第2章電力電子器件概述

《電力電子技術(shù)Ⅰ》

Thursday,March9,2023蔣冰華課程名稱：電力電子技術(shù)Ⅰ

(PowerElectronics)

學(xué)

分：4

總學(xué)時：64

適用專業(yè)：電氣工程及其自動化、自動化

先修課程：電機與拖動、電子技術(shù)基礎(chǔ)、電路原理等

第2章電力電子器件2.1電力電子器件概述2.2不可控器件——二極管2.3半控型器件——晶閘管2.4典型全控型器件2.5其他新型電力電子器件2.6

功率集成電路與集成電力電子模塊本章小結(jié)及作業(yè)電子技術(shù)的基礎(chǔ)

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電子器件：晶體管和集成電路電力電子電路的基礎(chǔ)

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電力電子器件本章主要內(nèi)容：概述電力電子器件的概念、特點和分類等問題。介紹常用電力電子器件的工作原理、基本特性、主要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意問題。第2章電力電子器件·引言§2.2.1

電力電子器件的概念和特征§2.2.2

應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成§2.2.3

電力電子器件的分類§2.2.4

本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點§2.1

電力電子器件概述1）概念:電力電子器件（PowerElectronicDevice）——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（MainPowerCircuit）——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）分類:

電真空器件(汞弧整流器、閘流管)（MercuryArcRectifier（Thyratron））半導(dǎo)體器件(采用的主要材料硅）2.2.1

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一般特征：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。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。作電路分析時，為簡單起見往往用理想開關(guān)來代替2.2.1

電力電子器件的概念和特征通態(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2.2.1

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2-1

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2.2.2

應(yīng)用電力電子器件系統(tǒng)組成電氣隔離控制電路半控型器件（Thyristor）

——通過控制信號可以控制其導(dǎo)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(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。(Insulated-GateBipolarTransistor—IGBT)不可控器件(PowerDiode)——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。2.2.3

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：電流驅(qū)動型

——通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。電壓驅(qū)動型

——僅通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。又稱為場控器件，或場效應(yīng)器件。2.2.3

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：2.2.3

電力電子器件的分類按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類：單極型器件——由一種載流子參與導(dǎo)電的器件雙極型器件——由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件復(fù)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)使用這三個問題。學(xué)習(xí)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。可能會主電路的其它電路元件有特殊的要求。2.2.4

本章學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)要點2.2.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理2.2.2

電力二極管的基本特性2.2.3

電力二極管的主要參數(shù)2.2.4

電力二極管的主要類型2.2

不可控器件—電力二極管

PowerDiode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?？旎謴?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合，具有不可替代的地位。2.2

不可控器件—電力二極管·引言整流二極管及模塊2.2.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理基本結(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2-2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AKAKa)IKAPNJb)c)AK2.2.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理

PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)

電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得PN結(jié)在正向電流（IF）較大時壓降仍然很低，維持在1V左右，所以正向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為低阻態(tài)。

小電流時，PN結(jié)是基片低摻雜N區(qū)歐姆電阻，大電流時注入N區(qū)少子空穴濃度大，維持電中性的多子也隨之增大。圖2-3PN結(jié)的形成空間電荷:不能移動的正、負電荷多子擴散運動（PervasionMovement）少子:漂移運動（ExcursionMovement）空間電荷區(qū):擴散運動與漂移運動構(gòu)成的動態(tài)平衡區(qū)。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1V反向大反向大阻態(tài)低阻態(tài)高阻態(tài)——二極管的基本原理就在于PN結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一主要特征。

PN結(jié)的反向擊穿（兩種形式)雪崩擊穿AvalancheMultiplication齊納擊穿ZENERBREAKDOWN均可能導(dǎo)致熱擊穿2.2.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理

PN結(jié)的狀態(tài)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)生機制和作用的差別分為勢壘電容CB和擴散電容CD。勢壘電容只在外加電壓變化時才起作用，外加電壓頻率越高，勢壘電容作用越明顯。勢壘電容的大小與PN結(jié)截面積成正比，與阻擋層厚度成反比而擴散電容僅在正向偏置時起作用。在正向偏置時，當正向電壓較低時，勢壘電容為主；正向電壓較高時，擴散電容為結(jié)電容主要成分電容影響PN結(jié)的工作頻率，尤其是高速的開關(guān)狀態(tài)。2.2.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理

PN結(jié)的電容效應(yīng)：主要指其伏安特性門檻電壓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2-4電力二極管的伏安特性2.2.2

電力二極管的基本特性1)靜態(tài)特性IOIFUTOUFU2)動態(tài)特性

——二極管的電壓-電流特性隨時間變化的

——結(jié)電容的存在2.2.2

電力二極管的基本特性b)UFPuiiFuFtfrt02Va)FUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt圖2-5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b)零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置延遲時間：td=t1-t0,電流下降時間：tf=t2-t1反向恢復(fù)時間：trr=td+tf恢復(fù)特性的軟度：下降時間與延遲時間的比值tf/td，或稱恢復(fù)系數(shù)，用Sr表示。正向壓降先出現(xiàn)一個過沖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(fù)時間tfr。電流上升率越大，UFP越高。UFPuiiFuFtfrt02V圖2-5(b)開通過程2.2.2

電力二極管的基本特性開通過程：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。IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt圖2-5(b)關(guān)斷過程額定電流——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。2.2.3

電力二極管的主要參數(shù)1)

正向平均電流IF(AV)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(fù)峰值電壓URRM對電力二極管所能重復(fù)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(fù)時間trr

trr=td+tf2.2.3

電力二極管的主要參數(shù)2）正向壓降UF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125~175C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。2.2.3

電力二極管的主要參數(shù)5）最高工作結(jié)溫TJM1)普通二極管（GeneralPurposeDiode）又稱整流二極管（RectifierDiode）多用于開關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路其反向恢復(fù)時間較長正向電流定額和反向電壓定額可以達到很高按照正向壓降、反向耐壓、反向漏電流等性能，特別是反向恢復(fù)特性的不同介紹。2.2.4

電力二極管的主要類型簡稱快速二極管快恢復(fù)外延二極管（FastRecoveryEpitaxialDiodes——FRED），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(fù)和超快速恢復(fù)兩個等級。前者trr為數(shù)百納秒或更長，后者則在100ns以下，甚至達到20~30ns。2.2.4

電力二極管的主要類型2)快恢復(fù)二極管（FastRecoveryDiode——FRD）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。肖特基二極管的優(yōu)點反向恢復(fù)時間很短（10~40ns）。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)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還小。2.2.4

電力二極管的主要類型3.肖特基二極管以金屬和半導(dǎo)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（SchottkyBarrierDiode——SBD）。4500V/800Apresspackand1700V/1200Amodulediodes2.3

半控器件—晶閘管2.3.1

晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理2.3.2

晶閘管的基本特性2.3.3

晶閘管的主要參數(shù)2.3.4

晶閘管的派生器件2.3

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（Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器（SiliconControlledRectifier——SCR）圖2-6晶閘管的外形、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2.3.1

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。有三個聯(lián)接端。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。2.3.1

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)2.3.1

晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理式中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。由以上式可得：圖2-7晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理a)雙晶體管模型b)工作原理按晶體管的工作原理，得：（2-2）（2-1）（2-3）（2-4）（2-5）（2-5）2.3.1

晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理在低發(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。

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的話，流過晶閘管的電流IA，將趨近于無窮大，實現(xiàn)飽和導(dǎo)通。IA實際由外電路決定。2.3.1

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（LightTriggeredThyristor——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(dǎo)通的情況：2.3.2晶閘管的基本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(dǎo)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(dǎo)通，門極就失去控制作用。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。晶閘管正常工作時的特性總結(jié)如下：2.3.2晶閘管的基本特性（1）正向特性IG=0時，器件兩端施加正向電壓，只有很小的正向漏電流，為正向阻斷狀態(tài)。正向電壓超過正向轉(zhuǎn)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(zhuǎn)折電壓降低。晶閘管本身的壓降很小，在1V左右。1）靜態(tài)特性正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM圖2-8晶閘管的伏安特性IG2>IG1>IGIL2.3.2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(dǎo)致晶閘管發(fā)熱損壞。圖2-8晶閘管的伏安特性IG2>IG1>IG正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM（2）反向特性2.3.2晶閘管的基本特性1)

開通過程延遲時間td(0.5~2.5s)上升時間tr(0.5~3s)開通時間tgt以上兩者之和，tgt=td+tr

（2-6）100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA2)

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tq以上兩者之和tq=trr+tgr

（2-7)普通晶閘管的關(guān)斷時間約幾百微秒2）

動態(tài)特性圖2-9晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形ThyristorsTurn-onCharacteristicsThyristorsTurn-offCharacteristics2.3.3

晶閘管的主要參數(shù)斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM

——在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。反向重復(fù)峰值電壓URRM

——在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)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。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2~3倍。使用注意：1）電壓定額2.3.3

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(dǎo)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(dǎo)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。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(fù)性最大正向過載電流。沖擊性電流2）電流定額2.3.3

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(dǎo)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，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導(dǎo)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）動態(tài)參數(shù)任意波形電流的波形系數(shù)為電流有效值和平均值的比值平均電流:正弦半波的電流有效值:有效值相等:晶閘管觸發(fā)電路由于晶閘管屬于電流驅(qū)動器件，因而首先要求觸發(fā)電路具有較大的驅(qū)動電流，觸發(fā)電流應(yīng)略大于額定值；其次應(yīng)盡量采用脈沖序列觸發(fā)，以防止誤關(guān)斷；第三，從安全和抗干擾角度出發(fā)，應(yīng)使用脈沖變壓器或光電隔離輸出。2.3.4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）快速晶閘管（FastSwitchingThyristor——FST)2.3.4晶閘管的派生器件2）雙向晶閘管（TriodeACSwitch——TRIAC或Bidirectionaltriodethyristor）圖2-10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Ｉ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。2.3.4晶閘管的派生器件逆導(dǎo)晶閘管（ReverseConductingThyristor——RCT）a)KGAb)UOIIG=0圖2-11逆導(dǎo)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)溫高等優(yōu)點。2.3.4晶閘管的派生器件光控晶閘管（LightTriggeredThyristor——LTT）AGKa)AK光強度強弱b)OUIA圖2-12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(dǎo)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。因此目前在高壓大功率的場合。2.3.5晶閘管的應(yīng)用要點(1)門極觸發(fā)要利用強觸發(fā)，強觸發(fā)有利于縮短擴展時間。晶閘管的開通擴展過程2.3.5晶閘管的應(yīng)用要點(2)門極加一定電位的負偏壓，有利于晶閘管性能的改善。門極～陰極問的反向偏置對高的環(huán)境溫度、門極回路的噪聲電平，陽極端產(chǎn)生的振蕩電壓及陽極電壓上升率du／dt等因素的影響不敏感，器件能夠保持穩(wěn)定的阻斷狀態(tài)。2.3.5晶閘管的應(yīng)用要點

(3)為了防止門極電路上感應(yīng)雜波引起器件的誤觸發(fā)，在門極～陰極間接入電容C是有效的方法。通常采用下圖所示的防止門極干擾的門極電路。電容器的容量一定要選取適當，通常取0.1μF較適宜。2.3.5晶閘管的應(yīng)用要點

(4)晶閘管關(guān)斷過程有可能出現(xiàn)反向尖峰電壓及其較高的du／dt的現(xiàn)象。這是由于電荷存貯效應(yīng)，晶閘管由導(dǎo)通狀態(tài)到正向電流過零之后，不會立即恢復(fù)阻斷，而是繼續(xù)有反向電流流過，這部分電流直到存貯載流子基本消失之后才趣于穩(wěn)定的漏電流值。常用ＲＣ濾波器來抑制尖峰電壓。2.4典型全控型器件2.4.1

門極可關(guān)斷晶閘管2.4.2

電力晶體管2.4.3

電力場效應(yīng)晶體管2.4.4

絕緣柵雙極晶體管2.4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。2.4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2.4.1門極可關(guān)斷晶閘管晶閘管的一種派生器件?？梢酝ㄟ^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。門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-OffThyristor—GTO）2.4.1門極可關(guān)斷晶閘管結(jié)構(gòu)：與普通晶閘管的相同點：PNPN四層半導(dǎo)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2-13GTO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2.4.1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2-7所示的雙晶體管模型來分析。

圖2-7晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理1+2=1是器件臨界導(dǎo)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和2

。2.4.1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。導(dǎo)通時1+2更接近1，導(dǎo)通時接近臨界飽和，有利門極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時管壓降增大。

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。

圖2-7晶閘管的工作原理2.4.1門極可關(guān)斷晶閘管GTO導(dǎo)通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：2.4.1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(fù)合。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，ts越短。Ot0tiGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6圖2-14

GTO的開通和關(guān)斷過程電流波形GTO的動態(tài)特性2.4.1門極可關(guān)斷晶閘管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1~2s，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(dǎo)型，類似于逆導(dǎo)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)意義相同，以下只介紹意義不同的參數(shù)。2.4.1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

?！狦TO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。（2-8）2.4.2電力晶體管電力晶體管（GiantTransistor——GTR，直譯為巨型晶體管）。耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（BipolarJunctionTransistor——BJT），英文有時候也稱為PowerBJT。DATASHEET1

2

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：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。2.4.2電力晶體管1）GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理圖2-15GTR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2.4.2電力晶體管在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。集電極電流ic與基極電流ib之比為（2-9）

——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

（2-10）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?？昭麟娮恿鱟)EbEcibic=bibie=(1+b)ib1）GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理2.4.2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)。截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)OIcib3ib2ib1ib1<ib2<ib3Uce圖2-16共發(fā)射極接法時GTR的輸出特性2）GTR的基本特性2.4.2電力晶體管開通過程延遲時間td和上升時間tr，二者之和為開通時間ton。加快開通過程的辦法。關(guān)斷過程儲存時間ts和下降時間tf，二者之和為關(guān)斷時間toff

。加快關(guān)斷速度的辦法。GTR的開關(guān)時間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多。ibIb1Ib2Icsic0090%Ib110%Ib190%Ics10%Icst0t1t2t3t4t5tttofftstftontrtd圖2-17GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形(2)

動態(tài)特性2.4.2電力晶體管前已述及：電流放大倍數(shù)、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(guān)斷時間toff(此外還有)：

1)

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(guān)，還與外電路接法有關(guān)。BUcbo>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)2.4.2電力晶體管通常規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的1/2~1/3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IcM2.4.2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。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突然急劇上升，電壓陡然下降。常常立即導(dǎo)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。SOAOIcIcMPSBPcMUceUceM圖2-18GTR的安全工作區(qū)GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)2.4.3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中的MOS型（MetalOxideSemiconductorFET）簡稱電力MOSFET（PowerMOSFET）結(jié)型電力場效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管（StaticInductionTransistor——SIT）電力場效應(yīng)晶體管2.4.3電力場效應(yīng)晶體管

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2.4.3電力場效應(yīng)晶體管電力MOSFET的種類

按導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電溝道。

電力MOSFET主要是N溝道增強型。1）電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理2.4.3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(dǎo)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。圖2-19電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號drainsourcegate2.4.3電力場效應(yīng)晶體管小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷?。電力MOSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱為VMOSFET（VerticalMOSFET）。按垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的差異，分為利用V型槽實現(xiàn)垂直導(dǎo)電的VVMOSFET和具有垂直導(dǎo)電雙擴散MOS結(jié)構(gòu)的VDMOSFET（VerticalDouble-diffusedMOSFET）。這里主要以VDMOS器件為例進行討論。電力MOSFET的結(jié)構(gòu)

MOSFET的四種結(jié)構(gòu)2.4.3電力場效應(yīng)晶體管電力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(jié)J1反偏，漏源極之間無電流流過。導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS當UGS大于UT時，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。圖2-19電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號2.4.3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(dǎo)Gfs。010203050402468a)10203050400b)1020305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A圖2-20

電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性

a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性2）電力MOSFET的基本特性2.4.3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器件導(dǎo)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。圖2-20電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性

a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性MOSFET的漏極伏安特性：010203050402468a)10203050400b)1020305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A2.4.3電力場效應(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ton——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toff——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2-21

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2.4.3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?？山档万?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(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2.4.3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——UGS>20V將導(dǎo)致絕緣層擊穿。除跨導(dǎo)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CDS2.4.4

絕緣柵雙極晶體管兩類器件取長補短結(jié)合而成的復(fù)合器件—Bi-MOS器件;IGBT是少數(shù)載流子器件而MOSFET是多子器件。GTR和GTO的特點:——雙極型，電流驅(qū)動，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通流能力很強，開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)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。絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）GTR和MOSFET復(fù)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(dǎo)器件。繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位。2.4.4

絕緣柵雙極晶體管2.4.4

絕緣柵雙極晶體管溝道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。

IGBT的結(jié)構(gòu)圖(a)N溝道增強型IGBT的結(jié)構(gòu)剖面圖(b)N溝道增強型IGBT的等效電路圖(c)N溝道增強型IGBT的符號2.4.4

絕緣柵雙極晶體管簡化等效電路表明，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

IGBT的結(jié)構(gòu)2.4.4

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E圖2-22IGBT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ERN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻2.4.4

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(dǎo)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(dǎo)通。通態(tài)壓降：電導(dǎo)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，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。

IGBT的原理導(dǎo)通特性由于輸出極的偽達林頓連接，作為輸出的PNP不會進入過飽和狀態(tài)，其導(dǎo)通壓降比過飽和晶體管的導(dǎo)通壓降要高。與具有同樣管芯區(qū)域MOSFET相比，溫度升高，對MOSFET來說，導(dǎo)通壓降變化顯著，而對IGBT而言，變化很小。導(dǎo)通壓降的大小還與流過管子的電流有關(guān)。實際上，額定電壓越高其導(dǎo)通壓降也越高。圖MOSFET和IGBT導(dǎo)通壓降比較圖IGBT導(dǎo)通壓降與電流關(guān)系a)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2.4.4

絕緣柵雙極晶體管2)IGBT的基本特性

(1)

IGBT的靜態(tài)特性圖2-23IGBT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)飽和區(qū)。2.4.4

絕緣柵雙極晶體管ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM圖2-24IGBT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。

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。

(2)

IGBT的動態(tài)特性2.4.4

絕緣柵雙極晶體管圖2-24IGBT的開關(guān)過程關(guān)斷延遲時間td(off）電流下降時間關(guān)斷時間toff電流下降時間又可分為tfi1和tfi2兩段。tfi1——IGBT器件內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過程，iC下降較快。tfi2——IGBT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ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM2.4.4

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——由內(nèi)部PNP晶體管的擊穿電壓確定。(1)

最大集射極間電壓UCES2.4.4

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。2.4.4

絕緣柵雙極晶體管擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)：動態(tài)擎住效應(yīng)比靜態(tài)擎住效應(yīng)所允許的集電極電流小。擎住效應(yīng)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。——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。2.4.4

絕緣柵雙極晶體管正偏安全工作區(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。

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(dǎo)器件。2.4.4

絕緣柵雙極晶體管

aIGBT正偏安全工作區(qū)bIGBT反偏安全工作區(qū)

IGBT柵極驅(qū)動電路設(shè)計中，除了正確計算驅(qū)動電阻外，還應(yīng)注意以下幾點。1）門極驅(qū)動電壓——門極驅(qū)動電壓增大，導(dǎo)通飽和壓降降低，但將減弱IGBT的負載短路能力。2）門極負偏壓——IGBT關(guān)斷時，在實踐中通常在門極加負電壓，在門極施加負偏壓可以確保門極電壓不會上升到開啟電壓，從而保證IGBT可靠關(guān)斷。由于在關(guān)斷瞬間，集-射極電壓由飽和導(dǎo)通壓降上升到直流母線電壓，過高的dVCE/dt產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)移電流，該電流在門極驅(qū)動電阻上形成壓降使IGBT誤導(dǎo)通，即所謂的密勒效應(yīng)。在門極加負偏壓可以抵消轉(zhuǎn)移電流產(chǎn)生的壓降，防止誤導(dǎo)通。IGBT的驅(qū)動在大部分情況下，功率MOSFET的驅(qū)動電路適用于IGBT。目前應(yīng)用較多的有:CONCEPTD的IGD515\IGD516等系列，號稱萬能IGBT驅(qū)動器，可以輸出±1.5A到±8A電流，但成本較高；INFINEON的IED020I12-S系列可以驅(qū)動1200VIGBT，具有2A的電流輸出能力；VLA517-01RZO作為EXB系列的替代產(chǎn)品，對于EXB系列用戶具有吸引力，具有4A的驅(qū)動能力；安捷倫的HCPL316J可以驅(qū)動150A以下IGBT。IGBT的驅(qū)動1）IGBT的開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，據(jù)統(tǒng)計，IGBT電壓在1000V以上時的開關(guān)損耗只是GTR的1/10，與VDMOS相當。2）IGBT的通態(tài)壓降比VDMOS低，特別是大電流區(qū)段。3）IGBT的通態(tài)壓降在1/2或1/3額定電流以下區(qū)段具有負的溫度系數(shù)，在以上區(qū)段具有正的溫度系數(shù)，因此IGBT在并聯(lián)使用時具有電流自動調(diào)節(jié)的能力，有易于并聯(lián)的特點。4）IGBT的安全工作區(qū)比GTR寬，且具有耐脈沖電流沖擊的性能。5）IGBT的輸入特性與VDMOS相似，輸入阻抗高，它在驅(qū)動電路中作為負載時呈容抗性質(zhì)，也與VDMOS類似。6）與VDMOS和GTR相比，IGBT的耐壓可以繼續(xù)做的高，電流可以繼續(xù)做的大，同時還保持工作頻率高的特點。IGBT的參數(shù)特點2.5其他新型電力電子器件（自學(xué)）2.5.1MOS控制晶閘管MCT2.5.2靜電感應(yīng)晶體管SIT2.5.3靜電感應(yīng)晶閘管SITH2.5.4集成門極換流晶閘管IGCT2.5.5功率模塊與功率集成電路2.5.1MOS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(dǎo)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(yù)期的數(shù)值，未能投入實際應(yīng)用。MCT（MOSControlledThyristor）——MOSFET與晶閘管的復(fù)合2.5.2靜電感應(yīng)晶體管SIT多子導(dǎo)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(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(dǎo)通，加負偏壓時關(guān)斷，稱為正常導(dǎo)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。SIT（StaticInductionTransistor）——結(jié)型場效應(yīng)晶體管2.5.3靜電感應(yīng)晶閘管SITHSITH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。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一般也是正常導(dǎo)通型，但也有正常關(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（StaticInductionThyristor）——場控晶閘管（FieldControlledThyristor—FCT）2.5.4集成門極換流晶閘管IGCT20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(fù)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（IntegratedmutatedThyristor）——GCT（mutatedThyristor）2.6.功率集成電路與集成電力電子模塊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?？煽s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）?；?/p>