第2章全控型电力电子器件课件.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MOSFET——电力场效应晶体管IGBT——门极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1.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；和普通晶闸管的不同点：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GT

2、O元的阴极和门极则在器件内部并联在一起。2.导通关断条件导通：同晶闸管，AK正偏，GK正偏关断：门极加负脉冲电流3.特点全控型容量大off≈5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。第二节GTR——电力晶体管电力晶体管GTR（GiantTransistor，巨型晶体管）耐高电压、大电流的双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor——BJT），英文有时候也称为PowerBJT在电力电子技术的范围内，GT

3、R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取代二.电力晶体管在应用中，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（1-9）——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。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ic=ib+Iceo（1-10）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。空穴流电子流c)EbEcibic=bibie=(1+b)ib1.GT

4、R的结构和工作原理二.电力晶体管(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。在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，要经过放大区。截止区放大区饱和区OIcib3ib2ib1ib1

5、管和GTO都短很多。ibIb1Ib2Icsic0090%Ib110%Ib190%Ics10%Icst0t1t2t3t4t5tttofftstftontrtdGTR的开通和关断过程电流波形(2)动态特性1.单管GTR单管GTR的基本工作原理与晶体管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

6、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的二次击穿现象一次击穿集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大，出现雪崩击穿；只要Ic不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变。二次击穿一次击穿发生时，如果继续增高外接电压，则Ic继续增大，当达到某个临界点时，Uce会突然降低至一个小值，同时导致Ic急剧上升，这种

7、现象称为二次击穿，二次击穿的持续时间很短，一般在纳秒至微秒范围，常常立即导致器件的永久损坏。必需避免。安全工作区防止二次击穿，采用保护电路，同时考虑器件的安全裕量，尽量使GTR工作在安全工作区。4.特点全控型，电流控制型二次击穿（工作时要防止）中大容量，开关频率较低电力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。1.电力MOSFET的结构和工作原理第三节功率场效应晶体管（M

8、OSFET）三.电力场效应晶体管电力MOSFET的结构是单极型晶体管。导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别。采用多元集成结构，不同的生产厂家采用了不同设计。图1-19电力ＶMOSFET的结构和电