全控型电力电子器.ppt

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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P-MOSFET——电力场效应晶体管IGBT——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）晶闸管门极可关断晶闸管具有普通晶闸管的全部特性，如耐压高（工作电压可高达6000V）、电流大（电流可达6000A）以及造价便宜等。GTO广泛应用于电力机车的逆变

2、器和大功率的直流斩波器中。GTO与普通晶闸管类似，都是PNPN四层半导体器件，有阳极A、阴极K和门极G三个电极，但内部包含着数百个共阳极的小GTO单元。它的结构、等效电路和电气符号如图2－1所示。图2－1门极可关断晶闸管的结构、等效电路和电气符号2.导通关断条件GTO的工作原理与普通晶闸管相似。GTO触发导通的条件是：当它的阳极与阴极之间承受正向电压，门极与阴极间加正脉冲信号可以使元件导通。普通晶闸管导通时处于深度饱和状态，切断门极电流无法使其关断；但GTO采取了特殊工艺，使管子导通后处于接近临界饱和状态

3、，可用门极与阴极间加负脉冲信号破坏临界状态使其关断。因此，GTO是全控型双极型器件。GTO导通压降较大，一般为2～3V，门极触发电流较大，所以GTO的导通功耗与门极功耗均较普通晶闸管大。导通：同晶闸管，阳极与阴极之间承受正向电压，门极与阴极间加正脉冲信号关断：门极加上足够大的负脉冲电流3.特点全控型容量大off较小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。四、GTO的主要参数GTO的主要参数有最

4、大可关断阳极电流IATO和关断增益βoff。IATO也就是管子的铭牌电流。GTO的阳极电流不能过大，在使用中必须小于最大可关断阳极电流IATO，否则破坏GTO的临界导通条件，导致门极关断失败。关断增益βq为最大可关断阳极电流IATO与门极负电流最大值IGM之比，即是用来反映GTO关断能力的。βoff一般较小，只有3～5，这是GTO的一个主要缺点。因为使GTO关断的门极负电流比较大，约为阳极电流的1/5左右，所以要求触发驱动电路要采用高幅值的窄脉冲以减少关断所需的能量。第二节GTR——电力晶体管大功率晶体管

5、又可称为电力晶体管（GiantTRansistor）,简称GTR，通常指耗散功率（或输出功率）1W以上的晶体管。GTR的电气符号与普通晶体管相同。图4-5所示为某晶体管厂生产的1300系列GTR的外观，它是一种双极型大功率高反压晶体管，具有自关断能力，控制方便，开关时间短，高频特性好，价格低廉。目前GTR的容量已达400A/1200V、1000A/400V，工作频率可达5kHz，模块容量可达1000A/1800V，频率为30kHz，因此也可被用于不停电电源、中频电源和交流电机调速等电力变流装置中。1．电力

6、晶体管的结构GTR与普通晶体管有着相似的结构、工作原理和工作特性，都是三层半导体两个PN结的三端器件，也有PNP和NPN之分，但大多采用NPN型。图1-19所示是NPN型晶体管的内部结构，大多数GTR是采用三重扩散法制成的，或者是在集电极高掺杂的N+硅衬底上用外延生长法生长一层N漂移层，然后在上面扩散P基区，接着扩散掺杂N+的发射区。1.单管GTR单管GTR的基本工作原理与晶体管相同符号也相同。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

7、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．GTR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的二次击穿现象二次击穿是GTR突然损坏的主要原因之一，是它

8、在使用中最大的弱点。二次击穿现象可以用图1-20来说明。处于工作状态的GTR，当其集电极反偏电压UCE逐渐增加到最大电压BUCEO时，集电极电流IC急剧增大，出现击穿现象,但此时集电结的电压基本保持不变，这叫一次击穿。这一击穿可用外接串联电阻的办法加以控制，只要进入击穿区的时间不长，一般不会引起晶体管的特性变坏。但是，一次击穿出现后若继续增大偏压UCE，而外接限流电阻又不变，则当IC上升到某一数值时，UCE突然下降，而IC继续