电力电子技术基础2—器件.ppt

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1、FundamentalsofPowerElectronicsTechnology电力电子技术基础SouthChinaUniversityofTechnology第二部分电力电子器件6SouthChinaUniversityofTechnology电力电子技术基础第二部分电力电子器件——全控型器件门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现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典型代表——门极可关断

2、晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管1.3可关断晶闸管（GTO）电力电子技术第二部分电力电子器件——GTO的特点电力电子技术基础门极可关断晶闸管（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电力电子技术第二部分电力电子器件——GTO的结构和工作原理电力电子技术基础结构：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

3、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电力电子技术第二部分电力电子器件——GTO的结构和工作原理电力电子技术基础与普通晶闸管一样，可以用右图所示的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RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)电力电子技术第二部分电力电子器件——G

4、TO与普通晶闸管的区别电力电子技术基础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：（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）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（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电力电子技术第二部分电力电子器件——GTO与普通晶闸管的区别电力电子技术基础导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅

5、关断过程：强烈正反馈——门极加负脉冲即从门极抽出电流，则IG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RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2IK=IA+IGIA=Ic1+Ic2Ic1=1IA+ICBO1Ic2=2IK+ICBO2电力电子技术第二部分电力电子器件——GTO的动态特性电力电子技术基础开通过程：与普通晶闸管类似，需经过延

6、迟时间td和上升时间tr电力电子技术第二部分电力电子器件——GTO的动态特性电力电子技术基础关断过程：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，则可缩短尾部时间电力电子技术第二部分电力电子器件——GTO的主要参数电力电子技术基础

7、许多参数和普通晶闸管相应的参数意义相同，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电力电子技术第二部分电力电子器件——GTO的主要参数电力电子技术基础3)最大可关断阳极电流IATOGTO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

8、IGM之比称为电流关断增益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要200A1.4电力晶体管（GTR）电力电子技术第一部分绪论——GTR电力电子技术基础术语用法：电力晶体管（GiantTransistor——GTR，直译为巨型晶体管）耐高电压、大电流的双极结型