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时间:2019-06-29
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1、第二章全控型电力电子器件GTO——门极可关断晶闸管GTR——电力晶体管MOSFET——电力场效应晶体管IGBT——门极绝缘栅双极晶体管模块IGBT1.1什么是电力电子技术-电力电子器件开关器件——IGCT=驱动电路+GCT4kA/4.5kVIGCT663A/4.5kVIGCTGCT分解部件1.1什么是电力电子技术-开关器件第一节门极可关断(GTO)晶闸管1.结构与普通晶闸管的相同点:PNPN四层半导体结构,外部引出阳极、阴极和门极;和普通晶闸管的不同点: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GT
2、O元,这些GTO元的阴极和门极则在器件内部并联在一起。2.导通关断条件导通:同晶闸管,AK正偏,GK正偏关断:门极加负脉冲电流3.特点全控型容量大off≈5电流控制型电流关断增益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1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A。第二节GTR——电力晶体管电力晶体管GTR(GiantTransistor,巨型晶体管)耐高电压、大电流的双极结型晶体管(BipolarJunctionTransistor——BJT),英文有时候也称为PowerBJT
3、在电力电子技术的范围内,GTR与BJT这两个名称等效。应用20世纪80年代以来,在中、小功率范围内取代晶闸管,但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代1.单管GTR单管GTR的基本工作原理与晶体管相同作为大功率开关管应用时,GTR工作在截止和导通两种状态。主要特性是耐压高、电流大、开关特性好2.达林顿GTR单管GTR的电流增益低,将给基极驱动电路造成负担。达林顿结构是提高电流增益一种有效方式。达林顿结构由两个或多个晶体管复合而成,可以是PNP型也可以是NPN型,其性质由驱动管来决定达林顿GTR的开关速度慢,损耗大3.G
4、TR模块将GTR管芯、稳定电阻、加速二极管、续流二极管等组装成一个单元,然后根据不同用途将几个单元电路组装在一个外壳之内构成GTR模块。目前生产的GTR模块可将多达6个互相绝缘的单元电路做在同一模块内,可很方便地组成三相桥式电路。3.GTR的二次击穿现象一次击穿集电极电压升高至击穿电压时,Ic迅速增大,出现雪崩击穿;只要Ic不超过限度,GTR一般不会损坏,工作特性也不变。二次击穿一次击穿发生时,如果继续增高外接电压,则Ic继续增大,当达到某个临界点时,Uce会突然降低至一个小值,同时导致Ic急剧上升,这种现象称为二次击穿,
5、二次击穿的持续时间很短,一般在纳秒至微秒范围,常常立即导致器件的永久损坏。必需避免。安全工作区防止二次击穿,采用保护电路,同时考虑器件的安全裕量,尽量使GTR工作在安全工作区。4.特点全控型,电流控制型二次击穿(工作时要防止)中大容量,开关频率较低第三节功率场效应晶体管(MOSFET)G:栅极D:漏极S:源极电力MOSFET的结构和电气图形符号a)内部结构断面示意图b)电气图形符号1.导通关断条件漏源极导通条件:在栅源极间加正电压UGS漏源极关断条件:栅源极间电压UGS为零2.特点控制级输入阻抗大驱动电流小防止静电感应击穿
6、中小容量,开关频率高导通压降大(不足)第四节绝缘栅双极晶体管IGBT)绝缘栅双极型晶体管简称为IGBT(InsulatedGateBiopolarTransistor),是80年代中期发展起来的一种新型复合器件。IGBT综合了MOSFET和GTR的输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大的优点。成为当前电力半导体器件的发展方向。1.结构复合结构(=MOSFET+GTR)栅极集电极发射极2.导通关断条件驱动原理与电力MOSFET基本相同,属于场控器件,通断由栅射极电压uGE决定导通条件:在栅射极间加正电压U
7、GEUGE大于开启电压UGE(th)时,MOSFET内形成沟道,为晶体管提供基极电流,IGBT导通。关断条件:栅射极反压或无信号栅射极间施加反压或不加信号时,MOSFET内的沟道消失,晶体管的基极电流被切断,IGBT关断。3.特点高频,容量大反向耐压低(必须反接二极管)模块化驱动和保护有专用芯片其他电力电子器件MCT——MOS控制晶闸管SIT——静电感应晶体管SITH——静电感应晶闸管本章小结1、根据开关器件是否可控分类(1)不可控器件:二极管VD(2)半控器件:普通晶闸管SCR(3)全控器件:GTO、GTR、功率MOSF
8、ET、IGBT等。2、根据门极(栅极)驱动信号的不同(1)电流控制器件:驱动功率大,驱动电路复杂,工作频率低。该类器件有SCR、GTO、GTR。(2)电压控制器件:驱动功率小,驱动电路简单可靠,工作频率高。该类器件有P-MOSEET、IGBT。
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