电力电子应用技术莫正康版主编.ppt

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1、第四章全控型电力电子器件第一节　电力晶体管第二节　可关断晶闸管第三节　功率场效应晶体管第五节　电力电子器件的缓冲电路第四节　绝缘栅双极晶体管第六节　其它新型电力电子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——门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。典型全控型器件术语用法：电力晶体管（GiantTransistor——GTR，直译为巨型晶体管）耐高电压、大电流的双

2、极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor——BJT），英文有时候也称为PowerBJT。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。第一节　电力晶体管(GTR)一.GTR的结构和工作原理GTR的结构与工作原理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

3、流ib之比为——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产品说明书中通常给直流电流增益hFE——在直流工作情况下集电极电流与基极电流之比。一般可认为hFE。单管GTR的值比小功率的晶体管小得多，通常为10左右，采用达林顿接法可有效增大电流增益。二.GTR的基本特性1、静态特性共发射极接法时的典型输出特性：截止区、放大区和饱和区。在电力电子电路中GTR工作在开关状态，即工作在截止区或饱和区2、动态特性开通过程延迟时间td和上升时间tr，二者之和为开通时间ton。关断过程储存时间ts和下降时间tf，二者之和为关断时间toff。GTR的开关时间在几

4、微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多。前已述及：电流放大倍数、直流电流增益hFE、集射极间漏电流Iceo、集射极间饱和压降Uces、开通时间ton和关断时间toff此外还有：1、最高工作电压UMGTR上电压超过规定值时会发生击穿击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关。BUcbo>BUcex>BUces>BUcer>Buceo实际使用时，最高电压UM取（1/2~1/3）BUceo。三、GTR的主要参数2、集电极最大允许电流IcM通常规定为hFE下降到规定值的1/2~1/3时所对应的Ic实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半。3、集电极最大耗散功率PcM

5、最高工作温度下允许的耗散功率产品说明书中给PcM时同时给出壳温TC，间接表示了最高工作温度。门极可关断晶闸管简称GTO，是一种通过门极来控制器件导通和关断的电力半导体器件。可以通过在门极施加正的脉冲电流使其导通，负的脉冲电流使其关断目前GTO的生产水平已达到6000V、6000A，频率为1kHz。其研制水平可达到9000V、8000A。一、GTO的结构与工作原理GTO结构原理与普通晶闸管相似，为PNPN四层三端半导体器件。第二节　可关断晶闸管二、GTO的主要特性1．阳极伏安特性逆阻型GTO的阳极伏安特性它与普通晶闸管的伏安特性极其相似，目UDRM和URRM等术语的含义

6、也相同。2．通态压降特性三、GTO的主要参数1．最大可关断阳极电流IATO2．关断增益βoff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200A。——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。GMATOoffII=b也分为结型和绝缘栅型（类似小功率FieldEffectTransistor——FET）但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（MetalOxideSemiconductorFET）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（Stati

7、cInductionTransistor——SIT）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，工作频率高可达１MHz。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。第三节　功率场效应晶体管电力MOSFET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（小于）零时才存在导电沟道电力MOSFET主要是N沟道增强型一、功率MOSFET的结构与工作原理电力MOSFET的工作原理截止：漏源极间加正电源，栅