电力电子器件在工作原理上的差别

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1、电力电子器件(GTO、gtr、mosfet、igbt、igct、MCT)在工作原理上有什么差别？分析：电力电子器件(powerelectronicdevice)口J直接用于处理电能的主电路屮，实现电能的变换或控制的电子器件。1•门极可关断晶闸管(GateTurnOffThyristor・・GTO)。品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，与普通品闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍冇较多的应用。a)晶闸管的双晶体管模型及其工作原理GTO是由P1N

2、1P2和N1P2N2构成的两个晶体管VI、V2分别具冇共基极电流增益Q1和Q2。al+6t2=l是器件临界导通的条件。为创+必＞1吋，两个等效晶休管过饱和而使器件导通；当加+必VI时，不能维持饱和导通而关断。GTO导通过程与普通品闸管一样，只是导通时饱和程度较浅。GTO关断过程：强烈正反馈——门极加负脉冲即从门极抽出电流，则/b2减小，使厶和心2减小，Ic2的减小又使厶和/cl减小，又进一•步减小V2的基极电流。当IA和的减小使甸+必＜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

3、过程快，承受di/ck能力强。2.电力晶体管(GiantTransistor——GTR)GTR耐高电压、大电流的双极结型品体管(BipolarJunctionTransistorBJT),英文有时候也称为PowerBJTo在电力电了技术的范围内，GTR与BJT这两个名称等效。20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但口前又大多被IGBT和电力MOSFET取代。丿Jp1■丿集电脸a)b).Afl-□cV“01+0爪C)GTR的结构、电气图形符号和内部载流子的流动a)内部结构断面示意图b)电

4、气图形符号0内部载流子的流动与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的，主要特性是耐压高、电流大、开关特性好，通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构，采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成。在应用中，GTR一般采用共发射极接法。集电极电流ic与基极电流/bZ比为0——GTR的电流放大系数，反映了基极电流对集电极电流的控制能力，当考虑到集电极和发射极间的漏电流Zceo时，ic和zb的关系为ic=/3zb+/ceo产品说明书屮通常给直流电流增益AFE——在直流工作情况下集电极电流与基极电流之比。

5、一般可认为侏/zFEo单管GTR的0值比小功率的晶体管小得多，通常为10左右，采用达林顿接法可冇效增大电流增益。一次击穿：集电极电压升高至击穿电压时，化辿速增大，出现雪崩击穿。只要％不超过限度，GTR-般不会损坏，工作特性也不变。二次击穿：一次击穿发生吋/c增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降。常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变。3.电力场效应晶体管主要指绝缘栅型中的MOS型(MetalOxideSemiconductorFET)MOSFET0前广泛应用，按导电沟道可

6、分为P沟道和N沟道，耗尽型——当栅极电压为零吋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(小于)零时才存在导电沟道电力MOSFET主要是N沟道增强型。具有显著的特点：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GTRo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。G——IN沟道P沟道a)b)电力MOSFET的结构和电气图形符号电力MOSFET的工作原理：截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N

7、漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。导电：在栅源极间加正电压1/gs栅极是绝缘的，所以不会冇栅极电流流过。但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区屮的少子——电子吸引到栅极下面的P区表面。当大于5（开启电压或阈值电压）吋，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。MOSFET的开关速度：MOSFET的开关速度和Cin充放电冇很大关系。使用者无法降低Cin,但可降低驱动电路内阻/?s减小

8、时间常数，加快开关速度。MOSFET只靠多子导电，不存在少子储存效应，因而关断过程非常迅速。开关时间在10〜100nsZ间，工作频率可达100kHz以上，是主耍电力电了器件中最高的。场控器件，静态时几乎不需输入电流。但在开关过程屮需对输入电容充放电，仍需一定的駆动功率。开关频率越高，所需要的駆动功率越大。4.绝缘栅双极晶体管（Insulated・gateBipolarTransistorIGBT或IGT）IGBT是GTR和MOSFET复合，结合二者的优点，具有好的特性