合工大电力电子技术第二章.ppt

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1、第二讲电力电子器件及其驱动电路PowerElectronicPartsandDriver杜少武第二讲电力电子器件及其驱动电路PowerElectronicPartsandDriver2.1门极可关断晶闸管2.2电力场效应晶体管2.3绝缘栅双极晶体管2.1门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristor—GTO）晶闸管的一种派生器件可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用返回GTO的结构和工作原理结构：与普通晶闸管的相同点：PNPN四

2、层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极和普通晶闸管的不同：GTO是一种多元的功率集成器件，内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极则在器件内部并联在一起GTO的结构和工作原理工作原理：导通原理与普通晶闸管一样，同样可以用双晶体管模型来分析1+2=1是器件临界导通的条件。当1+2>1时，两个等效晶体管过饱和而使器件导通；当1+2<1时，不能维持饱和导通而关断GTO的结构和工作原理GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别：设计2较大，使晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断导通时1+2更接近1（

3、1.05，普通晶闸管1+21.15）导通时饱和不深，接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大多元集成结构使GTO元阴极面积很小，门、阴极间距大为缩短，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流导通过程:与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅关断过程：强烈正反馈——门极加负脉冲即从门极抽出电流，则Ib2减小，使IK和Ic2减小，Ic2的减小又使IA和Ic1减小，又进一步减小V2的基极电流当IA和IK的减小使1+2<1时，器件退出饱和而关断多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程快，承受di/dt能力强GTO的结构和工作

4、原理GTO的动态特性开通过程：与普通晶闸管类似，需经过延迟时间td和上升时间tr图2－7GTO的开通和关断过程电流波形GTO的动态特性关断过程：与普通晶闸管有所不同抽取饱和导通时储存的大量载流子——储存时间ts，使等效晶体管退出饱和等效晶体管从饱和区退至放大区，阳极电流逐渐减小——下降时间tf残存载流子复合——尾部时间tt通常tf比ts小得多，而tt比ts要长门极负脉冲电流幅值越大，前沿越陡，抽走储存载流子的速度越快，ts越短门极负脉冲的后沿缓慢衰减，在tt阶段仍保持适当负电压，则可缩短尾部时间GTO的主要参数GTO的许多参数和普通晶闸管相应的参

5、数意义相同，以下只介绍意义不同的参数1)开通时间ton延迟时间与上升时间之和。延迟时间一般约1~2s，上升时间则随通态阳极电流值的增大而增大2)关断时间toff一般指储存时间和下降时间之和，不包括尾部时间。GTO的储存时间随阳极电流的增大而增大，下降时间一般小于2s不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承受反压时，应和电力二极管串联GTO的主要参数3)最大可关断阳极电流IATO:GTO的额定电流4)电流关断增益off最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益（1-8）off一般很小，只有5左右，这是GTO的

6、一个主要缺点。1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200AGTO的驱动GTO的开通控制与普通晶闸管相似，但对脉冲前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整个导通期间施加正门极电流使GTO关断需施加负门极电流，对其幅值和陡度的要求更高，关断后还应在门阴极施加约5V的负偏压以提高抗干扰能力推荐的GTO门极电压电流波形如图2－8所示。图2－8　推荐的GTO门极电压电流波形GTO的驱动驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式两种类型直接耦合式驱动电路可避免电路内部的相互干扰和寄生振荡，可得到较陡

7、的脉冲前沿，因此目前应用较广，但其功耗大，效率较低GTO的驱动典型的直接耦合式GTO驱动电路V1开通时，输出正强脉冲V2开通时输出正脉冲平顶部分V2关断而V3开通时输出负脉冲V3关断后R3和R4提供门极负偏压2.2电力场效应晶体管分为结型和绝缘栅型但通常主要指绝缘栅型中的MOS型简称电力MOSFET（PowerMOSFET）结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管特点——用栅极电压来控制漏极电流驱动电路简单，需要的驱动功率小开关速度快，工作频率高热稳定性优于GTR电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置返回电力MOSFE

8、T的种类按导电沟道可分为P沟道和N沟道耗尽型——当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道增强型——对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小