电力电子技术及应用课件05概要.ppt

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1、2.4典型全控型器件·引言■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，电力电子技术进入了一个崭新时代。■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。电力MOSFETIGBT单管及模块9/21/202112.4.1门极可关断晶闸管■晶闸管的一种派生器件，但可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断，因而属于全控型器件。■GTO的结构和工作原理◆GTO的结构☞是PNPN四层半导体结构。☞是一种多元的功率集成器件，虽然外部同样引出个极，但内部则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

2、部并联在一起。图2-14GTO的内部结构和电气图形符号各单元的阴极、门极间隔排列的图形并联单元结构断面示意图电气图形符号9/21/202122.4.1门极可关断晶闸管图2-8晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a)双晶体管模型b)工作原理◆GTO的工作原理☞仍然可以用如图2-8所示的双晶体管模型来分析，V1、V2的共基极电流增益分别是1、2。1+2=1是器件临界导通的条件，大于1导通，小于1则关断。☞GTO与普通晶闸管的不同√设计2较大，使晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断。√导通时1+2更接近1，导通时接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增

3、大。√多元集成结构，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。9/21/202132.4.1门极可关断晶闸管☞GTO的导通过程与普通晶闸管是一样的，只不过导通时饱和程度较浅。☞而关断时，给门极加负脉冲，即从门极抽出电流，当两个晶体管发射极电流IA和IK的减小使1+2<1时，器件退出饱和而关断。☞GTO的多元集成结构使得其比普通晶闸管开通过程更快，承受di/dt的能力增强。9/21/202142.4.1门极可关断晶闸管■GTO的动态特性◆开通过程与普通晶闸管类似。◆关断过程☞储存时间ts下降时间tf尾部时间tt☞通常tf比ts小得多，而tt比ts要长。☞

4、门极负脉冲电流幅值越大，前沿越陡，ts就越短。使门极负脉冲的后沿缓慢衰减，在tt阶段仍能保持适当的负电压，则可以缩短尾部时间。图2-15GTO的开通和关断过程电流波形Ot0tiGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6抽取饱和导通时储存的大量载流子的时间等效晶体管从饱和区退至放大区，阳极电流逐渐减小时间残存载流子复合所需时间9/21/202152.4.1门极可关断晶闸管■GTO的主要参数◆GTO的许多参数都和普通晶闸管相应的参数意义相同。◆最大可关断阳极电流IATO☞用来标称GTO额定电流。◆电流关断增益off☞最大可关断阳

5、极电流IATO与门极负脉冲电流最大值IGM之比。☞off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。◆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。◆关断时间toff☞一般指储存时间和下降时间之和，而不包括尾部时间。☞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。当需要承受反向电压时，应和电力二极管串联使用。9/21/202162.4.2电力晶体管■电力晶体管（GiantTransistor——GTR）按英文直译为巨型晶体管，是一种耐高电压

6、、大电流的双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor——BJT）■GTR的结构和工作原理◆与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的。◆最主要的特性是耐压高、电流大、开关特性好。9/21/20217◆GTR的结构☞采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构，并采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成。☞GTR是由三层半导体（分别引出集电极、基极和发射极）形成的两个PN结（集电结和发射结）构成，多采用NPN结构。2.4.2电力晶体管图2-16GTR的结构、电气图形符号和内部载流子的流动a)内部结构断面示意图b)电气图形符号c)内部载流子的流动

7、+表示高掺杂浓度，-表示低掺杂浓度9/21/202182.4.2电力晶体管空穴流电子流c)EbEcibic=bibie=(1+b)ib图2-16c)内部载流子的流动☞在应用中，GTR一般采用共发射极接法。集电极电流ic与基极电流ib之比为称为GTR的电流放大系数，它反映了基极电流对集电极电流的控制能力。当考虑到集电极和发射极间的漏电流Iceo时，ic和ib的关系为☞单管GTR的值比处理信息用的小功率晶体管小得多，通常为10左右，采用达林顿接法可以有效地增大电流增益。(2-9)(2-10)9/21/202192.4.2电力晶体管■GTR的基本特性◆静态特性☞在

8、共发射极接法时的典型输出