電力電子器件60937課件

第1章電力電子器件1.1電力電子器件概述1.1.1電力電子器件的概念和特征概念：主電路（PowerCircuit）-電氣設備或電力系統(tǒng)中，直接承擔電能的變換或控制任務的電路。電力電子器件（powerelectronicdevice）—可直接用于處理電能的主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。電力電子器件的特征：(1)能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力，是最重要的參數其處理電功率的能力小至毫瓦級，大至兆瓦級,大多都遠大于處理信息的電子器件。(2)電力電子器件一般都工作在開關狀態(tài)導通時（通態(tài)）阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，而電流由外電路決定阻斷時（斷態(tài)）阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，而管子兩端電壓由外電路決定動態(tài)特性和參數，也是電力電子器件特性很重要的方面，有些時候甚至上升為第一位的重要問題作電路分析時，為簡單起見往往用理想開關來代替1.1.2應用電力電子器件的系統(tǒng)組成圖1-1電力電子器件在實際應用中的系統(tǒng)組成電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅動電路和以電力電子器件為核心的主電路組成在一個電力電子系統(tǒng)中還包括：檢測電路。檢測實際信號。電氣隔離電路。將主電路和控制電路利用光、磁等手段隔離。保護電路。電力電子器件承受過電壓和過電流的能力較差，因此在主電路和控制電路中需要附加一些保護電路，以保證整個電力系統(tǒng)和電力電子器件的正常運行。器件一般有三個端子，其中兩個聯(lián)結在主電路中，而第三端被稱為控制端。器件通斷是通過在其控制端和一個主電路端子之間加一定的信號來控制的，這個主電路端子是驅動電路和主電路的公共端。1.1.3電力電子器件的分類(1)

半控型器件—控制信號可以控制導通而不能控制關斷晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件器件的關斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定(2)

全控型器件—既可控制其導通又可控制其關斷絕緣柵雙極晶體管（Insulated-GateBipolarTransistor——IGBT）電力場效應晶體管（PowerMOSFET，簡稱為電力MOSFET）門極可關斷晶閘管（Gate-Turn-OffThyristor—GTO）(3)

不可控器件—不能用控制信號來控制其通斷電力二極管（PowerDiode）：

只有兩個端子，器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類：根據驅動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的有效信號的波形分兩類：脈沖觸發(fā)型——在控制端施加一個脈沖信號來控制器件的通斷，一旦器件進入導通或阻斷，器件能維持開通或阻斷。電平控制型——必須始終在控制端施加一定電平的信號來維持器件的開通或阻斷。單極型器件——由一種載流子參與導電的器件雙極型器件——由電子和空穴兩種載流子參與導電的器件復合型器件——由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件按照器件內部電子和空穴兩種載流子參與導電的情況分為三類：本章內容和學習要點介紹各種器件的工作原理、基本特性、主要參數以及選擇和使用中應注意的一些問題，電力電子器件的驅動、保護和串、并聯(lián)使用這三個問題在后面講述。最重要的是掌握其基本特性掌握電力電子器件參數和特性曲線的使用方法，這是在實際中正確應用電力電子器件的兩個基本要求1.2.1PN結與電力二極管的工作原理結構和原理與信息電子電路中的二極管一樣,以半導體PN結為基礎組成：由一個面積較大的PN結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、結構和電氣圖形符號

a)外形b)結構c)電氣圖形符號圖1-3PN結的形成PN結的正向導通狀態(tài)電導調制效應使得PN結在正向電流較大時壓降仍然很低，維持在1V左右，所以正向偏置的PN結表現(xiàn)為低阻態(tài)PNPNPN結的反向擊穿有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式，可能導致熱擊穿PN結的電容效應：

PN結的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應，稱為結電容CJ，又稱為微分電容。結電容按其產生機制和作用的差別分為勢壘電容CB和擴散電容CDPN結的反向截止狀態(tài)

PN結的單向導電性：二極管的基本原理就在于PN結的單向導電性這一主要特征電力二極管和信息電子電路中的普通二極管區(qū)別：正向導通時要流過很大的電流，其電流密度較大，因而額外載流子的注入水平較高，電導調制效應不能忽略引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響承受的電流變化率di/dt較大，因而其引線和器件自身的電感效應也會有較大影響為了提高反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降較大1.2.2電力二極管的基本特性圖1-4電力二極管的伏安特性1.靜態(tài)特性主要指伏安特性

當電力二極管承受的正向電壓大到一定值（門檻電壓UTO），正向電流才開始明顯增加，處于穩(wěn)定導通狀態(tài)。與正向電流IF對應的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。當電力二極管承受反向電壓時，只有少子引起的微小而數值恒定的反向漏電流PNPN2.動態(tài)特性因結電容的存在，狀態(tài)之間的轉換必然有一個過渡過,此過程中的電壓—電流特性是隨時間變化的開關特性——反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉換過程關斷過程：須經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)

在關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開通過程：電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個過沖UFP，經過一段時間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個值（如2V）。這一動態(tài)過程時間被稱為正向恢復時間tfr。電導調制效應起作用需一定的時間來儲存大量少子，達到穩(wěn)態(tài)導通前管壓降較大正向電流的上升會因器件自身的電感而產生較大壓降。電流上升率越大，UFP越高1.2.3電力二極管的主要參數1.正向平均電流IF(AV)

額定電流——在指定的管殼溫度（簡稱殼溫，用TC表示）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正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應來定義的，因此使用時應按有效值相等的原則來選取電流定額，并應留有一定的裕量。當用在頻率較高的場合時，開關損耗造成的發(fā)熱往往不能忽略當采用反向漏電流較大的電力二極管時，其斷態(tài)損耗造成的發(fā)熱效應也不小2.正向壓降UF指電力二極管在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時對應的正向壓降有時參數表中也給出在指定溫度下流過某一瞬態(tài)正向大電流時器件的最大瞬時正向壓降3.反向重復峰值電壓URRM指對電力二極管所能重復施加的反向最高峰值電壓通常是其雪崩擊穿電壓UB的2/3使用時，往往按照電路中電力二極管可能承受的反向最高峰值電壓的兩倍來選定4.最高工作結溫TJM結溫是指管芯PN結的平均溫度，用TJ表示最高工作結溫是指在PN結不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度TJM通常在125~175C范圍之內5.反向恢復時間trrtrr=td+tf，關斷過程中，電流降到0起到恢復反響阻斷能力止的時間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。2.快恢復二極管（FastRecoveryDiode-FRD）恢復過程很短特別是反向恢復過程很短（5s以下）的二極管，也簡稱快速二極管工藝上多采用了摻金措施有的采用PN結型結構有的采用改進的PiN結構采用外延型PiN結構的的快恢復外延二極管（FastRecoveryEpitaxialDiodes——FRED）,其反向恢復時間更短（可低于50ns），正向壓降也很低（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和超快速恢復兩個等級。前者反向恢復時間為數百納秒或更長，后者則在100ns以下，甚至達到20~30ns。3.肖特基二極管以金屬和半導體接觸形成的勢壘為基礎的二極管稱為肖特基勢壘二極管（SchottkyBarrierDiode——SBD），簡稱為肖特基二極管20世紀80年代以來,由于工藝的發(fā)展得以在電力電子電路中廣泛應用肖特基二極管的弱點反向耐壓提高其正向壓降也會高得不能滿足要求,多用于200V以下反向漏電流較大且對溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴格地限制其工作溫度肖特基二極管的優(yōu)點反向恢復時間很短（10~40ns）正向恢復過程中也不會有明顯的電壓過沖在反向耐壓較低的情況下其正向壓降很小，明顯低于快恢復二極管其開關損耗和正向導通損耗都比快速二極管還要小，效率高1.3半控型器件-晶閘管晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器（SiliconControlledRectifier——SCR）1956年美國貝爾實驗室（BellLab）發(fā)明了晶閘管1957年美國通用電氣公司（GE）開發(fā)出第一只晶閘管產品1958年商業(yè)化開辟了電力電子技術迅速發(fā)展和廣泛應用的嶄新時代20世紀80年代以來，開始被性能更好的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往往專指晶閘管的一種基本類型——普通晶閘管廣義上講，晶閘管還包括其許多類型的派生器件圖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Ic1=1IA+ICBO1

（1-1）Ic2=2IK+ICBO2

（1-2）

IK=IA+IG

（1-3）

IA=Ic1+Ic2

（1-4）式中1和2分別是晶體管V1和V2的共基極電流增益；ICBO1和ICBO2分別是V1和V2的共基極漏電流。IG---IB2---IC2=IB1

---IC1

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（門極觸發(fā)）：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的話，流過晶閘管的電流IA（陽極電流）將趨近于無窮大，實現(xiàn)飽和導通。IA實際由外電路決定。

晶體管的特性是：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，迅速增大。只有門極觸發(fā)（包括光觸發(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：陽極電壓升高至相當高的數值造成雪崩效應

陽極電壓上升率du/dt過高結溫較高光直接照射硅片，即光觸發(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用于高壓電力設備中之外，其它都因不易控制而難以應用于實踐，稱為光控晶閘管（LightTriggeredThyristor——LTT）di/dt過大1.3.2晶閘管的基本特性1.靜態(tài)特性承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用要使晶閘管關斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數值以下圖1-8晶閘管的伏安特性IG2>IG1>IG第III象限的是反向特性第I象限的是正向特性AvalanchebreakdownIG=0時，器件兩端施加正向電壓，正向阻斷狀態(tài)，只有很小的正向漏電流流過，正向電壓超過臨界極限即正向轉折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通隨著門極電流幅值的增大，正向轉折電壓降低導通后的晶閘管特性和二極管的正向特性相仿晶閘管本身的壓降很小，在1V左右導通期間，如果門極電流為零，并且陽極電流降至接近于零的某一數值IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài)。IH稱為維持電流。Holdingcurrent晶閘管上施加反向電壓時，伏安特性類似二極管的反向特性

晶閘管的門極觸發(fā)電流從門極流入晶閘管，從陰極流出陰極是晶閘管主電路與控制電路的公共端門極觸發(fā)電流也往往是通過觸發(fā)電路在門極和陰極之間施加觸發(fā)電壓而產生的晶閘管的門極和陰極之間是PN結J3，其伏安特性稱為門極伏安特性。為保證可靠、安全的觸發(fā)，觸發(fā)電路所提供的觸發(fā)電壓、電流和功率應限制在可靠觸發(fā)區(qū)。2.動態(tài)特性圖1-9晶閘管的開通和關斷過程波形1)開通過程延遲時間td：門極電流階躍時刻開始，到陽極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的10%時間上升時間tr：陽極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時間開通時間tgt以上兩者之和，

tgt=td+tr

（1-6）普通晶閘管延遲時間為0.5~1.5s，上升時間為0.5~3s門極電流陽極電壓2)關斷過程反向阻斷恢復時間trr：正向電流降為零到反向恢復電流衰減至接近零的時間正向阻斷恢復時間tgr：晶閘管要恢復其對正向電壓的阻斷能力還需要一段時間在正向阻斷恢復時間內如果重新對晶閘管施加正向電壓，晶閘管會重新正向導通實際應用中，應對晶閘管施加足夠長時間的反向電壓，使晶閘管充分恢復對正向電壓的阻斷能力，電路才能可靠工作關斷時間tq：trr與tgr之和，即tq=trr+tgr

普通晶閘管的關斷時間約幾百微秒。延遲時間為0.5~1.5s上升時間為0.5~3s1.3.3晶閘管的主要參數1.電壓定額1)

斷態(tài)重復峰值電壓UDRM——在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復加在器件上的正向峰值電壓。2)

反向重復峰值電壓URRM——在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復加在器件上的反向峰值電壓。3)

通態(tài)（峰值）電壓UTM——晶閘管通以某一規(guī)定倍數的額定通態(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。選用時，額定電壓要留有一定裕量,一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓2~3倍2.電流定額1)

通態(tài)平均電流IT(AV)--額定電流晶閘管在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結溫不超過額定結溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。使用時應按實際電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原則來選取晶閘管應留一定的裕量，一般取1.5~2倍2)

維持電流IH—使晶閘管維持導通所必需的最小電流一般為幾十到幾百毫安，與結溫有關，結溫越高，則IH越小3)

擎住電流IL--晶閘管剛從斷態(tài)轉入通態(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2~4倍4)

浪涌電流ITSM--指由于電路異常情況引起的并使結溫超過額定結溫的不重復性最大正向過載電流通態(tài)轉入斷態(tài)3.動態(tài)參數除開通時間tgt和關斷時間tq外，還有：(1)

斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt

指在額定結溫和門極開路的情況下，不導致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉換的外加電壓最大上升率在阻斷的晶閘管兩端施加的電壓具有正向的上升率時，相當于一個電容的J2結會有充電電流流過，被稱為位移電流。此電流流經J3結時，起到類似門極觸發(fā)電流的作用。如果電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導通(2)

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，則晶閘管剛一開通，便會有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內，從而造成局部過熱而使晶閘管損壞1.3.4晶閘管的派生器件1.快速晶閘管（FastSwitchingThyristor——FST)包括所有專為快速應用而設計的晶閘管，有快速晶閘管和高頻晶閘管管芯結構和制造工藝進行了改進，開關時間以及du/dt和di/dt耐量都有明顯改善普通晶閘管關斷時間數百微秒，快速晶閘管數十微秒，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，選擇通態(tài)平均電流時不能忽略其開關損耗的發(fā)熱效應2.雙向晶閘管（TriodeACSwitch--TRIAC或Bidirectionaltriodethyristor）圖1-10電氣圖形符號和伏安特性a)電氣圖形符號b)伏安特性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正反兩方向均可觸發(fā)導通，所以雙向晶閘管在第Ｉ和第III象限有對稱的伏安特性與一對反并聯(lián)晶閘管相比是經濟的，且控制電路簡單，在交流調壓電路、固態(tài)繼電器（SolidStateRelay——SSR）和交流電機調速等領域應用較多通常用在交流電路中，因此不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。3.逆導晶閘管（ReverseConductingThyristor——RCT）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、關斷時間短、高溫特性好、額定結溫高等優(yōu)點逆導晶閘管的額定電流有兩個，一個是晶閘管電流，一個是反并聯(lián)二極管的電流圖1-11電氣圖形符號和伏安特性a)電氣圖形符號b)伏安特性4.光控晶閘管（LightTriggeredThyristor——LTT）圖1-12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)導通的晶閘管小功率光控晶閘管只有陽極和陰極兩個端子大功率光控晶閘管則還帶有光纜，光纜上裝有作為觸發(fā)光源的發(fā)光二極管或半導體激光器光觸發(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，因此目前在高壓大功率的場合，如高壓直流輸電和高壓核聚變裝置中，占據重要的地位1.4典型全控型器件

全控型電力電子器件將電力電子技術帶入了一個新時代。典型代表有：門極可關斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應晶體管和絕緣雙極晶體管等。1.4.1門極可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管（Gate-Turn-OffThyristor—GTO）可以通過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：GTO是一種多元的功率集成器件，內部包含數十個甚至數百個共陽極的小GTO元，這些GTO元的陰極和門極則在器件內部并聯(lián)在一起圖1-7晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理工作原理：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1+2=1是器件臨界導通的條件。當1+2>1時，兩個等效晶體管過飽和而使器件導通；當1+2<1時，不能維持飽和導通而關斷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：（1）設計2較大，使晶體管V2控制靈敏，易于GTO關斷（2）導通時1+2更接近1

導通時飽和不深，接近臨界飽和，有利門極控制關斷，但導通時管壓降增大（3）多元集成使GTO元陰極面積很小,門、陰極間距大為縮短，使得P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流

導通過程與普通晶閘管一樣，只是導通時飽和程度較淺

關斷過程：強烈正反饋——門極加負脈沖即從門極抽出電流，則Ib2減小，使IK和Ic2減小，Ic2的減小又使IA和Ic1減小，又進一步減小V2的基極電流當IA和IK的減小使1+2<1時，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-IG----Ib2----Ik,IC2

----IA,IC1

開通過程：與普通晶閘管類似，需經過延遲時間td和上升時間tr

開通時間ton=td+tr

圖1-14GTO的開通和關斷過程電流波形2.GTO的動態(tài)特性關斷過程：與普通晶閘管有所不同抽取飽和導通時儲存的大量載流子——儲存時間ts，退出飽和等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū)，陽極電流逐漸減小——下降時間tf殘存載流子復合——尾部時間tt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，前沿越陡，抽走儲存載流子的速度越快，ts越短門極負脈沖的后沿緩慢衰減，在tt階段仍保持適當負電壓，則可縮短尾部時間關斷時間toff3.GTO的主要參數

1)

最大可關斷陽極電流IATOGTO額定電流2)

電流關斷增益off

IATO與門極負脈沖電流最大值IGM之比off一般很小，只有5左右，這是GTO的一個主要缺點。1000A的GTO關斷時門極負脈沖電流峰值要200A3)開通時間ton4)關斷時間toff許多參數與普通晶閘管相同。1.4.2電力晶體管術語用法：電力晶體管（GiantTransistor——GTR）是一種耐高電壓、大電流的雙極結型晶體管（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取代與普通的雙極結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的結構和工作原理產品說明書中通常給直流電流增益hFE——在直流工作情況下集電極電流與基極電流之比。一般可認為hFE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GTR的電流放大系數

當考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流Iceo時，

ic=ib+Iceo

(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)，即工作在截止區(qū)或飽和區(qū)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)圖1-16共發(fā)射極接法時GTR的輸出特性2.GTR的基本特性開通過程延遲時間td和上升時間tr，二者之和為開通時間tontd主要是由發(fā)射結勢壘電容和集電結勢壘電容充電產生的。增大ib的幅值并增大dib/dt，可縮短延遲時間，同時可縮短上升時間，從而加快開通過程(2)

動態(tài)特性

圖1-17GTR的開通電流波形ts是用來除去飽和導通時儲存在基區(qū)的載流子的，是關斷時間的主要部分減小導通時的飽和深度以減小儲存的載流子，或者增大基極抽取負電流Ib2的幅值和負偏壓，可縮短儲存時間，從而加快關斷速度負面作用是會使集電極和發(fā)射極間的飽和導通壓降Uces增加，從而增大通態(tài)損耗GTR的開關時間在幾微秒以內，比晶閘管和GTO短很多關斷過程關斷時間toff=儲存時間ts+下降時間tf1)

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3.GTR的主要參數電流放大倍數、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toff3)

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IcM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4.GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)一次擊穿集電極電壓升高至擊穿電壓時，Ic迅速增大，出現(xiàn)雪崩擊穿只要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增大到某個臨界點時會突然急劇上升，并伴隨電壓的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圖1-18GTR的安全工作區(qū)二次擊穿功率最大耗散功率最高電壓最大電流1.4.3電力場效應晶體管

特點:PowerMOSFET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的電力電子裝置分類結型絕緣柵型主要指絕緣柵型中的MOS型（MetalOxideSemiconductorFET）一般稱作靜電感應晶體管（StaticInductionTransistor—SIT

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的結構和工作原理柵極G源極S漏極D電力MOSFET的結構導通時只有一種極性的載流子（多子）參與導電，是單極型晶體管電力MOSFET的多元集成結構電力MOSFET大都采用垂直導電結構—VMOSFET---大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力這里主要以VDMOS器件為例進行討論具有垂直導電雙擴散MOS結構的VDMOSFET按垂直導電結構的差異利用V型槽實現(xiàn)垂直導電的VVMOSFET電力MOSFET的工作原理截止：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

柵極是絕緣的，所以不會有柵極電流流過。但柵極的正電壓會將其下面P區(qū)中的空穴推開，而將P區(qū)中的少子——電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面當UGS大于UT（開啟電壓或閾值電壓）時，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，使P型半導體反型而成N型--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2.電力MOSFET的基本特性1)

靜態(tài)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GfsMOSFET的轉移特性:

漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關系MOSFET是電壓控制型器件,輸入阻抗高,輸入電流非常小截止區(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)（對應于GTR的飽和區(qū)）電力MOSFET工作在開關狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉換電力MOSFET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電力MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數，對器件并聯(lián)時的均流有利b)MOSFET的漏極伏安特性（輸出特性）2)

動態(tài)特性up—矩形脈沖信號源，Rs—信號源內阻，RG—柵極電阻，RL—漏極負載電阻，RF—檢測漏極電流UT（開啟電壓或閾值電壓）iD穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓UE和漏極負載電阻決定UGSP的大小和iD的穩(wěn)態(tài)值有關UGS達到UGSP后，在up作用下繼續(xù)升高直至達到穩(wěn)態(tài)，但iD已不變開通過程開通延遲時間td(on)

up前沿時刻到uGS=UT并開始出現(xiàn)iD的時刻間的時間段上升時間truGS從uT上升到MOSFET進入非飽和區(qū)的柵壓UGSP的時間段

開通時間ton:ton=td(on)+tr關斷過程下降時間tf——uGS從UGSP繼續(xù)下降起，iD減小，到uGS<UT時溝道消失，iD下降到零為止的時間段關斷延遲時間td(off)——up下降到零起，Cin通過Rs和RG放電，uGS按指數曲線下降到UGSP時，iD開始減小止的時間段關斷時間toff:toff=td(off)+tf

MOSFET的開關速度和Cin充放電有很大關系使用者無法降低Cin，但可降低驅動電路內阻Rs減小時間常數，加快開關速度MOSFET只靠多子導電，不存在少子儲存效應，因而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

跨導Gfs、開啟電壓UT以及td(on)、tr、td(off)和tf1)

漏極電壓UDS

電力MOSFET電壓定額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

柵源之間的絕緣層很薄，UGS>20V將導致絕緣層擊穿4)

極間電容

極間電容CGS、CGD和CDS3.電力MOSFET的主要參數1.4.4絕緣柵雙極晶體管

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）它是一種復合器件

是GTR和MOSFET復合，結合二者的優(yōu)點，具有好的特性

1986年投入市場后，取代了GTR和一部分MOSFET的市場,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的地位是目前應用最廣泛的電力電子器件1.IGBT的結構和工作原理三端器件：柵極G集電極C發(fā)射極EEN溝道VDMOSFET與GTR組合——N溝道IGBT（N-IGBT）

IGBT比VDMOSFET多一層P+注入區(qū)，形成了一個大面積的P+N結J1使IGBT導通時由P+注入區(qū)向N基區(qū)發(fā)射少子，從而對漂移區(qū)電導率進行調制，使得IGBT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

IGBT的工作原理

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

導通壓降：電導調制效應使電阻RN減小，使通態(tài)壓降小

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2.IGBT的基本特性

1)

IGBT的靜態(tài)特性轉移特性——IC與UGE間的關系，與MOSFET轉移特性類似開啟電壓UGE(th)——IGBT能實現(xiàn)電導調制而導通的最低柵射電壓UGE(th)隨溫度升高而略有下降，在+25C時，UGE(th)的值一般為2~6V輸出特性（伏安特性）——以UGE為參考變量時，IC與UCE間的關系分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。分別與GTR的截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)相對應uCE<0時，IGBT為反向阻斷工作狀態(tài)2)

IGBT的動態(tài)特性IGBT的開通過程開通延遲時間td(on)——從uGE上升至其幅值10%的時刻，到iC上升至10%ICM2

電流上升時間tr

——iC從10%ICM上升至90%ICM所需時間

開通時間ton——開通延遲時間與電流上升時間之和uCE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關斷延遲時間td(off)——從uGE后沿下降到其幅值90%的時刻起，到iC下降至90%ICM電流下降時間——iC從90%ICM下降至10%ICM關斷時間toff——關斷延遲時間與電流下降之和電流下降時間又可分為tfi1和tfi2兩段。tfi1——IGBT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3.IGBT的主要參數1)最大集射極間電壓UCES

由內部PNP晶體管的擊穿電壓確定2)

最大集電極電流包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP3)最大集電極功耗PCM

正常工作溫度下允許的最大功耗

IGBT中雙極型PNP晶體管的存在，雖然帶來了電導調制效應的好處，但也引入了少子儲存現(xiàn)象，因而IGBT的開關速度低于電力MOSFETIGBT的擊穿電壓、通態(tài)壓降和關斷時間也是需要折衷的參數IGBT的特性和參數特點(1)

開關速度高，開關損耗小。在電壓1000V以上時，開關損耗只有GTR的1/10，與電力

MOSFET相當(2)

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(3)

通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域(4)

輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似(5)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.IGBT的擎住效應和安全工作區(qū)寄生晶閘管——由一個N-PN+晶體管和作為主開關器件的P+N-P晶體管組成正偏安全工作區(qū)（FBSOA）——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允許電壓上升率duCE/dt確定

擎住效應或自鎖效應：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，電流失控動態(tài)擎住效應:duCE/dt過大靜態(tài)擎住效應:集電極電流過大擎住效應曾限制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，成為逆導器件開關頻率電壓電流驅動電壓/電流型SCR低很大很大較難電流型GTO低很大很大難電流型GTR較高大大較難電流型MOSFET高小小易電壓型IGBT高大大易電壓型1.5其它新型電力電子器件1、MOS控制晶閘管MCT

MCT（MOSControlledThyristor）——MOSFET與晶閘管的復合

MCT結合了二者的優(yōu)點：

MOSFET的高輸入阻抗、低驅動功率、快速的開關過程

晶閘管的高電壓大電流、低導通壓降一個MCT器件由數以萬計的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斷的MOSFETMCT曾一度被認為是一種最有發(fā)展前途的電力電子器件。因此，20世紀80年代以來一度成為研究的熱點。但經過十多年的努力，其關鍵技術問題沒有大的突破，電壓和電流容量都遠未達到預期的數值，未能投入實際應用2、靜電感應晶體管SITSIT（StaticInductionTransistor）——1970年，結型場效應晶體管小功率SIT器件的橫向導電結構改為垂直導電結構，即可制成大功率的SIT器件多子導電的器件，工作頻率與電力MOSFET相當，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備、超聲波功率放大、脈沖功率放大和高頻感應加熱等領域獲得應用缺點：柵極不加信號時導通，加負偏壓時關斷，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，因而還未在大多數電力電子設備中得到廣泛應用3、靜電感應晶閘管SITH

SITH（StaticInductionThyristor）——1972年，在SIT的漏極層上附加一層與漏極層導電類型不同的發(fā)射極層而得到，因其工作原理與SIT類似，門極和陽極電壓均能通過電場控制陽極電流，因此SITH又被稱為場控晶閘管（FieldControlledThyristor——FCT）

比SIT多了一個具有少子注入功能的PN結，SITH是兩種載流子導電的雙極型器件，具有電導調制效應，通態(tài)壓降低、通流能力強。其很多特性與GTO類似，但開關速度比GTO高得多，是大容量的快速器件

SITH一般也是正常導通型，但也有正常關斷型。此外，其制造工藝比GTO復雜得多，電流關斷增益較小，因而其應用范圍還有待拓展4、集成門極換流晶閘管IGCTIGCT（IntegratedGate-CommutatedThyristor），也稱GCT（Gate-CommutatedThyristor），20世紀90年代后期出現(xiàn)，結合了IGBT與GTO的優(yōu)點，容量與GTO相當，開關速度快10倍，且可省去GTO龐大而復雜的緩沖電路，只不過所需的驅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5、功率模塊與功率集成電路20世紀80年代中后期開始，模塊化趨勢，將多個器件封裝在一個模塊中，稱為功率模塊可縮小裝置體積，降低成本，提高可靠性對工作頻率高的電路，可大大減小線路電感，從而簡化對保護和緩沖電路的要求將器件與邏輯、控制、保護、傳感、檢測、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）1.6電力電子器件的驅動1.6.1電力電子器件驅動電路概述驅動電路——主電路與控制電路之間的接口使電力電子器件工作在較理想的開關狀態(tài)，縮短開關時間，減小開關損耗，對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義對器件或整個裝置的一些保護措施也往往設在驅動電路中，或通過驅動電路實現(xiàn)驅動電路的基本任務：將信息電子電路傳來的信號按控制目標的要求，轉換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關斷的信號

對半控型器件只需提供開通控制信號對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關斷控制信號驅動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離

光隔離一般采用光耦合器，由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成

磁隔離的元件通常是脈沖變壓器圖1-25光耦合器的類型及接法a)普通型10usb)高速型1.5usc)高傳輸比型電流驅動型和電壓驅動型

具體形式可為分立元件式的，但目前的趨勢是采用專用集成驅動電路

雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內的混合集成電路

為達到參數最佳配合，首選所用器件生產廠家專門開發(fā)的集成驅動電路1.6.2晶閘管的觸發(fā)電路作用：產生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉為導通廣義上講，還包括對其觸發(fā)時刻進行控制的相位控制電路晶閘管觸發(fā)電路應滿足下列要求：觸發(fā)脈沖的寬度應保證晶閘管可靠導通（擎住電流,負載性質,電路型式）觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內應有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離t1~t2脈沖前沿上升時間（<1s）t1~t3強脈沖寬度IM強脈沖幅值（3IGT~5IGT）t1~t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（1.5IGT~2IGT）圖1-26理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形門極觸發(fā)電流IGT:使晶閘管由斷態(tài)轉入通態(tài)所必須的最小門極電流圖1-27常見的晶閘管觸發(fā)電路V1、V2構成脈沖放大環(huán)節(jié)

V1、V2導通時，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖脈沖變壓器TM和附屬電路構成脈沖輸出環(huán)節(jié)VD1和R3是為了V1、V2由導通變?yōu)榻刂箷r脈沖變壓器TM釋放其儲存的能量而設強脈沖部分,由其他附加電路形成1.6.3典型全控型器件的驅動電路1.電流驅動型器件的驅動電路GTOGTO的開通控制與普通晶閘管相似，但對脈沖前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整個導通期間施加正門極電流使GTO關斷需施加負門極電流，對其幅值和陡度的要求更高，關斷后還應在門陰極施加約5V的負偏壓以提高抗干擾能力圖1-28推薦的GTO門極電壓電流波形驅動電路通常包括開通驅動電路、關斷驅動電路和門極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦合式和直接耦合式兩種類型直接耦合式驅動電路可避免電路內部的相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿，因此目前應用較廣，但其功耗大，效率較低二極管VD1和電容C1提供+5V電壓VD2、VD3、C2、C3構成倍壓整流電路提供+15V電壓VD4和電容C4提供-15V電壓V1開通時，輸出正強脈沖V2開通時輸出正脈沖平頂部分V2關斷而V3開通時輸出負脈沖V3關斷后R3和R4提供門極負偏壓圖1-29典型的直接耦合式GTO驅動電路典型的直接耦合式GTO驅動電路：GTR開通驅動電流應使GTR處于準飽和導通狀態(tài)，使之不進入放大區(qū)和深飽和區(qū)關斷GTR時，施加一定的負基極電流有利于減小關斷時間和關斷損耗，關斷后同樣應在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的負偏壓

圖1-30理想的GTR基極驅動電流波形GTR的一種驅動電路，包括電氣隔離和晶體管放大電路二極管VD2和電位補償二極管VD3構成貝克箝位電路，也即一種抗飽和電路，負載較輕時，如V5發(fā)射極電流全注入V，會使V過飽和。有了貝克箝位電路，當V過飽和使得集電極電位低于基極電位時，VD2會自動導通，使多余的驅動電流流入集電極，維持Ubc≈0。C2為加速開通過程的電容。開通時，R5被C2短路?？蓪崿F(xiàn)驅動電流的過沖，并增加前沿的陡度，加快開通驅動GTR的集成驅動電路：THOMSON公司的UAA4002和三菱公司的M57215BL圖1-31

GTR的一種驅動電路2.電壓驅動型器件的驅動電路柵源間、柵射間有數千皮法的電容，為快速建立驅動電壓，要求驅動電路輸出電阻小使MOSFET開通的驅動電壓一般10~15V，使IGBT開通的驅動電壓一般15~20V關斷時施加一定幅值的負驅動電壓（一般取-5~-15V）有利于減小關斷時間和關斷損耗在柵極串入一只低值電阻（數十歐左右）可以減小寄生振蕩，該電阻阻值應隨被驅動器件電流額定值的增大而減小電力MOSFET的一種驅動電路:：電氣隔離和晶體管放大電路兩部分無輸入信號時高速放大器A輸出負電平,V3導通輸出負驅動電壓當有輸入信號時A輸出正電平，V2導通輸出正驅動電壓

專為驅動電力MOSFET而設計的混合集成電路有三菱公司的M57918L，其輸入信號電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為+2A和-3A，輸出驅動電壓+15V和-10V。圖1-32

電力MOSFET的一種驅動電路常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和M57959L）和富士公司的EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851）內部具有退飽和檢測和保護環(huán)節(jié)，當發(fā)生過電流時能快速響應但慢速關斷IGBT，并向外部電路給出故障信號M57962L輸出的正驅動電壓均為+15V左右，負驅動電壓為-10V。圖1-33

M57962L型IGBT驅動器的原理和接線圖

IGBT的驅動:

多采用專用的混合集成驅動器

1.7電力電子器件的保護1.7.1過壓的產生及保護電力電子裝置可能的過電壓—外因過電壓和內因過電壓外因過電壓

(1)

操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起

(2)

雷擊過電壓內因過電壓

(1)換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結束后不能立刻恢復阻斷，因而有較大的反向電流流過，當恢復了阻斷能力時，該反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應出過電壓

(2)關斷過電壓：全控型器件關斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓過電壓保護措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應過電壓抑制電容RC1閥側浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側RC抑制電路RCD閥器件關斷過電壓抑制用RCD電路

外因過電壓抑制措施中，RC過電壓抑制電路最為常見，典型聯(lián)結方式見下圖RC過電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩側（供電網一側稱網側，電力電子電路一側稱閥側），或電力電子電路的直流側單相三相

保護電路參數計算可參考相關工程手冊其他措施：用雪崩二極管、金屬氧化物壓敏電阻、硒堆和轉折二極管（BOD）等非線性元器件限制或吸收過電壓大容量電力電子裝置可采用圖1-36所示的反向阻斷式RC電路圖1-36反向阻斷式過電壓抑制用RC電路1.7.2過電流保護

過電流——過載和短路兩種情況

常用措施（圖1-37）快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定在過載時動作圖1-37過電流保護措施及配置位置快速熔斷器電力電子裝置中最有效、應用最廣的一種過電流保護措施選擇快熔時應考慮：(1)電壓等級根據熔斷后快熔實際承受的電壓確定(2)電流容量按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結形式確定(3)快熔的I2t值應小于被保護器件的允許I2t值(4)為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應考慮其時間電流特性快熔對器件的保護方式：全保護和短路保護兩種全保護：過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合短路保護方式：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護作用對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設備，或全控型器件（很難用快熔保護），需采用電子電路進行過電流保護常在全控型器件的驅動電路中設置過電流保護環(huán)節(jié)，響應最快1.7.3保護電路緩沖電路（吸收電路）：抑制器件的內因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關損耗關斷緩沖電路（du/dt抑制電路）——吸收器件的關斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關斷損耗開通緩沖電路（di/dt抑制電路）——抑制器件開通時的電流過沖和