學(xué)習(xí)情境二+電力電子器件及其驅(qū)動保護+ppt課件

1、武漢交通職業(yè)學(xué)院12 學(xué)習(xí)情境二 電力電子器件及其驅(qū)動維護2.1 2.1 電力電子器件概述電力電子器件概述2.2 2.2 電力二極管電力二極管2.3 2.3 晶閘管晶閘管SCRSCR2.4 2.4 門極關(guān)斷晶閘管門極關(guān)斷晶閘管GTOGTO2.5 2.5 電力晶體管電力晶體管GTRGTR2.6 2.6 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管MOSFETMOSFET2.7 2.7 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBTIGBT2.8 GTO2.8 GTO、GTRGTR、MOSFETMOSFET、IGBTIGBT驅(qū)動與維護驅(qū)動與維護32.1.1 概念2.1.2 同處置信息的電子器件相比普通特征2.1.3

2、 電力電子器件的分類2.1 電力電子器件概述4電力電子器件電力電子器件Power Electronic Power Electronic DeviceDevice 可直接用于主電路中，實現(xiàn)電可直接用于主電路中，實現(xiàn)電能的變換和控制的電子器件。能的變換和控制的電子器件。主電路主電路Main Power CircuitMain Power Circuit 電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承當(dāng)電能的變換或控制義務(wù)的電路。承當(dāng)電能的變換或控制義務(wù)的電路。5能處置電功率的才干，普通遠(yuǎn)大于處置信息的電子器件。能處置電功率的才干，普通遠(yuǎn)大于處置信息的電子器件。電力電子器件普通都任務(wù)在開關(guān)

3、形狀。電力電子器件普通都任務(wù)在開關(guān)形狀。電力電子器件往往需求由信息電子電路驅(qū)動電路來控制。電力電子器件往往需求由信息電子電路驅(qū)動電路來控制。電力電子器件本身的功率損耗遠(yuǎn)大于信息電子器件，普通都要安裝散熱器。電力電子器件本身的功率損耗遠(yuǎn)大于信息電子器件，普通都要安裝散熱器。6 電力電子器件的損耗電力電子器件的損耗主要損耗主要損耗通態(tài)損耗通態(tài)損耗斷態(tài)損耗斷態(tài)損耗開關(guān)損耗開關(guān)損耗關(guān)斷損耗關(guān)斷損耗開通損耗開通損耗v 通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因。通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因。v 器件開關(guān)頻率較高時，開關(guān)損耗能夠成為器件器件開關(guān)頻率較高時，開關(guān)損耗能夠成為器件功率損耗的主要要素。功率損耗的主要要

4、素。7按照器件可以被控制的程度，分為以下三類按照器件可以被控制的程度，分為以下三類半控型器件半控型器件Thyristor 經(jīng)過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不經(jīng)過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。如晶閘管及其大部分派生器件能控制其關(guān)斷。如晶閘管及其大部分派生器件全控型器件全控型器件 經(jīng)過控制信號既可控制其導(dǎo)通又可經(jīng)過控制信號既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)控制其關(guān) 斷，又稱自關(guān)斷器件。斷，又稱自關(guān)斷器件。GTO，MOSFET，IGBT不可控器件不可控器件(Power Diode) 不能用控制信號來控制其通斷不能用控制信號來控制其通斷, 因此因此也就不需求驅(qū)動電路。如電力二極管也就不需求驅(qū)動電路。如電

5、力二極管8 按照驅(qū)動電路信號的性質(zhì)，分為按照驅(qū)動電路信號的性質(zhì)，分為兩類：兩類：電流驅(qū)動型電流驅(qū)動型 經(jīng)過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導(dǎo)通經(jīng)過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。這類電力電子器件稱為電流或者關(guān)斷的控制。這類電力電子器件稱為電流驅(qū)動型電力電子器件或電流控制型電力電子器驅(qū)動型電力電子器件或電流控制型電力電子器件。如晶閘管，件。如晶閘管，GTO，MCT，IGCT。電壓驅(qū)動型電壓驅(qū)動型 僅經(jīng)過在控制端和公共端之間施加一定僅經(jīng)過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。這的電壓信號就可實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。這類電力電子器件稱為電壓驅(qū)動型電力電子器

6、件類電力電子器件稱為電壓驅(qū)動型電力電子器件或電壓控制型電力電子器件。也稱為場控器件或電壓控制型電力電子器件。也稱為場控器件或場效應(yīng)器件。如或場效應(yīng)器件。如MOSFET，IGBT9 按照載流子參與導(dǎo)電的情況，分按照載流子參與導(dǎo)電的情況，分為三類：為三類：單極性器件單極性器件MOSFET，SIT 有一種載流子參與導(dǎo)電。有一種載流子參與導(dǎo)電。雙極性器件電力二極管，晶閘管，雙極性器件電力二極管，晶閘管，GTO，GTR，SITH 由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件件復(fù)合型器件復(fù)合型器件IGBT，MCT，IGCT 由單極性器件和雙極性器件集成混合而成由單極性器件和雙極性

7、器件集成混合而成的器件的器件102.2.1 PN結(jié)與電力二極管的任務(wù)原理結(jié)與電力二極管的任務(wù)原理2.2.2 電力二極管的根本特性電力二極管的根本特性2.2.3 電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)2.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型2.2.5 電力二極管命名電力二極管命名11 Power Diode構(gòu)造和原理簡單，任務(wù)可靠，自20世紀(jì)50年代初期就獲得運用。快恢復(fù)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所，具有不可替代的位置。12v 根本構(gòu)造和任務(wù)原根本構(gòu)造和任務(wù)原理與信息電子電路理與信息電子電路中的二極管一樣。中的二極管一樣。v 由一個面積較大

8、的由一個面積較大的PNPN結(jié)和兩端引線以結(jié)和兩端引線以及封裝組成的。及封裝組成的。v 從外形上看，主要從外形上看，主要有螺栓型和平板型有螺栓型和平板型兩種封裝。兩種封裝。AKAKa)IKAPNJb)c)AK圖圖2-1 電力二極管的外形、構(gòu)造和電氣圖形電力二極管的外形、構(gòu)造和電氣圖形符號符號 a) 外形外形 b) 構(gòu)造構(gòu)造 c) 電氣圖形符號電氣圖形符號陽極陽極陰極陰極13 PN結(jié)的形狀 狀態(tài)狀態(tài)參數(shù)參數(shù)正向?qū)ㄕ驅(qū)ǚ聪蚪刂狗聪蚪刂狗聪驌舸┓聪驌舸╇娏麟娏髡虼笳虼髱缀鯙榱銕缀鯙榱惴聪虼蠓聪虼箅妷弘妷壕S持維持1V反向大反向大反向大反向大阻態(tài)阻態(tài)低阻態(tài)低阻態(tài)高阻態(tài)高阻態(tài)二極管的根本原理就在于

9、二極管的根本原理就在于PN結(jié)的單導(dǎo)游電性這一主要特征。結(jié)的單導(dǎo)游電性這一主要特征。 PN結(jié)的反向擊穿兩種方式結(jié)的反向擊穿兩種方式)雪崩擊穿高壓雪崩擊穿高壓齊納擊穿低壓齊納擊穿低壓兩種擊穿均能夠?qū)е聼釗舸﹥煞N擊穿均能夠?qū)е聼釗舸?4 PN結(jié)的電容效應(yīng)：PN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)活力制和作用的差別分為勢壘電容CB和分散電容CD。電容影響PN結(jié)的任務(wù)頻率，尤其是高速的開關(guān)形狀。15主要指其伏安特性主要指其伏安特性門檻電壓門檻電壓UTO，正向電流，正向電流IF開場明顯添加所對應(yīng)的電開場明顯添加所對應(yīng)的電壓。壓。與與IF對應(yīng)的電力二極管兩端

10、對應(yīng)的電力二極管兩端的電壓即為其正向電壓降的電壓即為其正向電壓降UF 。接受反向電壓時，只需微小接受反向電壓時，只需微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。而數(shù)值恒定的反向漏電流。1) 靜態(tài)特性靜態(tài)特性圖圖2-2 電力二極管的伏安特性電力二極管的伏安特性162) 動態(tài)特性動態(tài)特性 二極管的電壓二極管的電壓-電流特性隨時電流特性隨時間變化的特性間變化的特性 普通專指反映通態(tài)和斷態(tài)之普通專指反映通態(tài)和斷態(tài)之間轉(zhuǎn)換過程的開關(guān)特性。間轉(zhuǎn)換過程的開關(guān)特性。延遲時間：延遲時間：td= t1- t0, td= t1- t0, 電流下降時間：電流下降時間：tf= t2- t1tf= t2- t1反向恢復(fù)時間：反向恢復(fù)時間

11、：trr= td+ tftrr= td+ tf正向恢復(fù)時間：正向恢復(fù)時間：tfrtfr恢復(fù)特性的軟度：下降時間與延遲時間恢復(fù)特性的軟度：下降時間與延遲時間的比值的比值tf /tdtf /td，或稱恢復(fù)系數(shù)，用，或稱恢復(fù)系數(shù)，用SrSr表表示。示。圖圖2-3 電力二極管的動態(tài)過程波形電力二極管的動態(tài)過程波形 a) 正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置 b) 零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置t0PN結(jié)結(jié)PN結(jié)結(jié)1) 額定電流正向平均電流額定電流正向平均電流IF(AV) 電力二極管的正向平均電流電力二極管的正向平均電流I F(AV)是指在規(guī)定的管殼溫度和散是指在規(guī)定的管殼溫度和散熱條

12、件下允許經(jīng)過的最大工頻半波電流的平均值熱條件下允許經(jīng)過的最大工頻半波電流的平均值, 元件標(biāo)稱的額元件標(biāo)稱的額定電流就是這個電流。定電流就是這個電流。57. 1)25 . 1 ()(IIAVFF式中的系數(shù)式中的系數(shù)1.51.52 2是平安系數(shù)是平安系數(shù)201(sin)()22mFIItdt()()1.571.572FfFFAVFAVIKIII，電流的有效值：電流的有效值：波形系數(shù)波形系數(shù)Kf：()01sin()2mF AVmIIItdt實踐運用中，額定電流普通選擇為實踐運用中，額定電流普通選擇為 fK電 流 有 效 值電 流 平 均 值正弦半波電流的波形系數(shù)正弦半波電流的波形系數(shù)Kf：ImIF(

13、AV)182301( )23mdmIII d t23201( )0.5823mTmmIIId tI0.5813mfmIK =1.74IId1.57 100=45.12A2 1.74135.36mdIA=3I =3 45.12解：實踐電流平均值解：實踐電流平均值電流有效值電流有效值波形系數(shù)波形系數(shù)100A100A的晶閘管實踐允許經(jīng)過的電流平均值的晶閘管實踐允許經(jīng)過的電流平均值最大電流最大電流iIm2/32fAVTdkII)25 . 1 (57. 1)(在給定晶閘管的額定電流之后，在給定晶閘管的額定電流之后，恣意波形的實踐允許電流平均值恣意波形的實踐允許電流平均值為為192正向平均電壓正向平均電壓

14、UF在指定的管殼溫度和散熱條件下，元件經(jīng)過在指定的管殼溫度和散熱條件下，元件經(jīng)過50Hz50Hz正弦半波額定正向平均值電流時，元件陽極和陰極之間正弦半波額定正向平均值電流時，元件陽極和陰極之間的電壓平均值，取規(guī)定系列級別稱為的電壓平均值，取規(guī)定系列級別稱為 ，簡稱管壓降，普通在，簡稱管壓降，普通在0.451V0.451V之間之間3 3額定電壓反向反復(fù)峰值電壓額定電壓反向反復(fù)峰值電壓URRMURRM對電力二極管所能反復(fù)施加的反向最頂峰值電壓。通常為擊穿電壓對電力二極管所能反復(fù)施加的反向最頂峰值電壓。通常為擊穿電壓UBUB的三分之二。的三分之二。運用時，假設(shè)電力二極管所接遭到的最大反向瞬時值電壓運

15、用時，假設(shè)電力二極管所接遭到的最大反向瞬時值電壓UDMUDM，那么其額定電壓普通選擇為，那么其額定電壓普通選擇為 URRM=URRM=2323 UDM UDM思索題：實踐電路中反向最頂峰值電壓為思索題：實踐電路中反向最頂峰值電壓為200V200V，選擇二極管的，選擇二極管的 URRM URRM是多少？是多少？ 4 4反向恢復(fù)時間反向恢復(fù)時間trrtrr trr= td+ tf trr= td+ tf205最高任務(wù)結(jié)溫最高任務(wù)結(jié)溫TJM結(jié)溫是指管芯結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用結(jié)的平均溫度，用TJ表示。表示。TJM是指在是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能接受的最高平均溫度。結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能

16、接受的最高平均溫度。TJM通常在通常在125175C范圍之內(nèi)。范圍之內(nèi)。6) 浪涌電流浪涌電流IFSM指電力二極管所能接受最大的延續(xù)一個或幾個工頻周期的過電流。指電力二極管所能接受最大的延續(xù)一個或幾個工頻周期的過電流。 21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(fù)特性的不同引見。特別是反向恢復(fù)特性的不同引見。1) 普通二極管普通二極管General Purpose Diode又稱整流二極管又稱整流二極管Rectifier Diode多用于開關(guān)頻率不高多用于開關(guān)頻率不高1kHz以下的整流電路。以下的整流電路。其反向恢復(fù)時間較長，普通為其反

17、向恢復(fù)時間較長，普通為5微秒以上。微秒以上。正向電流定額和反向電壓定額可以到達(dá)很高正向電流定額和反向電壓定額可以到達(dá)很高額定電流達(dá)數(shù)千安培額定電流達(dá)數(shù)千安培,額定電壓達(dá)數(shù)千伏以上。額定電壓達(dá)數(shù)千伏以上。222) 快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管 Fast Recovery DiodeFRD簡稱快速二極管快恢復(fù)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400V以下。從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個等級。前者trr為數(shù)百納秒或更長，后者那么在100ns以下，甚至到達(dá)2030ns。233. 肖

18、特基二極管肖特基二極管 以金屬和半導(dǎo)體接觸構(gòu)成的勢壘為根底的二極管稱以金屬和半導(dǎo)體接觸構(gòu)成的勢壘為根底的二極管稱為肖特基勢壘二極管為肖特基勢壘二極管Schottky Barrier Diode SBD。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。反向漏電流較大且對溫度敏感，故反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，且必需嚴(yán)厲地限制其任務(wù)溫度。肖特基二極管的優(yōu)點反向恢復(fù)時間很短1040ns。正向恢復(fù)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(fù)二極管效率高，其開關(guān)損耗和正導(dǎo)游通損耗都比快速二極管還小。24252.3.1 引言引言 2.3.2 晶閘管的構(gòu)造與任務(wù)原理晶閘

19、管的構(gòu)造與任務(wù)原理2.3.3 晶閘管的根本特性晶閘管的根本特性2.3.4 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)2.3.5 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件26晶閘管晶閘管ThyristorThyristor：晶體閘流管，可控硅整：晶體閘流管，可控硅整流器流器Silicon Controlled RectifierSCRSilicon Controlled RectifierSCR1956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)迅速開展和廣泛運用的嶄新時代。20世紀(jì)80年代以來，開場被全控型器件取代。能接受的電壓和電流容量最

20、高，任務(wù)可靠，在大容量的場所具有重要位置。27 圖2-4 晶閘管的外形ad，電氣圖形符號e，構(gòu)造f 外形有塑封型，螺栓型和平板型三種封裝。外形有塑封型，螺栓型和平板型三種封裝。 有三個聯(lián)接端。有三個聯(lián)接端。 螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極，能與散熱器嚴(yán)密聯(lián)接且安裝方便。螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極，能與散熱器嚴(yán)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。平板型晶閘管可由兩個散熱器將其夾在中間。28v 常用晶閘管的構(gòu)造常用晶閘管的構(gòu)造29 按晶體管的任務(wù)原理 ，得：111CBOAcIII222CBOKcIIIGAKIII21ccAIII2-22-12-33-4式中式中1 1和和2

21、2分別是晶體管分別是晶體管V1V1和和V2V2的共基極電流增益；的共基極電流增益；ICBO1ICBO1和和ICBO2ICBO2分別是分別是V1V1和和V2V2的共基極漏電的共基極漏電流。由以上式可得流。由以上式可得 ：)(121CBO2CBO1G2AIIII2-5圖圖2-5 晶閘管的雙晶體管模型及其任務(wù)原理晶閘管的雙晶體管模型及其任務(wù)原理a) 雙晶體管模型雙晶體管模型 b) 任務(wù)原理任務(wù)原理30v 在低發(fā)射極電流下在低發(fā)射極電流下 是很小的，而當(dāng)發(fā)射極電流建立是很小的，而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來之后，起來之后， 迅速增大。迅速增大。v v 阻斷形狀：阻斷形狀：IG=0IG=0，1+1+2 2很小。

22、流過晶閘管的漏電很小。流過晶閘管的漏電流稍大于兩個晶體管漏電流之和。流稍大于兩個晶體管漏電流之和。v 開通形狀：注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大開通形狀：注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致以致1+1+2 2趨近于趨近于1 1的話，流過晶閘管的電流的話，流過晶閘管的電流IAIA，將，將趨近于無窮大，實現(xiàn)飽和導(dǎo)通。趨近于無窮大，實現(xiàn)飽和導(dǎo)通。IAIA實踐由外電路決議。實踐由外電路決議。31其他幾種能夠?qū)ǖ那闆r：其他幾種能夠?qū)ǖ那闆r： 陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值呵斥雪崩效應(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運用于高壓電力設(shè)備

23、中，稱為光控晶閘管Light Triggered ThyristorLTT。 只需門極觸發(fā)是最準(zhǔn)確、迅速而可靠的控制手段。32晶閘管正常任務(wù)時的特性總結(jié)如下：晶閘管正常任務(wù)時的特性總結(jié)如下：接受反向電壓時，不論門極能否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導(dǎo)通。接受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才干開通。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制造用。要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下 。331 1 靜態(tài)特性靜態(tài)特性1正向特性IG=0時，器件兩端施加正向電壓，只需很小的正向漏電流，為正向阻斷形狀。正向電壓超越正向轉(zhuǎn)機電壓Ubo，那么漏電流急劇增大，器件開通。隨著門極電流幅值的增大

24、，正向轉(zhuǎn)機電壓降低。晶閘管本身的壓降很小，在1V左右。正向正向阻斷阻斷反向反向陰斷陰斷圖圖2-6 晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性IG2IG1IG342反向特性反向特性v 反向特性類似二極管的反反向特性類似二極管的反向特性。向特性。v 反向阻斷形狀時，只需極反向阻斷形狀時，只需極小的反相漏電流流過。小的反相漏電流流過。v 當(dāng)反向電壓到達(dá)反向擊穿當(dāng)反向電壓到達(dá)反向擊穿電壓后，能夠?qū)е戮чl管電壓后，能夠?qū)е戮чl管發(fā)熱損壞。發(fā)熱損壞。URO圖圖2-7 晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性IG2IG1IG35(1) 開經(jīng)過程延遲時間td (0.51.5s)上升時間tr (0.53s)開通時間tgt以上兩者

25、之和， tgt=td+ tr td與門極電流有關(guān)， tr 與晶閘管本身特性和外電路的電感有關(guān)， td和 tr與陽極電壓的大小有關(guān)。2 動態(tài)特性動態(tài)特性(2) 關(guān)斷過程反向阻斷恢復(fù)時間trr正向阻斷恢復(fù)時間tgr關(guān) 斷 時 間 t q 以 上 兩 者 之 和tq=trr+tgr 普通晶閘管的關(guān)斷時間約幾百微秒圖圖2-8 晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形361電壓定額電壓定額v 正向反復(fù)峰值電壓正向反復(fù)峰值電壓UDRMUDRMv 在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重允許重v 復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。v 反向反復(fù)峰值電壓反

26、向反復(fù)峰值電壓URRMURRMv 在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重允許重v 復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。v 反復(fù)峰值電壓反復(fù)峰值電壓 額定電壓額定電壓UTeUTev 通常取晶閘管的通常取晶閘管的UDRMUDRM和和URRMURRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。URO選用時，普通取額選用時，普通取額定電壓為正常任務(wù)時定電壓為正常任務(wù)時晶閘管所接受峰值電晶閘管所接受峰值電壓壓2323倍，即：倍，即：UTe=(23)UTMUTe=(23)UTM3757. 1 /) 25 . 1 ()(TAVTII()01

27、sin()2mT AVmIIItdt2 2電流定額電流定額 額定通態(tài)平均電流額定通態(tài)平均電流 IT(AV IT(AV 在環(huán)境溫度為在環(huán)境溫度為4040C C和規(guī)定的冷卻形狀下，晶閘管導(dǎo)通角和規(guī)定的冷卻形狀下，晶閘管導(dǎo)通角不小于不小于170170的電阻性負(fù)載電路中，當(dāng)穩(wěn)定結(jié)溫不超越額定結(jié)溫的電阻性負(fù)載電路中，當(dāng)穩(wěn)定結(jié)溫不超越額定結(jié)溫時所允許流過的工頻正弦半波電流的平均值。將該電流按晶閘時所允許流過的工頻正弦半波電流的平均值。將該電流按晶閘管規(guī)范電流系列取值，稱為該晶閘管的額定電流。管規(guī)范電流系列取值，稱為該晶閘管的額定電流。 運用時應(yīng)按有效值相等的原那么來選取晶閘管。思索運用時應(yīng)按有效值相等的原

28、那么來選取晶閘管。思索1.521.52倍裕量。倍裕量。38fAVTdkII)25 . 1 (57. 1)(201(sin)()22mTIItdt()()1.571.572TTT AVT AVdIIIIITfd，I波形系數(shù):K =， 為任意波形的允許平均電流I電流波形的有效值：電流波形的有效值：有效值與平均值之比：有效值與平均值之比：在給定晶閘管的額定電流在給定晶閘管的額定電流之后，恣意波形的實踐允之后，恣意波形的實踐允許電流平均值為許電流平均值為()01sin()2mT AVmIIItdt39331sin()0.2424mdmmIIItdtI23113(sin)()0.462616TmmItd

29、tIImfm0.46IK =1.920.24IId1.57 100=41A2 1.92171mIAdI41=0.240.24解：實踐電流平均值解：實踐電流平均值電流有效值電流有效值波形系數(shù)波形系數(shù)100A100A的晶閘管實踐允許經(jīng)過的電流平均值的晶閘管實踐允許經(jīng)過的電流平均值最大電流最大電流40 維持電流維持電流 IH IH 使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。 擎住電流擎住電流 IL IL 晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后， 能能維持導(dǎo)通所需的最小電流。對同一晶閘管來說，通常維持導(dǎo)通所需的最小電流。對同一晶閘管來說

30、，通常ILIL約為約為IHIH的的2424倍。倍。 浪涌電流浪涌電流ITSMITSM 指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超越額定結(jié)指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超越額定結(jié)溫的不反復(fù)性最大正向過載電流溫的不反復(fù)性最大正向過載電流 。其有上下兩個級，。其有上下兩個級，可作為設(shè)計維護電路的根據(jù)?？勺鳛樵O(shè)計維護電路的根據(jù)。413 3動態(tài)參數(shù)動態(tài)參數(shù) 除開通時間除開通時間tgttgt和關(guān)斷時間和關(guān)斷時間tqtq外，還有：外，還有：斷態(tài)電壓臨界上升率斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt du/dt 指在額定結(jié)溫暖門極開路的情況下，不導(dǎo)致晶指在額定結(jié)溫暖門極開路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通閘管從斷態(tài)到通 態(tài)轉(zhuǎn)換

31、的外加電壓最大上升率。態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率。 電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導(dǎo)通閘管誤導(dǎo)通 。 通態(tài)電流臨界上升率通態(tài)電流臨界上升率di/dtdi/dt 指在規(guī)定條件下，晶閘管能接受而無有害影響指在規(guī)定條件下，晶閘管能接受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率。的最大通態(tài)電流上升率。 假設(shè)電流上升太快，能夠呵斥部分過熱而使晶閘假設(shè)電流上升太快，能夠呵斥部分過熱而使晶閘管損壞。管損壞。42(1)雙向晶閘管的外形及構(gòu)造雙向晶閘管的外形及構(gòu)造雙向晶閘管雙向晶閘管(TRIAC)是一種是一種NPNPN 的五層三端的五層三端(T1、T2和和G)元

32、件，有四個元件，有四個PN 結(jié)。結(jié)。1)1)雙向晶閘管雙向晶閘管Triode AC SwitchTRIACTriode AC SwitchTRIAC或或Bidirectional triode thyristorBidirectional triode thyristor 可以為是一對反并聯(lián)聯(lián)接的普可以為是一對反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成。通晶閘管的集成。 有兩個主電極有兩個主電極T1T1和和T2T2，一個門，一個門極極GG。圖圖2-9 2-9 雙向晶閘管雙向晶閘管43(2) 伏安特性與參數(shù)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

33、電流值(ITRMS)。雙向晶閘管與普通晶閘管額定電流換算關(guān)系。()()()20.45T AVT RMST RMSTII圖圖2-10 2-10 雙向晶閘管的電氣圖雙向晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性形符號和伏安特性a) a) 電氣圖形符號電氣圖形符號 b) b) 伏安特性伏安特性44(3)觸發(fā)方式無論T1與T2間的電壓極性如何，給門極G 和主電極T2間施加正觸發(fā)電流(IG從G 流入，從T2流出)或負(fù)觸發(fā)電流(IG從T2流入，從G 流出)，均能使雙向晶閘管導(dǎo)通。根據(jù)施加于T1和T2間的電壓極性與控制門極信號極性的不同，雙向晶閘管有四種任務(wù)方式(見表1-1)。在不同任務(wù)方式下器件的觸發(fā)靈敏度不同，其中

34、以III+方式的靈敏度最低。因此，實踐運用中常用靈敏度較高的I-、III-方式或I+、III-方式。表表2-1 2-1 雙向晶閘管的任務(wù)方式雙向晶閘管的任務(wù)方式452) 2) 快速晶閘管快速晶閘管Fast Switching Thyristor Fast Switching Thyristor FST)FST)有快速晶閘管和高頻晶閘管。有快速晶閘管和高頻晶閘管。開關(guān)時間以及開關(guān)時間以及du/dt和和di/dt耐量都有明顯改善。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。左右。高頻晶閘管的缺乏在

35、于其電壓和電流定額都不易做高。高頻晶閘管的缺乏在于其電壓和電流定額都不易做高。由于任務(wù)頻率較高，不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。由于任務(wù)頻率較高，不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。463) 逆導(dǎo)晶閘管逆導(dǎo)晶閘管Reverse Conducting ThyristorRCT將晶閘管反并聯(lián)一將晶閘管反并聯(lián)一個二極控制造在同個二極控制造在同一管芯上的功率集一管芯上的功率集成器件。不具有接成器件。不具有接受反向電壓的才干。受反向電壓的才干。具有正向壓降小、具有正向壓降小、關(guān)斷時間短、高溫關(guān)斷時間短、高溫特性好、額定結(jié)溫特性好、額定結(jié)溫高等優(yōu)點。高等優(yōu)點。a)KGA圖圖2-11 逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖逆導(dǎo)晶閘管的

36、電氣圖形符號和伏安特性形符號和伏安特性a) 電氣圖形符號電氣圖形符號 b) 伏安特伏安特性性474) 光控晶閘管光控晶閘管Light Triggered ThyristorLTT又稱光觸發(fā)晶閘管，又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長的光是利用一定波長的光照信號觸發(fā)導(dǎo)通的晶照信號觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。閘管。光觸發(fā)保證了主電路光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕與控制電路之間的絕緣，且可防止電磁干緣，且可防止電磁干擾的影響。擾的影響。因此目前在高壓大功因此目前在高壓大功率的場所。率的場所。AGKa)圖圖212 光控晶閘管的電氣圖形符號光控晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性和伏安特性a) 電氣圖形符號電氣圖形符

37、號 b) 伏安特性伏安特性485) 5) 晶閘管的命名晶閘管的命名492.4.1 引言引言 2.4.2 GTO的構(gòu)造和任務(wù)原理的構(gòu)造和任務(wù)原理2.4.3 GTO的動態(tài)特性的動態(tài)特性2.4.4 GTO的主要參數(shù)的主要參數(shù)50門極關(guān)斷晶閘管門極關(guān)斷晶閘管Gate-Turn-Off Thyristor GTO晶閘管的一種派生器件。晶閘管的一種派生器件。可以經(jīng)過在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷。可以經(jīng)過在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷。GTOGTO的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，因此在兆瓦級以上的大功率場所仍有較多近，因此在兆瓦級以上的大功率場所仍有較多的運用。

38、的運用。51 構(gòu)造：構(gòu)造： 與普通晶閘管的一樣點：與普通晶閘管的一樣點： PNPN四層半導(dǎo)體構(gòu)造，四層半導(dǎo)體構(gòu)造，外部引出陽極、陰極和門極。外部引出陽極、陰極和門極。 和普通晶閘管的不同點：和普通晶閘管的不同點：GTO是一種多元的功率集是一種多元的功率集成器件。成器件。圖圖2-13 GTO2-13 GTO的內(nèi)部構(gòu)造和電氣圖形符號的內(nèi)部構(gòu)造和電氣圖形符號 a) a) 各單元的陰極、門極間隔陳列的圖形各單元的陰極、門極間隔陳列的圖形 b) b) 并聯(lián)單元構(gòu)造斷面表示圖并聯(lián)單元構(gòu)造斷面表示圖 c) c) 電氣圖形符號電氣圖形符號AKGCc)圖 1-13AGKGGKN1P1N2N2P2b)a)AGKG

39、KN2P2N2N1P1A52v 任務(wù)原理：任務(wù)原理：v 與普通晶閘管一樣，可以用圖與普通晶閘管一樣，可以用圖2-13所示的雙晶體管模型來所示的雙晶體管模型來分析。分析。 RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)圖圖2-13 2-13 晶閘管的雙晶體管模型及其任務(wù)原理晶閘管的雙晶體管模型及其任務(wù)原理 由由P1N1P2P1N1P2和和N1P2N2N1P2N2構(gòu)成的兩個晶體管構(gòu)成的兩個晶體管V1V1、V2V2分別分別具有共基極電流增益具有共基極電流增益1 1和和2 2 。 1+1+ 2121是器件臨界導(dǎo)通的條件。是器件臨界導(dǎo)通的條件。53v

40、 GTOGTO可以經(jīng)過門極關(guān)斷的緣由是其與普通晶閘管有如下區(qū)別可以經(jīng)過門極關(guān)斷的緣由是其與普通晶閘管有如下區(qū)別： 設(shè)計設(shè)計2較大，使晶體管較大，使晶體管V2控控 制靈敏，晶體管制靈敏，晶體管V1飽和度較淺，飽和度較淺，易于易于GTO控制。控制。 導(dǎo)通時導(dǎo)通時1+2更接近更接近1，導(dǎo)，導(dǎo)通時接近臨界飽和，有利門極通時接近臨界飽和，有利門極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時管壓降增控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時管壓降增大。大。 多元集成構(gòu)造，使得多元集成構(gòu)造，使得P2基區(qū)基區(qū)較薄橫向電阻很小，能從較薄橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。門極抽出較大電流。 RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2b)圖圖

41、2-14 晶閘管的任務(wù)原理晶閘管的任務(wù)原理54 結(jié)論：GTO導(dǎo)經(jīng)過程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時飽和程度較淺。GTO關(guān)斷過程中有劇烈正反響使器件退出飽和而關(guān)斷。多元集成構(gòu)造還使GTO比普通晶閘管開經(jīng)過程快，接受di/dt才干強 。55v開經(jīng)過程：與普通晶閘管一樣開經(jīng)過程：與普通晶閘管一樣v關(guān)斷過程：與普通晶閘管有所關(guān)斷過程：與普通晶閘管有所不同不同v儲存時間儲存時間tsts使等效晶體管退使等效晶體管退出飽和。出飽和。v下降時間下降時間tf tf 等效晶體管從飽等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū)，陽極電流逐漸和區(qū)退至放大區(qū)，陽極電流逐漸減小。減小。v尾部時間尾部時間tt tt 殘存載流子復(fù)合。殘存載流

42、子復(fù)合。v通常通常tf tf比比tsts小得多，而小得多，而tt tt比比tsts要要長。長。v門極負(fù)脈沖電流幅值越大，門極負(fù)脈沖電流幅值越大，tsts越短。越短。Ot0tiGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6 圖215 GTO的開通和關(guān)斷過程電流波形56 許多參數(shù)和普通晶閘管相應(yīng)的參數(shù)意義一樣，以下只引見意義不同的參數(shù)。1開通時間開通時間ton 延遲時間與上升時間之和。延遲時間普通約12s，上升時間那么隨通態(tài)陽極電流的增大而增大。2 關(guān)斷時間關(guān)斷時間toff 普通指儲存時間和下降時間之和，不包括尾部時間。下降時間普通小于2s。不少不少GTO都制呵斥逆

43、導(dǎo)型，類似于逆導(dǎo)晶閘管，需都制呵斥逆導(dǎo)型，類似于逆導(dǎo)晶閘管，需接受反壓時，應(yīng)和電力二極管串聯(lián)接受反壓時，應(yīng)和電力二極管串聯(lián) 。573最大可關(guān)斷陽極電流最大可關(guān)斷陽極電流IATOGTO額定電流總方均根值。4 電流關(guān)斷增益電流關(guān)斷增益off 最大可關(guān)斷陽極電流與門極負(fù)脈沖電流最大值IGM之比稱為電流關(guān)斷增益。GMATOoffII off普通很小，只需5左右，這是GTO的一個主要缺陷。1000A的GTO關(guān)斷時門極負(fù)脈沖電流峰值要200A 。 58(5) 陽極尖峰電壓陽極尖峰電壓UP 是在下降時間末尾出現(xiàn)的極值電壓，它幾乎隨是在下降時間末尾出現(xiàn)的極值電壓，它幾乎隨陽極可關(guān)斷電流線性添加，陽極可關(guān)斷電流

44、線性添加， UP過高能夠?qū)е逻^高能夠?qū)е翯TO晶閘管失效。晶閘管失效。(6) 維持電流維持電流 是指陽極電流減小到開場出現(xiàn)是指陽極電流減小到開場出現(xiàn)GTO晶閘管不能晶閘管不能維持導(dǎo)通的數(shù)值。維持導(dǎo)通的數(shù)值。(7) 擎住電流擎住電流 是指是指GTO晶閘管經(jīng)門極觸發(fā)后，陽極電流上升晶閘管經(jīng)門極觸發(fā)后，陽極電流上升到堅持一切到堅持一切GTO晶閘管元導(dǎo)通導(dǎo)通的最低值。晶閘管元導(dǎo)通導(dǎo)通的最低值。592.5.1 引言引言2.5.2 GTR的構(gòu)造和任務(wù)原理的構(gòu)造和任務(wù)原理2.5.3 GTR的根本特性的根本特性2.5.4 GTR的主要參數(shù)的主要參數(shù)2.5.5 BJT與晶閘管的性能比較與晶閘管的性能比較 60術(shù)

45、語用法：術(shù)語用法：電力晶體管電力晶體管Giant TransistorGTR，直譯為巨型晶體管直譯為巨型晶體管 。耐 高 電 壓 、 大 電 流 的 雙 極 結(jié) 型 晶 體 管耐 高 電 壓 、 大 電 流 的 雙 極 結(jié) 型 晶 體 管Bipolar Junction TransistorBJT，英文有時候也稱為，英文有時候也稱為Power BJT。 運用運用20世紀(jì)世紀(jì)80年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力和電力MOSFET取代。取代。61圖圖2-16 GTR的構(gòu)造、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動的構(gòu)造

46、、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動 a) 內(nèi)部構(gòu)造斷面表示圖內(nèi)部構(gòu)造斷面表示圖 b) 電氣圖形符號電氣圖形符號 c) 內(nèi)部載流子的流動內(nèi)部載流子的流動e與普通的雙極結(jié)型晶體管根本原理是一樣的。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(dá)林頓接法組成的單元構(gòu)造。采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成 。62v 在運用中，在運用中，GTRGTR普通采用共發(fā)射極接法。普通采用共發(fā)射極接法。v 集電極電流集電極電流icic與基極電流與基極電流ibib之比為之比為v v GTR GTR的電流放大系數(shù)，反映了基極電流對集電極電流的的電流放大系數(shù)，反映了基極電流對集電極電流的控制才干控制

47、才干 。v 當(dāng)思索到集電極和發(fā)射極間的漏電流當(dāng)思索到集電極和發(fā)射極間的漏電流IceoIceo時，時，icic和和ibib的關(guān)系為的關(guān)系為 v v 單管單管GTRGTR的的 值比小功率的晶體管小得多，通常為值比小功率的晶體管小得多，通常為1010左右，采左右，采用達(dá)林頓接法可有效增大電流增益。用達(dá)林頓接法可有效增大電流增益。bciiic= ib +Iceo63v 達(dá)林頓達(dá)林頓GTRv 1.R1，R2：穩(wěn)定電阻，提供反向漏電流：穩(wěn)定電阻，提供反向漏電流v 通路，提高復(fù)合管的溫度穩(wěn)定性通路，提高復(fù)合管的溫度穩(wěn)定性v 2.VD1：加速二極管，為：加速二極管，為V2提供反向提供反向IB通通路路v 3.V

48、D2：續(xù)流二極管：續(xù)流二極管1211211121212(1)()CCCBBBIIIIII 1式中, =圖圖2-17 達(dá)林頓管達(dá)林頓管64 1) 靜態(tài)特性靜態(tài)特性共發(fā)射極接法時的典型輸出共發(fā)射極接法時的典型輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。飽和區(qū)。在電力電子電路中在電力電子電路中GTR任務(wù)任務(wù)在開關(guān)形狀。在開關(guān)形狀。在開關(guān)過程中，即在截止區(qū)在開關(guān)過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，要和飽和區(qū)之間過渡時，要經(jīng)過放大區(qū)。經(jīng)過放大區(qū)。圖圖2-18 共發(fā)射極接法時共發(fā)射極接法時GTR的的輸出特性輸出特性652) 動態(tài)特性 開經(jīng)過程開經(jīng)過程 延遲時間延遲時間td和上升時間和上升時間

49、tr，二者之，二者之和為開通時間和為開通時間ton。 加快開經(jīng)過程的方法加快開經(jīng)過程的方法 ：增大：增大ib和和dib/dt。 關(guān)斷過程關(guān)斷過程 儲存時間儲存時間ts和下降時間和下降時間tf，二者之，二者之和為關(guān)斷時間和為關(guān)斷時間toff 。 加快關(guān)斷速度的方法：減少導(dǎo)通加快關(guān)斷速度的方法：減少導(dǎo)通的飽和深度或增大基極抽取負(fù)電的飽和深度或增大基極抽取負(fù)電流流Ib2幅值和負(fù)偏壓。幅值和負(fù)偏壓。 GTR的開關(guān)時間在幾微秒以內(nèi)，的開關(guān)時間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和比晶閘管和GTO都短很多都短很多 。ibIb1Ib2Icsic0090% Ib110% Ib190% Ics10% Icst0t1t2t3t

50、4t5tttofftstftontrtd圖圖2-19 GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形的開通和關(guān)斷過程電流波形66 前已述及：電流放大倍數(shù)前已述及：電流放大倍數(shù)、直流電流增益、直流電流增益hFE、集射極間漏電流、集射極間漏電流Iceo、集射極間飽和壓降、集射極間飽和壓降Uces、開通時間、開通時間ton和關(guān)斷時間和關(guān)斷時間toff (此外還此外還有有)： 1) 最高任務(wù)電壓最高任務(wù)電壓 GTR上電壓超越規(guī)定值時會發(fā)生擊穿。上電壓超越規(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(guān)，還與外電路擊穿電壓不僅和晶體管本身特性有關(guān)，還與外電路接法有關(guān)。接法有關(guān)。BUcbo BUcex BUces B

51、Ucer Buceo。實踐運用時，最高任務(wù)電壓要比實踐運用時，最高任務(wù)電壓要比BUceo低得多。低得多。67 2) 集電極最大允許電流集電極最大允許電流IcM通常規(guī)定為通常規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的下降到規(guī)定值的1/21/3時所對應(yīng)的時所對應(yīng)的Ic 。實踐運用時要留有裕量，只能用到實踐運用時要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一點。的一半或稍多一點。 3) 集電極最大耗散功率集電極最大耗散功率PcM最高任務(wù)溫度下允許的耗散功率。最高任務(wù)溫度下允許的耗散功率。產(chǎn)品闡明書中給產(chǎn)品闡明書中給PcM時同時給出殼溫時同時給出殼溫TC，間接表示了最高任務(wù)溫度，間接表示了最高任務(wù)溫度 。68 GTR的二次

52、擊穿景象與平安任務(wù)區(qū)的二次擊穿景象與平安任務(wù)區(qū) 一次擊穿：集電極電壓升高至擊穿電壓時，一次擊穿：集電極電壓升高至擊穿電壓時，IcIc迅速增大。迅速增大。 只需只需IcIc不超越限制，不超越限制，GTRGTR普通不會損壞，任務(wù)特性也不變。普通不會損壞，任務(wù)特性也不變。 二次擊穿：一次擊穿發(fā)生時，二次擊穿：一次擊穿發(fā)生時，IcIc忽然急劇上升，電壓陡然下降。忽然急劇上升，電壓陡然下降。 經(jīng)常立刻導(dǎo)致器件的永久損壞，或者任務(wù)特性明顯衰變經(jīng)常立刻導(dǎo)致器件的永久損壞，或者任務(wù)特性明顯衰變 。 平安任務(wù)區(qū)平安任務(wù)區(qū)Safe Operating AreaSOA 最高電壓最高電壓UceM、集電極最、集電極最大

53、電流大電流IcM、最大耗散功率、最大耗散功率PcM、二次擊穿臨界限限定。、二次擊穿臨界限限定。SOAOIcIcMPSBPcMUceUceM圖圖2-20 GTR的平安任務(wù)區(qū)的平安任務(wù)區(qū)69工程工程晶閘管晶閘管BJT最高耐壓最高耐壓額定電流額定電流12000V4000A1200V600A開通時間開通時間幾微秒幾微秒幾微秒幾微秒關(guān)斷時間關(guān)斷時間幾十至幾百微秒幾十至幾百微秒幾微秒幾微秒正向壓降正向壓降12V0.10.7V單管單管0.82.1V達(dá)林頓管達(dá)林頓管漏電流漏電流幾毫安以下幾毫安以下幾百微安以下幾百微安以下開關(guān)方法及開關(guān)方法及所需能量所需能量開通：控制極觸發(fā)電流功率為幾瓦以開通：控制極觸發(fā)電流功

54、率為幾瓦以下下關(guān)斷：陰極加負(fù)電壓關(guān)斷：陰極加負(fù)電壓開通：基極流過電流功率為幾瓦以下開通：基極流過電流功率為幾瓦以下關(guān)斷：基極電流消逝關(guān)斷：基極電流消逝關(guān)斷時的維護關(guān)斷時的維護用緩沖電路抑制反峰電壓及用緩沖電路抑制反峰電壓及du/dt用緩沖電路將電壓電流限制在平安任務(wù)用緩沖電路將電壓電流限制在平安任務(wù)區(qū)區(qū)浪涌沖擊浪涌沖擊10倍的額定電流反復(fù)性倍的額定電流反復(fù)性20倍的額定電流非反復(fù)性倍的額定電流非反復(fù)性二倍的額定電流非反復(fù)性二倍的額定電流非反復(fù)性誤動作誤動作控制可靠性控制可靠性控制極干擾信號，過大的控制極干擾信號，過大的du/dt會引起誤觸發(fā)，會引起誤觸發(fā)，故需抑制措施，以防止電源短路損壞元件故

55、需抑制措施，以防止電源短路損壞元件基極干擾信號，過大基極干擾信號，過大du/dt呵斥瞬時導(dǎo)通，但可呵斥瞬時導(dǎo)通，但可復(fù)原，不致引起損壞。假設(shè)是電源短路，任務(wù)點復(fù)原，不致引起損壞。假設(shè)是電源短路，任務(wù)點超出平安任務(wù)區(qū)，會損壞元件超出平安任務(wù)區(qū)，會損壞元件維護維護無活動部件，不易損壞部件，需維護無活動部件，不易損壞部件，需維護同晶閘管同晶閘管壽命壽命半永久性半永久性半永久性半永久性二次擊穿二次擊穿不存在不存在存在存在702.6.1 引言引言 2.6.2 電力電力MOSFET的構(gòu)造和任務(wù)原理的構(gòu)造和任務(wù)原理2.6.3 電力電力MOSFET的特性的特性2.6.4 電力電力MOSFET的主要參數(shù)的主要參

56、數(shù)71v 分為結(jié)型和絕緣柵型分為結(jié)型和絕緣柵型v 通常主要指絕緣柵型中的通常主要指絕緣柵型中的MOSMOS型型Metal Oxide Metal Oxide Semiconductor Field Effect TransistorSemiconductor Field Effect Transistorv 簡稱電力簡稱電力MOSFETMOSFETPower MOSFETPower MOSFETv 結(jié)型電力場效應(yīng)晶體管普通稱作靜電感應(yīng)晶體管結(jié)型電力場效應(yīng)晶體管普通稱作靜電感應(yīng)晶體管Static Static Induction TransistorSITInduction Transistor

57、SIT 特點用柵極電壓來控制漏極電流 驅(qū)動電路簡單，需求的驅(qū)動功率小。 開關(guān)速度快，任務(wù)頻率高。 熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。 電流容量小，耐壓低，普通只適用于功率不超越10kW的電力電子安裝 。電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管72v電力電力MOSFET的種類的種類v 按導(dǎo)電溝道可分為按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和溝道和N溝道。溝道。v 耗盡型耗盡型當(dāng)柵極電壓為零時漏源極之間就當(dāng)柵極電壓為零時漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道。存在導(dǎo)電溝道。v 加強型加強型對于對于NP溝道器件，柵極電壓溝道器件，柵極電壓大于小于零時才存在導(dǎo)電溝道。大于小于零時才存在導(dǎo)電溝道。v 電力電力MOSFET主要是主要是N溝道加強型。溝道加強

58、型。73v 電力電力MOSFET的構(gòu)造的構(gòu)造N+GSDP 溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN 溝道圖1-19是單極型晶體管。是單極型晶體管。導(dǎo)電機理與小功率導(dǎo)電機理與小功率MOS管一樣，但構(gòu)造上有較大區(qū)別。管一樣，但構(gòu)造上有較大區(qū)別。采用多元集成構(gòu)造，不同的消費廠家采用了不同設(shè)計：采用多元集成構(gòu)造，不同的消費廠家采用了不同設(shè)計： 1.國際整流器公司國際整流器公司International Rectifier的的HEXFET采用了六邊形單元采用了六邊形單元 2.西門子公司西門子公司Siemens的的SIPMOSFET采用了正方形單元采用了正方形單元 3. 摩托羅拉公司摩托羅拉

59、公司Motorola的的TMOS采用了矩形單元按采用了矩形單元按“品字形陳列品字形陳列 圖圖2-21 電力電力MOSFET的結(jié)的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號構(gòu)和電氣圖形符號74v小功率小功率MOSMOS管是橫導(dǎo)游電器件。管是橫導(dǎo)游電器件。v電力電力MOSFETMOSFET大都采用垂直導(dǎo)大都采用垂直導(dǎo)v 電構(gòu)造，又稱為電構(gòu)造，又稱為VMOSFETVMOSFETv Vertical MOSFETVertical MOSFET。v按垂直導(dǎo)電構(gòu)造的差別，分為利按垂直導(dǎo)電構(gòu)造的差別，分為利v 用用V V型槽實現(xiàn)垂直導(dǎo)電的型槽實現(xiàn)垂直導(dǎo)電的VVMOSFETVVMOSFETv 和具有垂直導(dǎo)電雙分散和具有垂直導(dǎo)電雙分散

60、MOSMOS構(gòu)造的構(gòu)造的v VDMOSFET VDMOSFETVertical Double-Vertical Double-v diffused MOSFET diffused MOSFET。v這里主要以這里主要以VDMOSVDMOS器件為例進展討論。器件為例進展討論。BG柵柵極極D漏極漏極SiO2P型硅襯底型硅襯底S源極源極圖圖2-22 2-22 小功率小功率MOSMOS管構(gòu)造圖管構(gòu)造圖N+N+75VVMOSFET和和VDMOSFET 圖圖2-23 VVMOSFET和和UMOSFET根本構(gòu)造根本構(gòu)造 電場集中，電場集中，不易提高不易提高耐壓耐壓76 截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零