(gòu)，一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管。RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。EGCN+N-a

52、)PN+N+PN+N+P+發(fā)射極 柵極集電極注入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)圖1-22 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 IGBT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)第101頁/共148頁1-102 絕緣柵雙極晶體管 驅(qū)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(nèi)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(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時，MOSFE

53、T內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。 IGBT的原理的原理第102頁/共148頁1-103a)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 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)輸出特性分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。第103頁/共148頁1-104 絕緣柵雙極晶體管ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tf

54、v2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM圖1-24 IGBT的開關(guān)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。 tf v 1 I G B T 中MOSFET單獨工作的電壓下降過程； tfv2MOSFET和PNP晶體管同時工作的電壓下降過程。 (2) IGBT的動態(tài)特性第104頁/共148頁1-105 絕緣柵雙極晶體管圖1-24 IGBT的開關(guān)過程關(guān)斷延遲時間td(off）電流下降時間tf 關(guān)斷時間toff電流下降時間又可分為

55、tfi1和tfi2兩段。tfi1IGBT器件內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過程，iC下降較快。tf i 2 I G B T 內(nèi) 部 的PNP晶體管的關(guān)斷過程，iC下降較慢。 IGBT的關(guān)斷過程的關(guān)斷過程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM第105頁/共148頁1-106 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

56、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第106頁/共148頁1-107 絕緣柵雙極晶體管IGBT的特性和參數(shù)特點可以總結(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，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(guān)頻率高的特點 。 第107頁/共148頁1-108 絕緣柵雙極晶體管擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)： IGBT內(nèi)部存在一個寄生的NPN管 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)的橫向空穴電流會在該電阻上

57、產(chǎn)生壓降，相當于對J3結(jié)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。RNEGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā)射極 柵極集電極注入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)第108頁/共148頁1-109 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）第109頁/共148頁1-1101.5 其他新型電力電子器

58、件第110頁/共148頁1-111 MOS控制晶閘管MCTMCT結(jié)合了二者的優(yōu)點：承受極高di/dt和du/dt，快速的開關(guān)過程，開關(guān)損耗小。高電壓，大電流、高載流密度，低導通壓降。一個MCT器件由數(shù)以萬計的MCT元組成。每個元的組成為：一個PNPN晶閘管，一個控制該晶閘管開通的MOSFET，和一個控制該晶閘管關(guān)斷的MOSFET。其關(guān)鍵技術(shù)問題沒有大的突破，電壓和電流容量都遠未達到預期的數(shù)值，未能投入實際應(yīng)用。MCT（MOS Controlled Thyristor）MOSFET與晶閘管的復合第111頁/共148頁1-112靜電感應(yīng)晶體管SITSIT多子導電的器件，工作頻率與電力MOSFET相

59、當，甚至更高，功率容量更大，因而適用于高頻大功率場合。在雷達通信設(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。缺點：柵極不加信號時導通，加負偏壓時關(guān)斷，稱為正常導通型器件，使用不太方便。通態(tài)電阻較大，通態(tài)損耗也大，因而還未在大多數(shù)電力電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。結(jié)型場效應(yīng)晶體管 SIT（Static Induction Transistor）第112頁/共148頁1-113靜電感應(yīng)晶閘管SITHSITHSITH是兩種載流子導電的雙極型器件，具有電導調(diào)制效應(yīng)，通態(tài)壓降低、通流能力強。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。 SITH一般是正常導通型，但

60、也有正常關(guān)斷型。此外，電流關(guān)斷增益較小，因而其應(yīng)用范圍還有待拓展。SITH（Static Induction Thyristor），又稱場控晶閘管（Field Controlled ThyristorFCT）第113頁/共148頁1-114集成門極換流晶閘管IGCTIGCT20世紀90年代后期出現(xiàn)，結(jié)合了IGBT與GTO的優(yōu)點，容量與GTO相當，開關(guān)速度快10倍?？墒∪TO復雜的緩沖電路，但驅(qū)動功率仍很大。目前正在與IGBT等新型器件激烈競爭，試圖最終取代GTO在大功率場合的位置。IGCT（Integrated Gate-Commutated Thyristor） GCT（Gate-Comm