电力电子器件全控器

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1、§1.4典型全控型器件§1.4.1门极可关断晶闸管§1.4.2电力晶体管§1.4.3电力场效应晶体管§1.4.4绝缘栅双极晶体管§1.4典型全控型器件★20世纪80年代以来，信息电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合——高频化、全控型、采用集成电路制造工艺的电力电子器件，从而将电力电子技术又带入了一个崭新时代；★门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现；★典型器件：●门极可关断晶闸管●电力晶体管●电力场效应晶体管●绝缘栅双极晶体管1．结构（和普通晶闸管相对比）●相同点：PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极●不同点：GTO是一种多元的

2、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。§1.4.1门极可关断晶闸管GTO一．图形符号和工作原理门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristor）是晶闸管的一种派生器件，导通控制与普通晶闸管一样。并可通过在其门极施加负的脉冲电流使其关断，GTO的电压、电流容量与晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。图1-13电气图形符号AKG§1.4.1门极可关断晶闸管GTO－－图形符号和工作原理2．工作原理：可用下图所示的双晶体管模型来分析●GTO关断的原因是其与普通晶闸

3、管有如下区别●1+2＝1器件临界导通的条件●1+2>1过饱和而使器件导通●1+2<1不能维持饱和导通而关断图1-7晶闸管的双晶体管模型及其工作原理1）设计2较大，使晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断；2）导通时1+2更接近1≈1.05，普通晶闸管1+21.15，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；3）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。§1.4.1门极可关断晶闸管GTO－－图形符号和工作原理★导通过程：与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程

4、度较浅★关断过程：门极加负脉冲即从门极抽出电流，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Ib2电流，进而形成强烈的正反馈；●当IA和IK的减小使1+2<1时，器件退出饱和而关断；●多元集成结构使GTO比普通晶闸管开通快，承受di/dt能力强。§1.4.1门极可关断晶闸管GTO二．动态特性★开通过程：需经过延迟时间td（1~2s）和上升时间tr两个阶段★关断过程：与普通晶闸管有所不同，由三个时间段组成储存时间ts:抽取饱和导通时储存的载流子，使等效晶体管退出饱和下降时间tf：从饱和区退至放大区，阳极电流逐渐减小（

5、小于2s）尾部时间tt：残存载流子复合GTO的开通和关断过程电流波形§1.4.1门极可关断晶闸管GTO多参数和晶闸管相应参数意义相同，仅介绍意义不同的参数１．开通时间ton＝延迟时间td＋上升时间tr延迟时间td约：1~2s，上升时间tr随阳极电流的增大而增大２．关断时间toff＝储存时间ts＋下降时间tf（不包括尾部时间tt）●储存时间ts随阳极电流的增大而增大，下降时间tf一般小于2s●tftstt>ts●门极负脉冲电流前沿越陡，幅值越大，抽取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阶段保持适当负电压，则可缩短尾部时

6、间；●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三．GTO的主要参数§1.4.1门极可关断晶闸管GTO三、GTO的主要参数（1－8）３．最大可关断阳极电流IATO门极可关断晶闸管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，即：●off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点；●1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值需要200A§1.4.2电力晶体管GTR★半导体晶体管：分单极型和双极结型两种●场效应管：参与导电的载流子只有一种，电子或空穴；●双极结型晶体管：两种

7、载流子电子和空穴都参与导电；★电力晶体管（GiantTransistor——GTR）●直译为巨型晶体管；●英文有时候也称为PowerBJT（BipolarJunctionTransistor）●是耐高电压、大电流的双极结型晶体管；★在电力电子技术的范围内，GTR与BJT这两个名称等效应用★从20世纪80年代以来，电力晶体管在中、小功率范围内取代了晶闸管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代§1.4.2电力晶体管GTR一．GTR的结构和工作原理★原理同普通晶体管，主要特征：耐压高、电流大、开关特性好；★结构采用至少由两个晶体管组成的达林顿接法单元结

8、构（图1－13）后将许多这种单元采用集成电路工艺并联而成；★使用时常用共发射极接