電力半導(dǎo)體器件

1、PowerSemiconductorDevices«化E代工我號屹九金一電力電3技木"下正要內(nèi)容.分類(Classification)二.結(jié)構(gòu)與工作原理(StructureandPrinciple)三.基本特性(Characteristics)四.主要參數(shù)(Parameter)五.派生器件(Types)方揚齊孑一電力電3技木一一.分類(Classification)二.結(jié)構(gòu)與工作原理(StructureandPrinciple)三.基本特性(Characteristics)四.主要參數(shù)(Parameter)-電力電3技東一五.派生器件(Types)化身情工趙，屹e一

2、3;土Classification材料：硅(silicon)和碳化硅(siliconcarbide)1、按可控性分類(1)不控型器件：電力二極管(2)半控型器件：(3)全控型器件： IGCT晶閘管GTO、 GTR、 IGBT、 MOSFET、2、按驅(qū)動信號類型分類(1)電流控制型：(2)電壓控制型：GTO、 GTR、 SCRIGBT. MOSFET、 IGCT&憤工3，憂七<1i-電力電5枚木-3、按控制信號的形式分類(1)脈沖觸發(fā)器件：(PulseTriggeredDevices)SCR、GTO(2)電平觸發(fā)器件：(LevelTriggeredSwitchingDevices)

3、GTR、IGBT、MOSFET.IGCT化與傳工在看ate九金揚%式/上孑F<|E-電力電5技木一分類(Classification)結(jié)構(gòu)與工作原理(StructureandPrinciple)三.基本特性(Characteristics)四.主要參數(shù)(Parameter)五.派生器件(Types)一電力電3技木一、StructureandPrinciple1、晶閘管(Thyristor)內(nèi)部結(jié)構(gòu)：中央門極結(jié)構(gòu)四層（P-N-P-N）、三端（A、K、G）融化£僧工勺代電氣£FODH一電力4f 3技木一螺栓型: 冷。散熱效果差，用戶200 A以下容量:的元件,自平板型:

4、風冷。散熱效果好，用于200 A以上的元件，水冷和揚揚狙孑orVCCMMM4M.V化E信工用孑et氣，電力電5技本”甲2作原理導(dǎo)通條件：正向陽極電壓，正向門極電壓。關(guān)斷條件：必須使陽極電流降低到某一數(shù)值之下（約幾十毫安）。兩種強迫關(guān)斷方式：電流換流和電壓換流。2、門極可關(guān)斷晶閘管GTO(Gate-Turned-OffThyristor)多元集成元件，放射門極結(jié)構(gòu)。它可以等效成多個小GT0元的集成（并聯(lián)）可實現(xiàn)門極控制關(guān)斷。對比品閘管:中央門極結(jié)構(gòu)10工作原理與普通品閘管相同，可采用雙晶體管模型分析。開關(guān)速度高產(chǎn)件通品閘管,di/dt承受能力大于品閘管。步陰孑«T WO-IQO“他5信

5、又看吃工，金力金3枚木”3、電力晶體管GTR#(GiantTransistor_PowerBJT)Bipolarjunctiontransistor由至少兩個晶體管按達林頓接法組成，同GTO一樣采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成。工作原理同普通的雙極結(jié)型晶體管。"LIT普通晶體管結(jié)構(gòu)步岳父/次宇 W VBCMMOUMRI A電力MOSFET(PowerMetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor)多元集成結(jié)構(gòu)，一個器件由許多小的MOSFET元的集成，柵極絕緣。行N溝道和P溝道之分。N由ifi內(nèi)部集成寄生二極管步/質(zhì)/*孑-vweMTVV

6、MMMUM、“佗5信工，-覺臬，故木一作原理導(dǎo)通條件:即關(guān)斷條件: 啟電壓。漏源電壓為正，棚源電壓大于開啟電壓。0,Ug$>u（漏源極電壓為正），柵源極電壓小于開即%§<4漏源極加反壓，就為二極管特性。步胡外/次,早SMVMVWBCMHOMM中“他傳又看覺*工，、絕緣柵雙極晶體管IGBT(Insulated-GateBipolarTransistor)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+層上再加層P型區(qū)分N溝道IGBT,記為N-IGBT：和P溝道IGBT,記為P-IGBT,一.分類(Classification)二.結(jié)構(gòu)與工

7、作原理(StructureandPrinciple)三.基本特性(Characteristics)四.主要參數(shù)(Parameter)五.派生器件(Types)竺也殳安工趙gate%*一電力電3技木-步岳外/北孑3VBCMMOUM、Characteristics1、靜態(tài)特性一伏安特性晶閘管：正向阻斷-高阻區(qū)負阻區(qū)正向?qū)?低阻區(qū)反向阻斷-高阻區(qū)電力色3枚木一截止區(qū)，飽和區(qū)，放大區(qū)。MOSFET：截止區(qū)，飽和區(qū)，非飽和區(qū)北tfi放大區(qū) 一 “ W截止區(qū)轉(zhuǎn)移特性：開啟電壓如“E和區(qū)%7V191%-Vfo/20 30 40/50破止區(qū)%i-3VWvJ/步岳孑.9er BCMMOUM、GBT：有正向阻斷

8、區(qū), 飽和區(qū),有源區(qū), 反向阻斷區(qū)4M反應(yīng)阻斷區(qū)1 ocSf- -TS'“7電力金3枚木”有汾區(qū)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。步胡代/次字 VWCMNBUM#劭化易信工,孑21動態(tài)特性一電力電3技東一晶閘管:#“他同信工一6覺，工，同SCR-電力金3枝木一延遲時間I：，從。到0.“T：上升時間與：ia從O.IIt到0.9%開通時間t°n:ytd+q,關(guān)斷時間：M=J+J.HU3TCM>>OtO<vGTO：開通時間："Q+U延遲時間。：上升時間。：關(guān)斷時間：存儲時間1下降時間t拖尾時間G：遠大G門極負脈沖電流幅值越大，前沿

9、越陡。抽走存儲我流r的速度越快，q越小。J/步岳外/北孑VBCMMOUMV“化傳又"配工，開通時間：3延遲時間:一電力e3枚不一04：集電極電流上升時間;關(guān)斷時間;I產(chǎn)t+t存儲時間集電極電流卜降時23控制器件.揚岳孑«T BCMMOUM、惚力金才殘木一開通時間?ron)開通延遲“：H二飽和柵壓£1折時間,電壓上升1電流匕升即先"<內(nèi)"< *HF LOSFET：為多數(shù)截流r器件,沒多存儲效應(yīng).開關(guān)時間知為裕山1&SiJ/步粉”/*孑關(guān)斷延遲電壓卜.降電流卜降無拖崖-開關(guān)速度快，在80年代是主要的功率"HGBT：開通

10、時間:%=、+£+%關(guān)斷時間：Jf=G+*WZOE' 90% "皿=t（off）+1+3+” ；關(guān)斷延遲Q°ff）；卜降時間 tjj： tfi=tfil+tfi2;HIGBT 內(nèi) MOSFET 關(guān)斷 過程。QIGBT內(nèi)PNP10% a%電力/3枝木一CM'ZcEM密勒平臺的關(guān)斷過程。10%顯然，PNP的存在帶來了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的好處，但引入25了少子儲存現(xiàn)象,JMOSFETo!獨有特性-GTR的二次擊穿1） 一次擊穿集射極電壓升至某一值時，集電極 電流迅迅速大，產(chǎn)生雪崩擊穿,此時集 電極電流不超過允許電流.稱一次擊穿. UP： AB段.u«

11、 Tnu.”.廿一電力立3技米2）二次擊穿一次擊穿后，無措施.集電極電流綁續(xù)增 大到某值，集射極電壓陡然卜降,產(chǎn)生局部過 熱擊穿，稱二次擊穿,元件損壞.5仍T,口達詼3）二次擊穿臨界線步岳依/北孑.9 VBCMMOUMV#27魚力色3枝木一獨有特性一IGBT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 在該電阻上產(chǎn)生壓降，相 當對J3結(jié)施加正偏東. 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。引發(fā)擎柱效應(yīng)的原因：集電極電流過大（靜態(tài)擎住效應(yīng)）： dUcE/dt過大（動態(tài)擎住效應(yīng)）。步岳貫/義孑ermo.、安全工作區(qū)GTR：安全匚作區(qū)SO

12、A（SafeOperationArea）是指在輸出特性曲線圖上GTR能夠安全運行的電流、電壓的極限范Iflo#1GBT：b正向偏置安全工作區(qū)(ForwardBiasedSafeOperatingAreaFBSOA)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.b反向偏置安全工作區(qū)(ReverseBiasedSafeOperatingAreaRBSOA)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d%/dt一.分類(Classification)二.結(jié)構(gòu)與工作【理(StructureandPrinciple)三.基本特性(Characteristics)四.主要參數(shù)(Pa

13、rameter)五.派生器件(Types)一電力電3代本-0b”化由信工衽看%人,T通態(tài)平均電壓（管壓降Ut（av）4、維持電流ZH關(guān)斷過程能維持導(dǎo)通的最小電流兒卜mA,結(jié)溫41（不易關(guān)斷）5、擎住電流屋開通過程中，能維持導(dǎo)通的最小電流。1：=（24）/H一電力電，技木-、斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt門極開路，使元件斷一通的最小電壓上升率l相當于48、通態(tài)電流臨界上升率山小做杜方ISMS中板型“S山/曲過大TjtMuS37最大可關(guān)斷陽極電流Iat。：GTO通過負脈沖能夠關(guān)斷的最大陽極電流。它是GTO的額定電流。電流關(guān)斷增益£.最大可關(guān)斷電流V門極負脈沖電流最大值Igm之比。一般很小,

14、510。若1000A的GTO,門極負脈沖為200-100A,很大，這是GTO的缺點。J/步岳外孑.3VWCMMOUMflsTR：最高工作電壓：集電極額定電壓UCEN1應(yīng)小Ue。,Ue?；鶚O開路,集電極電流較大時,集射極間的擊穿電壓.集電極額定電流：集電極最大允許電流1CM。集電極最大耗散功率PaMosfetandIGBT：柵射電壓9E：柵源之間很薄，一般電壓絕對值小于20V。其他略。37步岳貫/義孑.9W BCMMOUM、一.分類(Classification)三.結(jié)構(gòu)與工作原理(StructureandPrinciple)三.基本特性(Characteristics)主要參數(shù)(Parameter)五.派生器件(Types)5.ThyristorTypes1、快速晶閘管(FST-FastSwitchingThyristor)開通、關(guān)斷時間：微秒級：使用頻率可至兒r赫茲。2、雙向晶閘管(TRLC-TriodeACSwitchorBidirectionalTriodeThyristor)4、光控晶閘管(LTT-LightTriggeredThyristor)1）光觸發(fā)器件：2）主電路與控制電路隔離。FW1牝信工，覺/2