第1章 電力電子器件

1、第一章第一章 電力電子器件電力電子器件 電力電子器件（電力電子器件（Power Electronic DevicePower Electronic Device）是指可直）是指可直接用于處理電能的主電路，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電接用于處理電能的主電路，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。電力電子器件種類很多。并且各有特點(diǎn)。按器子器件。電力電子器件種類很多。并且各有特點(diǎn)。按器件的開關(guān)控制特性可以分為以下三類。件的開關(guān)控制特性可以分為以下三類。 （1 1）不可控器件。器件本身沒有導(dǎo)通、關(guān)斷控制功能，）不可控器件。器件本身沒有導(dǎo)通、關(guān)斷控制功能，而是需要根據(jù)外電路條件決定其導(dǎo)通，關(guān)斷狀態(tài)的器件而是需要根

2、據(jù)外電路條件決定其導(dǎo)通，關(guān)斷狀態(tài)的器件稱為不可控器件。電力二極管就屬于此類器件。稱為不可控器件。電力二極管就屬于此類器件。 （2 2）半控型器件。通過控制信號只能控制其導(dǎo)通，不）半控型器件。通過控制信號只能控制其導(dǎo)通，不能控制其關(guān)斷的電力電子器件稱為半可控器件。例如，能控制其關(guān)斷的電力電子器件稱為半可控器件。例如，晶閘管及其大部分派生器件等。晶閘管及其大部分派生器件等。. . （3 3）全控型器件。通過控制信號既可以控制其導(dǎo)通又）全控型器件。通過控制信號既可以控制其導(dǎo)通又可以控制其關(guān)斷的器件稱為全控型器件。例如門極可關(guān)可以控制其關(guān)斷的器件稱為全控型器件。例如門極可關(guān)斷晶閘管斷晶閘管( GTO)

3、( GTO)、功率場效應(yīng)晶體管（、功率場效應(yīng)晶體管（P-MOSFETP-MOSFET）、）、絕緣柵極雙極型晶體管（絕緣柵極雙極型晶體管（IGBTIGBT）等。）等。 第一節(jié)第一節(jié) 晶閘管晶閘管 一、晶閘管的結(jié)構(gòu)一、晶閘管的結(jié)構(gòu) 1P 圖圖1-1 晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣符號晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣符號（a）晶閘管的外形；（）晶閘管的外形；（b）結(jié)構(gòu)；（）結(jié)構(gòu)；（c）電氣符號）電氣符號 二二 晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理 可以通過圖可以通過圖1 1一一2 2所示的導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)電路來說明晶閘管的所示的導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)電路來說明晶閘管的工作原理工作原理. .在該電路中由電源在該電路中由電源E Ea a、白熾

4、燈、晶閘管的陽極、白熾燈、晶閘管的陽極和陰極組成晶閘管的主電路和陰極組成晶閘管的主電路; ;由電源由電源E Eg g、開關(guān)、開關(guān)S S、晶閘管的、晶閘管的門極和陰極組成控制電路，也稱為觸發(fā)電路門極和陰極組成控制電路，也稱為觸發(fā)電路. .圖圖1-2 晶閘管導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)電路圖晶閘管導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)電路圖 通過上述實(shí)驗(yàn)可知。晶閘管導(dǎo)通必須同時其備通過上述實(shí)驗(yàn)可知。晶閘管導(dǎo)通必須同時其備兩個兩個條件：條件： （1 1）晶閘管主電路加正向電壓。）晶閘管主電路加正向電壓。 （2 2）晶閘管控制電路加合適的正向電壓。門極流入足夠的觸）晶閘管控制電路加合適的正向電壓。門極流入足夠的觸發(fā)電流。發(fā)電流。 下面通過通過晶閘管的

5、互補(bǔ)三極管等效電路，進(jìn)一步說明下面通過通過晶閘管的互補(bǔ)三極管等效電路，進(jìn)一步說明晶閘管的工作原理。晶閘管的工作原理。圖圖1-3 晶閘管等效電路晶閘管等效電路 在晶閘管導(dǎo)通之后，如果控制極電流消失，由于晶閘管在晶閘管導(dǎo)通之后，如果控制極電流消失，由于晶閘管內(nèi)部已經(jīng)形成強(qiáng)烈的正反饋。晶閘管仍將處于導(dǎo)通狀態(tài)內(nèi)部已經(jīng)形成強(qiáng)烈的正反饋。晶閘管仍將處于導(dǎo)通狀態(tài). . 要想關(guān)斷晶閘管：要想關(guān)斷晶閘管：最根本的方法就是必須將陽極電流減最根本的方法就是必須將陽極電流減小大使之不能維持正反饋的程度。即設(shè)法將晶閘管的陽極電小大使之不能維持正反饋的程度。即設(shè)法將晶閘管的陽極電流減小到維持電流以下。流減小到維持電流以下

6、。 可采用的方法有：將陽極電源斷開；或者在陽極和陰極可采用的方法有：將陽極電源斷開；或者在陽極和陰極間加反向電壓間加反向電壓. . 控制極的作用僅是觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通控制極的作用僅是觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通. .導(dǎo)通之后，控導(dǎo)通之后，控制極就失去了作用，不能令其關(guān)斷制極就失去了作用，不能令其關(guān)斷. .從這個意義上來講。晶從這個意義上來講。晶閘管被稱為閘管被稱為半控型半控型器件。器件。 三、晶閘管的伏安特性三、晶閘管的伏安特性 晶閘管陽極與陰極間的電壓晶閘管陽極與陰極間的電壓UUAA和陽極電流和陽極電流I IAA的關(guān)系稱的關(guān)系稱為陽極伏安特性，要正確使用晶閘管必須了解其伏安特性。為陽極伏安特性，要正確

7、使用晶閘管必須了解其伏安特性。圖圖1-41-4所示為晶閘管陽極伏安特性曲線所示為晶閘管陽極伏安特性曲線. .包括第一象限的正包括第一象限的正特性和第三象限的反向特性兩部分特性和第三象限的反向特性兩部分。圖圖1-4 晶閘管陽極伏安特性曲線晶閘管陽極伏安特性曲線UUDRMDRM、UURRM RRM -正、反向斷態(tài)重復(fù)正、反向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓；峰值電壓；UUDRMDRM、UURSMRSM-正、反向斷態(tài)不重正、反向斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓；復(fù)峰值電壓；UUBOBO-自然正向轉(zhuǎn)折電壓；自然正向轉(zhuǎn)折電壓；UURORO-反向擊穿電壓反向擊穿電壓 四、晶閘管的主要參數(shù)四、晶閘管的主要參數(shù) （一）晶閘管的電壓定額（一

8、）晶閘管的電壓定額 1 1正向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓正向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UUDRMDRM 在額定結(jié)溫下，在控制極斷路和晶閘管正向阻斷的條件下?？稍陬~定結(jié)溫下，在控制極斷路和晶閘管正向阻斷的條件下?？芍貜?fù)加在晶閘管兩端的正向峰值電壓稱為正向重復(fù)峰值電壓重復(fù)加在晶閘管兩端的正向峰值電壓稱為正向重復(fù)峰值電壓UUDRMDRM( (國際規(guī)定重復(fù)頻率為國際規(guī)定重復(fù)頻率為50Hz50Hz，每次持續(xù)時間不超過，每次持續(xù)時間不超過10ms)10ms)。一般規(guī)定此電壓為自然正向轉(zhuǎn)折電壓一般規(guī)定此電壓為自然正向轉(zhuǎn)折電壓UUBOBO的的80%80%，為正向不重復(fù)，為正向不重復(fù)峰值電壓峰值電壓UUDSMDSM的的90%90%

9、。 2. 2.反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URRMURRM 在額定結(jié)溫下在額定結(jié)溫下. .控制極斷路時控制極斷路時. .可以重復(fù)加在晶閘管兩端的反可以重復(fù)加在晶閘管兩端的反向峰值電壓稱為反向峰值電壓向峰值電壓稱為反向峰值電壓UURRMRRM., .,此電壓取反向擊穿電壓此電壓取反向擊穿電壓UURORO的的80%80%，為反向不重復(fù)峰值電壓，為反向不重復(fù)峰值電壓UURSMRSM的的90%90%。 晶閘管額定電壓晶閘管額定電壓UUTNTN 晶閘管額定電壓通常是這樣標(biāo)定的，通常取實(shí)測晶閘管額定電壓通常是這樣標(biāo)定的，通常取實(shí)測UUDRMDRM和和UURRMRRM中的較小值中的較小值. .按規(guī)定的標(biāo)

10、準(zhǔn)電壓每級就低取讀數(shù)按規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)電壓每級就低取讀數(shù). .作為該晶作為該晶閘管的額定電壓閘管的額定電壓. .規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)電壓等級規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)電壓等級: :在在1000V1000V以下。每隔以下。每隔100V100V為一級；為一級；10003000V10003000V，每隔，每隔200V200V為一級。為一級。 選用元件額定電壓時應(yīng)取正常工作時晶閘管所承受峰值電壓選用元件額定電壓時應(yīng)取正常工作時晶閘管所承受峰值電壓的的2323倍，即考慮倍，即考慮2323倍的安全裕量，倍的安全裕量，UUTNTN=(23)U=(23)UTMTM。 （二）晶閘管的電流額定（二）晶閘管的電流額定1. 1.通態(tài)平均電流通態(tài)平均

11、電流I IT T（AVAV） 在環(huán)境溫度為在環(huán)境溫度為4040和標(biāo)準(zhǔn)散熱的條件下。晶閘管在導(dǎo)通和標(biāo)準(zhǔn)散熱的條件下。晶閘管在導(dǎo)通角不小于角不小于170170的電阻性負(fù)載電路中，當(dāng)結(jié)溫不超過額定的電阻性負(fù)載電路中，當(dāng)結(jié)溫不超過額定結(jié)溫且穩(wěn)定時，所允許通過的工頻正弦半波電流的平均值，結(jié)溫且穩(wěn)定時，所允許通過的工頻正弦半波電流的平均值，稱為額定通態(tài)平均電流稱為額定通態(tài)平均電流 I IT T（AVAV）, ,簡稱額定電流。按照標(biāo)簡稱額定電流。按照標(biāo)準(zhǔn)，取其整數(shù)作為該器件的額定電流。如果正弦半波電流準(zhǔn)，取其整數(shù)作為該器件的額定電流。如果正弦半波電流的最大值為的最大值為I Im m，則，則(AV)01sin

12、()2mTmIIItdt(AV)1.572TfTIKI2201(sin)()22mTmIIItdtfK 電流有效值電流平均值額定電流有效值為額定電流有效值為然而在實(shí)際使用中，流過晶閘管的電流波形形狀、波形導(dǎo)通角并然而在實(shí)際使用中，流過晶閘管的電流波形形狀、波形導(dǎo)通角并不是一定的，各種含有直流分量的電流波形都有一個電流平均值不是一定的，各種含有直流分量的電流波形都有一個電流平均值（即一個周期內(nèi)波形面積的平均值），也就有一個電流有效值（即一個周期內(nèi)波形面積的平均值），也就有一個電流有效值( (即即均方根值均方根值) )，現(xiàn)定義某電流波形的有效值與平均值之比為這個電流，現(xiàn)定義某電流波形的有效值與平均

13、值之比為這個電流的波形系數(shù)，用的波形系數(shù)，用KfKf表示，即表示，即根據(jù)式（根據(jù)式（1-31-3）可求出正弦半波電流的波形系數(shù)）可求出正弦半波電流的波形系數(shù) 因此在實(shí)際中，選擇晶閘管額定電流因此在實(shí)際中，選擇晶閘管額定電流I IT T（AVAV）應(yīng)遵循以應(yīng)遵循以下原則下原則: :所選晶閘管額定電流有效值所選晶閘管額定電流有效值I INN要大于元件在電路要大于元件在電路中可能流過的最大電流有效值中可能流過的最大電流有效值I ITMTM，取，取1.521.52倍的安全裕量，倍的安全裕量，即即 (AV)(1.5 2)I1.57TNTMTII(AV)(1.5 2)I/1.57TTMI 2. 2.維持電

14、流維持電流I IHH 在室溫且控制極斷路時在室溫且控制極斷路時. .維持晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通的最小陽極維持晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通的最小陽極電流稱為維持電流電流稱為維持電流I IHH. .維持電大的晶閘管容易被關(guān)斷維持電大的晶閘管容易被關(guān)斷. .維持維持電流與元件容最、結(jié)溫等因素有關(guān)，結(jié)越高，電流與元件容最、結(jié)溫等因素有關(guān)，結(jié)越高，I IHH越小越小. .通通常在晶閘管的銘牌上常在晶閘管的銘牌上. .標(biāo)明了常溫下標(biāo)明了常溫下I IHH的實(shí)測值。的實(shí)測值。 3. 3. 掣住電流掣住電流I IL L 給晶閘管加合適陽極電壓，門極加上觸發(fā)電壓，當(dāng)原件給晶閘管加合適陽極電壓，門極加上觸發(fā)電壓，當(dāng)原件剛從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)

15、通狀態(tài)時就撤除觸發(fā)電壓，此時元件剛從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)時就撤除觸發(fā)電壓，此時元件維持導(dǎo)通所需要的最小陽極電流稱為掣住電流維持導(dǎo)通所需要的最小陽極電流稱為掣住電流I IL L，對同一，對同一晶閘管來說，掣住電流晶閘管來說，掣住電流I IL L要比維持電流要比維持電流I IHH大大2424倍。倍。 （三）動態(tài)參數(shù)（三）動態(tài)參數(shù) 晶閘管是一種無觸點(diǎn)開關(guān)，在導(dǎo)通與限斷兩種工作狀晶閘管是一種無觸點(diǎn)開關(guān)，在導(dǎo)通與限斷兩種工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換并不是瞬時完成的，而是需要一定的時間。態(tài)之間的轉(zhuǎn)換并不是瞬時完成的，而是需要一定的時間。當(dāng)元件的導(dǎo)通與關(guān)斷頻率較高時，這種時間的影響就不得當(dāng)元件的導(dǎo)通與關(guān)斷頻率較高時，

16、這種時間的影響就不得不考慮進(jìn)去而無法忽略。不考慮進(jìn)去而無法忽略。1. 1.開通時間開通時間t tG G 一般規(guī)定：當(dāng)觸發(fā)電流流入門極，現(xiàn)在一般規(guī)定：當(dāng)觸發(fā)電流流入門極，現(xiàn)在J J2 2結(jié)靠近門極附結(jié)靠近門極附近形成導(dǎo)通區(qū)，逐漸擴(kuò)展到近形成導(dǎo)通區(qū)，逐漸擴(kuò)展到J J2 2結(jié)的全區(qū)域，這段時間稱為結(jié)的全區(qū)域，這段時間稱為開通時間開通時間t tG G，普通晶閘管的，普通晶閘管的t tG G為幾十微妙以下，快速晶閘為幾十微妙以下，快速晶閘管可以達(dá)到管可以達(dá)到1 1s s。開通時間與處罰脈沖的陡度大小、結(jié)溫。開通時間與處罰脈沖的陡度大小、結(jié)溫以及主回路中的電感量等有關(guān)。以及主回路中的電感量等有關(guān)。2. 2

17、.關(guān)斷時間關(guān)斷時間t tGDGD 把額定結(jié)溫下，晶閘管從正向陽極電流下降為零到把額定結(jié)溫下，晶閘管從正向陽極電流下降為零到其恢復(fù)正向阻斷能力為止所需要的這段時間稱為關(guān)斷時其恢復(fù)正向阻斷能力為止所需要的這段時間稱為關(guān)斷時間間t tGDGD。 晶閘管的關(guān)斷時間與元件結(jié)溫、關(guān)斷前陽極電流的晶閘管的關(guān)斷時間與元件結(jié)溫、關(guān)斷前陽極電流的大小以及所加反壓的大小有關(guān)。普通晶閘管的大小以及所加反壓的大小有關(guān)。普通晶閘管的t tGDGD為幾為幾十到幾百微秒，快速晶閘管可短至十到幾百微秒，快速晶閘管可短至1 1s s。. .3. 3.通態(tài)電流臨界上升率通態(tài)電流臨界上升率di/dtdi/dt 在規(guī)定條件下，元件在門

18、極開通時能承受而不導(dǎo)致在規(guī)定條件下，元件在門極開通時能承受而不導(dǎo)致?lián)p壞的通態(tài)電流的最大上升率損壞的通態(tài)電流的最大上升率. .稱為通態(tài)電流臨界上升率稱為通態(tài)電流臨界上升率di/dtdi/dt。 如果陽極電流上升得太快如果陽極電流上升得太快則會導(dǎo)致門極附近的則會導(dǎo)致門極附近的PNPN結(jié)結(jié)J J2 2因電流密度過大局部過熱而燒毀因電流密度過大局部過熱而燒毀. .使晶閘管損壞。使晶閘管損壞。 限制電流上升率的有效辦法遞串接空芯電感。限制電流上升率的有效辦法遞串接空芯電感。 4. 4.斷態(tài)正向電壓臨界上升率斷態(tài)正向電壓臨界上升率du/dtdu/dt 在額定結(jié)溫和門極斷路情況下在額定結(jié)溫和門極斷路情況下.

19、 .使元件由斷態(tài)轉(zhuǎn)入通使元件由斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)，元件所加的最小正向電流上升率，稱為正向電壓臨界態(tài)，元件所加的最小正向電流上升率，稱為正向電壓臨界上升率上升率du/dtdu/dt。晶閘管在阻斷狀態(tài)下結(jié)面。晶閘管在阻斷狀態(tài)下結(jié)面J J2 2相當(dāng)于一個電容。相當(dāng)于一個電容。若突然加一正向陽極電壓若突然加一正向陽極電壓. .便會有一個充電電流流過便會有一個充電電流流過. .該充該充電電流流經(jīng)電電流流經(jīng)J J3 3結(jié)時，起到相當(dāng)于門極觸發(fā)電流的作用結(jié)時，起到相當(dāng)于門極觸發(fā)電流的作用如如果電壓上升率過大會使充電電流足夠大，將使元件誤觸發(fā)果電壓上升率過大會使充電電流足夠大，將使元件誤觸發(fā)導(dǎo)通導(dǎo)通. .因此使用中

20、實(shí)際電壓上升率必須低于此臨界值。要因此使用中實(shí)際電壓上升率必須低于此臨界值。要限制限制du/dtdu/dt，可在元件兩端并聯(lián)限容支路或門極反向偏置。，可在元件兩端并聯(lián)限容支路或門極反向偏置。 五、晶閘管的型號及簡單測試方法五、晶閘管的型號及簡單測試方法 （一）晶閘管的型號（一）晶閘管的型號 按國家標(biāo)準(zhǔn)按國家標(biāo)準(zhǔn)國產(chǎn)晶閘管的型號命名國產(chǎn)晶閘管的型號命名(JB 1144(JB 1144一一1975)1975)規(guī)定，普通硅晶閘管型號中各部分的含義如圖規(guī)定，普通硅晶閘管型號中各部分的含義如圖1-51-5所示。所示。圖圖1-5 晶閘管型號的含義晶閘管型號的含義 （二）晶閘管的簡單測試方法（二）晶閘管的簡

21、單測試方法 對于晶閘管的三個電極對于晶閘管的三個電極, ,可以用萬用表粗測其好壞。依可以用萬用表粗測其好壞。依據(jù)據(jù)PNPN結(jié)單相導(dǎo)電原理用，表歐姆檔測試元件的各個電極結(jié)單相導(dǎo)電原理用，表歐姆檔測試元件的各個電極之間的阻值?？沙醪脚袛喙茏邮欠裢旰?。之間的阻值?？沙醪脚袛喙茏邮欠裢旰谩?如用萬用表如用萬用表RR1k1k檔測量陽極檔測量陽極AA和陰極和陰極K K之間的正、之間的正、反向電阻都很大，在幾百千歐以上反向電阻都很大，在幾百千歐以上. .且正、反向電阻相差且正、反向電阻相差很小很小; ;用用RR1010或或RR100100檔測量控制極檔測量控制極G G和陰極和陰極K K之間之間的阻值的阻值.

22、 .其正向電阻應(yīng)小于或接近于反向電阻、這樣的晶其正向電阻應(yīng)小于或接近于反向電阻、這樣的晶閘管是好的閘管是好的. . 如果陽極與陰極或陽極與控制極間有短路，陰極與控如果陽極與陰極或陽極與控制極間有短路，陰極與控制極間為短路或短路，則說明晶閘管是壞的。制極間為短路或短路，則說明晶閘管是壞的。 六、晶閘管的派生器件六、晶閘管的派生器件 在晶閘管的家族中，除了最常用的普通型晶閘管之外，在晶閘管的家族中，除了最常用的普通型晶閘管之外，根據(jù)不同的實(shí)際需要，在普通晶閘管的基礎(chǔ)上衍生出了一根據(jù)不同的實(shí)際需要，在普通晶閘管的基礎(chǔ)上衍生出了一系列的派生器件，它們是采用不同材料和工藝制造的有特系列的派生器件，它們是

23、采用不同材料和工藝制造的有特殊功能的晶閘管殊功能的晶閘管 主要有快速晶閘管（主要有快速晶閘管（FSTFST）、雙向晶閘管）、雙向晶閘管(TRIAC ).(TRIAC ).逆導(dǎo)晶閘管（逆導(dǎo)晶閘管（RCTRCT）和光控晶閘管）和光控晶閘管(LTT )(LTT )等，下面分別等，下面分別作簡要介紹。作簡要介紹。 一快速晶閘管一快速晶閘管(Fast Switch Thyristor, FAT)(Fast Switch Thyristor, FAT) 快速晶閘管是為了快速應(yīng)用而設(shè)計的，有常規(guī)的快快速晶閘管是為了快速應(yīng)用而設(shè)計的，有常規(guī)的快速晶閘管（開關(guān)頻率在速晶閘管（開關(guān)頻率在400Hz400Hz以上以

24、上) )和工作在更高頻率和工作在更高頻率( (開開關(guān)頻率在關(guān)頻率在10kHz10kHz以上以上) )的高頻晶閘管的高頻晶閘管; ;它們的外形、電氣符它們的外形、電氣符號、基本結(jié)構(gòu)，伏安特性及使用都與普通晶間管相同號、基本結(jié)構(gòu)，伏安特性及使用都與普通晶間管相同. . 由于對晶閘管的管芯結(jié)構(gòu)和制造工藝進(jìn)行了改進(jìn)，快速由于對晶閘管的管芯結(jié)構(gòu)和制造工藝進(jìn)行了改進(jìn)，快速晶閘管的開關(guān)時間以及晶閘管的開關(guān)時間以及du/dtdu/dt和和di/dtdi/dt耐量都有明顯改善。從耐量都有明顯改善。從關(guān)斷時間上看關(guān)斷時間上看. .將通晶閘管關(guān)斷時間為數(shù)百微秒?？焖倬⑼ňчl管關(guān)斷時間為數(shù)百微秒?？焖倬чl管為數(shù)十微

25、秒，而高頻晶閘管為閘管為數(shù)十微秒，而高頻晶閘管為1us1us左右。左右。 與普通晶閘管相比高頻晶閘管的不足在于其電壓不易與普通晶閘管相比高頻晶閘管的不足在于其電壓不易做高。由于工作頻率較高。不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效做高。由于工作頻率較高。不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。應(yīng)。 （二）雙向晶閘管（二）雙向晶閘管(Triode AC. Switch. TRIAC.)(Triode AC. Switch. TRIAC.) 雙向晶閘管不論從結(jié)構(gòu)還是從特性方面來說，都可以看雙向晶閘管不論從結(jié)構(gòu)還是從特性方面來說，都可以看成是一對反向并聯(lián)的普通晶閘管。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、等效電路、成是一對反向并聯(lián)的普通晶閘管。其內(nèi)

26、部結(jié)構(gòu)、等效電路、電氣符號和伏安特性分別如圖電氣符號和伏安特性分別如圖1 61 6（a a） 、（、（b b）、（）、（c c）、）、（d d）所示。）所示。 圖圖1-6 雙向晶閘管雙向晶閘管（a）內(nèi)部結(jié)構(gòu)；（）內(nèi)部結(jié)構(gòu)；（b）等效電路；（）等效電路；（c）電氣符號；（）電氣符號；（d）伏安特性）伏安特性 ( (三）逆導(dǎo)晶閘管（三）逆導(dǎo)晶閘管（Reverse Conducting ThyristorReverse Conducting Thyristor，RCTRCT） 逆導(dǎo)晶閘管在逆變或直流電路中經(jīng)需要將晶閘管和二極逆導(dǎo)晶閘管在逆變或直流電路中經(jīng)需要將晶閘管和二極管反向并聯(lián)使用，逆導(dǎo)晶閘管就

27、是根據(jù)這一要求將晶閘管和管反向并聯(lián)使用，逆導(dǎo)晶閘管就是根據(jù)這一要求將晶閘管和二極管集成在同一硅片上制造而成的二極管集成在同一硅片上制造而成的其內(nèi)部結(jié)構(gòu)等效電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)等效電路，電氣符號和伏安特性分別如圖電氣符號和伏安特性分別如圖1-7(a)1-7(a)、（、（b b）（）（c c）所示。）所示。 圖圖1-7 逆導(dǎo)晶閘管逆導(dǎo)晶閘管（a）內(nèi)部結(jié)構(gòu)；（）內(nèi)部結(jié)構(gòu)；（b）等效電路；（）等效電路；（c）電氣符號（）電氣符號（d）伏安特性）伏安特性 （四）光控晶閘管（四）光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLight Triggered Thyristor，LTTLTT） 光

28、控晶閘管又稱光控觸發(fā)晶閘管，它與普通晶管不同的是，其光控晶閘管又稱光控觸發(fā)晶閘管，它與普通晶管不同的是，其門極集成了一個光電二極管?？衫靡欢úㄩL的光照信號代替電門極集成了一個光電二極管?？衫靡欢úㄩL的光照信號代替電信號觸發(fā)器件，使其導(dǎo)通。圖信號觸發(fā)器件，使其導(dǎo)通。圖1-81-8（a a）、（）、（b b）所示分別為光控晶）所示分別為光控晶閘管的的電氣符號和伏安特性曲線。閘管的的電氣符號和伏安特性曲線。 圖圖1-8 管控晶閘管管控晶閘管（a）電氣符號；）電氣符號；（b）伏安特性曲線）伏安特性曲線 晶閘管問世后不久門極可關(guān)斷晶就出現(xiàn)了晶閘管問世后不久門極可關(guān)斷晶就出現(xiàn)了.20.20世紀(jì)世紀(jì)80

29、80年年代以來電力電子技術(shù)進(jìn)入了一個嶄新時代。門極可關(guān)斷晶代以來電力電子技術(shù)進(jìn)入了一個嶄新時代。門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管，電力場效晶體管、絕緣柵極雙極晶閘閘管、電力晶體管，電力場效晶體管、絕緣柵極雙極晶閘管就是全控型電力電子器件的典型代表。管就是全控型電力電子器件的典型代表。. .第二節(jié)第二節(jié) 全控電力電子器件全控電力電子器件 一、門極可關(guān)斷晶閘管（一、門極可關(guān)斷晶閘管（GTOGTO） 門極可關(guān)斷晶閘管（門極可關(guān)斷晶閘管（Gate Turn Off thyristor,GTOGate Turn Off thyristor,GTO）也是晶）也是晶閘管的一種派生器件閘管的一種派生器件. .它具

30、有普通晶閘管的全部特性，如它具有普通晶閘管的全部特性，如耐壓高耐壓高( (工作電壓可高達(dá)工作電壓可高達(dá)6000V)6000V)、電流大（電流可達(dá)到、電流大（電流可達(dá)到6000A6000A）) )以及造價便宜等以及造價便宜等. .同時又具有門極正脈沖信號觸同時又具有門極正脈沖信號觸發(fā)導(dǎo)通發(fā)導(dǎo)通. .、門極負(fù)脈沖信號觸發(fā)關(guān)斷的特性，屬于全控型、門極負(fù)脈沖信號觸發(fā)關(guān)斷的特性，屬于全控型雙極型器件雙極型器件. . （一）（一） GTOGTO的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理 圖圖1-9 GTO內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號（a）各單元陰極、門極間隔排列的圖形；）各單元陰極、門極間隔排列的圖

31、形；（b）并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖；）并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖；（c）電氣圖形符號）電氣圖形符號圖圖1-10 GTO結(jié)構(gòu)和等效電路結(jié)構(gòu)和等效電路（三）（三） GTOGTO的緩沖電路的緩沖電路 電力電子器件開通時流過的很大的電流，阻斷時承受很高的電壓；電力電子器件開通時流過的很大的電流，阻斷時承受很高的電壓；尤其在開關(guān)轉(zhuǎn)換的瞬間，電路中各個儲能元件的能量釋放會導(dǎo)致器件尤其在開關(guān)轉(zhuǎn)換的瞬間，電路中各個儲能元件的能量釋放會導(dǎo)致器件經(jīng)受很大的沖擊，有可能超過器件的安全工作區(qū)而導(dǎo)致?lián)p壞。附加各經(jīng)受很大的沖擊，有可能超過器件的安全工作區(qū)而導(dǎo)致?lián)p壞。附加各種緩沖電路，目的不僅是降低浪電壓、種緩沖電路，目的不僅是

32、降低浪電壓、du/dtdu/dt和和di/dtdi/dt，還希望能減少器，還希望能減少器件的開關(guān)損耗、避免器件損壞和抑制電磁干擾，提高電路的可靠性。件的開關(guān)損耗、避免器件損壞和抑制電磁干擾，提高電路的可靠性。吸收過電壓的有效方法是在器件兩端并聯(lián)一個吸收過電壓的阻容電路。吸收過電壓的有效方法是在器件兩端并聯(lián)一個吸收過電壓的阻容電路。圖圖1-11(a)1-11(a)所示為只能用于小電流電路的緩沖電路器，圖所示為只能用于小電流電路的緩沖電路器，圖1-11(b)1-11(b)與圖與圖1- 1-11(c)11(c)所示為較大容量所示為較大容量GTOGTO電路中常見的緩沖器，盡量選用快速型、電路中常見的緩

33、沖器，盡量選用快速型、接線短的二極管，這將使緩沖器阻容效果更顯著。接線短的二極管，這將使緩沖器阻容效果更顯著。圖圖1-11 GTO阻容緩沖電路阻容緩沖電路（四）（四） GTOGTO的門極驅(qū)動電路的門極驅(qū)動電路 GTOGTO門極觸發(fā)方式通常有以下三種。門極觸發(fā)方式通常有以下三種。 （）（） 直流觸發(fā)：在直流觸發(fā)：在GTOGTO被觸發(fā)導(dǎo)通期間，門極一直加被觸發(fā)導(dǎo)通期間，門極一直加有直流觸發(fā)信號。有直流觸發(fā)信號。 （）（） 連續(xù)脈沖觸發(fā)：在連續(xù)脈沖觸發(fā)：在GTOGTO被觸發(fā)導(dǎo)通期間，門極仍被觸發(fā)導(dǎo)通期間，門極仍加有連續(xù)觸發(fā)脈沖，所以也稱脈沖系觸發(fā)。加有連續(xù)觸發(fā)脈沖，所以也稱脈沖系觸發(fā)。 （）（） 單

34、脈沖觸發(fā)：即常用的脈沖觸發(fā)，應(yīng)提高脈沖的單脈沖觸發(fā)：即常用的脈沖觸發(fā)，應(yīng)提高脈沖的前沿陡度，增大脈沖幅度和寬度，才能使前沿陡度，增大脈沖幅度和寬度，才能使GTOGTO的大部分或的大部分或全部達(dá)飽和導(dǎo)通狀態(tài)。全部達(dá)飽和導(dǎo)通狀態(tài)。 圖圖1-121-12（a a）、（）、（b b）所示兩種觸發(fā)電路都只能用于）所示兩種觸發(fā)電路都只能用于300A300A以下的以下的GTOGTO的導(dǎo)通，對于的導(dǎo)通，對于300A300A以上的以上的GTOGTO可用圖可用圖1- 1-1212（C C）所示的觸發(fā)電路來控制。當(dāng)晶體管）所示的觸發(fā)電路來控制。當(dāng)晶體管V1V1和二極管和二極管VDVD導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，GTOGTO被觸

35、發(fā)導(dǎo)通；當(dāng)晶體管被觸發(fā)導(dǎo)通；當(dāng)晶體管V2V2和晶閘管和晶閘管VTVT導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，GTOGTO被門極反向電壓關(guān)斷。由于控制電路與主電被門極反向電壓關(guān)斷。由于控制電路與主電路之間采用變壓器進(jìn)行隔離，路之間采用變壓器進(jìn)行隔離，GTOGTO導(dǎo)通、關(guān)斷時的電流不導(dǎo)通、關(guān)斷時的電流不影響控制電路，提高了電路的容量，實(shí)現(xiàn)了用較小電壓對影響控制電路，提高了電路的容量，實(shí)現(xiàn)了用較小電壓對大電流電路的控制。大電流電路的控制。圖圖1-12 GTO的門極驅(qū)動電路的門極驅(qū)動電路（五）（五） GTOGTO的典型應(yīng)用的典型應(yīng)用 GTOGTO作為全控型電力電子器件，主要用于高電壓、大功作為全控型電力電子器件，主要用于高電

36、壓、大功率的直流變換電路（即斬波電路）、逆變器電路等需要原率的直流變換電路（即斬波電路）、逆變器電路等需要原件強(qiáng)迫關(guān)斷的場合，例如恒壓恒頻電源（件強(qiáng)迫關(guān)斷的場合，例如恒壓恒頻電源（CVCFCVCF）、不間）、不間斷電源（斷電源（UPSUPS）等。另一類）等。另一類GTOGTO的典型應(yīng)用是調(diào)頻調(diào)壓的典型應(yīng)用是調(diào)頻調(diào)壓電源，即電源，即VVVFVVVF，此電源多用于風(fēng)機(jī)、水泵、軋機(jī)、牽，此電源多用于風(fēng)機(jī)、水泵、軋機(jī)、牽引等交流變頻調(diào)速系統(tǒng)中。引等交流變頻調(diào)速系統(tǒng)中。圖圖1-13 用電感、電容關(guān)斷用電感、電容關(guān)斷GTO的點(diǎn)火電路的點(diǎn)火電路 二、大功率晶體管（二、大功率晶體管（GTRGTR）大功率晶體管

37、又可稱為電力晶大功率晶體管又可稱為電力晶體管（體管（Giant Transistor Giant Transistor ，GTRGTR，直，直譯為巨型晶體管），是一種耐高電譯為巨型晶體管），是一種耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction TransistorBipolar Junction Transistor，BJTBJT），英文有時候也稱為），英文有時候也稱為Power Power BJTBJT。GTRGTR的電氣符號與普通晶的電氣符號與普通晶體管相同。圖體管相同。圖1-141-14所示為某晶體管所示為某晶體管廠生產(chǎn)的廠生產(chǎn)的130013

38、00系列系列GTRGTR的外形的外形. .圖圖1-14 GTR外形外形 （一）（一）GTRGTR的結(jié)構(gòu)及其工作原理的結(jié)構(gòu)及其工作原理 圖圖1-15 GTR內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖、電氣圖形符號、內(nèi)部載流子的流動內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖、電氣圖形符號、內(nèi)部載流子的流動（）斷面示意圖；（）電氣圖形符號；（）內(nèi)部載流子的流動（）斷面示意圖；（）電氣圖形符號；（）內(nèi)部載流子的流動 （四）（四）GTRGTR的驅(qū)動電路和保護(hù)電路的驅(qū)動電路和保護(hù)電路 (1(1）簡單的雙電源驅(qū)動電路如圖）簡單的雙電源驅(qū)動電路如圖1-181-18所示所示. .圖雙電源驅(qū)動電路圖雙電源驅(qū)動電路 2.GTR2.GTR的保護(hù)電路的保護(hù)電路 由于

39、由于GTRGTR是一種大功率電力器件，常工作于大電流、高電壓的場合，為了是一種大功率電力器件，常工作于大電流、高電壓的場合，為了保證保證GTRGTR的組成的系統(tǒng)安全可靠地正常運(yùn)行的組成的系統(tǒng)安全可靠地正常運(yùn)行. .要采取有效措施對要采取有效措施對GTRGTR實(shí)施保實(shí)施保護(hù)，一般來說，護(hù)，一般來說，GTRGTR保護(hù)分為過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、電流變化率保護(hù)分為過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、電流變化率di/dtdi/dt限限制和電壓變化率制和電壓變化率du/dtdu/dt限制等幾個方面。限制等幾個方面。圖耗能式緩沖電路圖耗能式緩沖電路 （2 2）GTRGTR的過電流、短路保護(hù)。的過電流、短路保護(hù)。GTR

40、GTR存在二次擊穿等問題，存在二次擊穿等問題，由于二次擊穿很快由于二次擊穿很快. .遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于快速熔斷器的熔斷時間，因此諸如遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于快速熔斷器的熔斷時間，因此諸如快速熔斷器之類的過電流保護(hù)方法對快速熔斷器之類的過電流保護(hù)方法對GTRGTR類電力電子設(shè)備來說類電力電子設(shè)備來說是無用的。所以是無用的。所以GTRGTR的過電流保護(hù)要依賴于驅(qū)動和特殊的保護(hù)的過電流保護(hù)要依賴于驅(qū)動和特殊的保護(hù)電路。電路。 對對GTRGTR進(jìn)行過流保護(hù)的一般做法是進(jìn)行過流保護(hù)的一般做法是: :利用參數(shù)狀態(tài)識別對單利用參數(shù)狀態(tài)識別對單個器件件進(jìn)行自適應(yīng)保護(hù)個器件件進(jìn)行自適應(yīng)保護(hù): :利用互鎖辦法對橋臂中的兩個器件進(jìn)利用互鎖辦

41、法對橋臂中的兩個器件進(jìn)行保護(hù)。利用常規(guī)的辦法對電力電子裝置，進(jìn)行最終保護(hù)行保護(hù)。利用常規(guī)的辦法對電力電子裝置，進(jìn)行最終保護(hù). .上述上述三個辦法中，單獨(dú)使用任何一種辦法都不能進(jìn)行有效保護(hù)三個辦法中，單獨(dú)使用任何一種辦法都不能進(jìn)行有效保護(hù). .只有只有綜合應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)全方位的保護(hù)綜合應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)全方位的保護(hù). .下面對前兩種方法加以介紹。下面對前兩種方法加以介紹。 圖識別保護(hù)電路圖識別保護(hù)電路 2)2)橋臂互鎖保護(hù)橋臂互鎖保護(hù). .逆變器運(yùn)行時?？赡馨l(fā)生橋臂短路故障，造成器件損壞逆變器運(yùn)行時?？赡馨l(fā)生橋臂短路故障，造成器件損壞. .只有只有確認(rèn)同一橋臂的一個確認(rèn)同一橋臂的一個GTRGTR關(guān)斷后關(guān)

42、斷后. .另一個另一個GTRGTR才能導(dǎo)通，這樣能防止兩管同才能導(dǎo)通，這樣能防止兩管同時導(dǎo)通時導(dǎo)通. .避免橋臂短路避免橋臂短路. .同時同時GTRGTR的熱容量極小。過電流能力很低的熱容量極小。過電流能力很低. .要求故故障要求故故障檢測、信號傳送及保護(hù)動作能時間完成，要在微妙級的時間內(nèi)將電流限制在檢測、信號傳送及保護(hù)動作能時間完成，要在微妙級的時間內(nèi)將電流限制在過載能力的限度以內(nèi)，采用橋臂的互鎖保護(hù)。不但能提高可靠性。而且可以過載能力的限度以內(nèi)，采用橋臂的互鎖保護(hù)。不但能提高可靠性。而且可以改進(jìn)系統(tǒng)的動態(tài)性能，提高系統(tǒng)的工作頻率改進(jìn)系統(tǒng)的動態(tài)性能，提高系統(tǒng)的工作頻率. . 圖圖1 1一一2

43、121所示為所示為GTRGTR橋臂互鎖保護(hù)的示意圖橋臂互鎖保護(hù)的示意圖. .圖橋臂互鎖保護(hù)示意圖圖橋臂互鎖保護(hù)示意圖 （五）（五）GTRGTR的應(yīng)用的應(yīng)用 下面通過介紹一個簡單的直流傳動的例子來說明下面通過介紹一個簡單的直流傳動的例子來說明GTRGTR的應(yīng)用。的應(yīng)用。 GTRGTR在直流傳動系統(tǒng)中的功能是直流電壓變換，即斬波調(diào)壓。在直流傳動系統(tǒng)中的功能是直流電壓變換，即斬波調(diào)壓。圖在直流斬波調(diào)壓電路的應(yīng)用圖在直流斬波調(diào)壓電路的應(yīng)用 三、功率場效應(yīng)管（三、功率場效應(yīng)管（P-MOSFETP-MOSFET） 場效應(yīng)晶體管根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同分為結(jié)型場效應(yīng)晶體管和絕緣柵場效應(yīng)晶體管根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同分為結(jié)型場效

44、應(yīng)晶體管和絕緣柵金屬一氧化物一半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。結(jié)型電力場效應(yīng)晶體管一金屬一氧化物一半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。結(jié)型電力場效應(yīng)晶體管一般稱為靜電感應(yīng)晶體管般稱為靜電感應(yīng)晶體管(Static Induction Transistor,SIT)(Static Induction Transistor,SIT)。功率。功率場效應(yīng)晶體管通常主要是指絕緣柵型中的場效應(yīng)晶體管通常主要是指絕緣柵型中的MOSMOS型，又常被稱為型，又常被稱為電力場效應(yīng)晶體管，簡稱電力場效應(yīng)晶體管，簡稱P-MOSFET (Power MOSFET)P-MOSFET (Power MOSFET)，用，用字母字母PMPM表示。表示。 (

45、 (一一) )功率場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)及工作原理功率場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)及工作原理 圖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號圖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號（）結(jié)構(gòu)；（）電氣圖形符號（）結(jié)構(gòu)；（）電氣圖形符號圖圖PM的圖形符號及其在變流電路中的實(shí)際形式的圖形符號及其在變流電路中的實(shí)際形式（a）PM的圖形符號；（的圖形符號；（b）變流電路中的實(shí)際形式）變流電路中的實(shí)際形式 ( (二二)P-MOSFET)P-MOSFET的主要參數(shù)的主要參數(shù) 1. 1.漏極電壓漏極電壓UUDSDS 這是標(biāo)稱這是標(biāo)稱P-MOSFETP-MOSFET的電壓定額參數(shù)，該電壓決定了的電壓定額參數(shù)，該電壓決定了P-P-MOSFETMOSFET的最高工作電壓。的

46、最高工作電壓。 2. 2.漏極直流電流漏極直流電流I IDD和漏極脈沖電流幅值和漏極脈沖電流幅值I IDMDM 這是標(biāo)稱這是標(biāo)稱P-MOSFETP-MOSFET的電流定額參數(shù)，表征的電流定額參數(shù)，表征P-MOSFETP-MOSFET的電的電流容量流容量 3. 3.柵一源電壓柵一源電壓UUGSGS 柵源之間的絕緣層很薄柵源之間的絕緣層很薄, 20V, 20V將導(dǎo)致絕緣層擊穿。該電壓表將導(dǎo)致絕緣層擊穿。該電壓表征了征了P-MOSFETP-MOSFET柵源之間能承受的最高電壓。柵源之間能承受的最高電壓。 4. 4.開啟電壓開啟電壓UUVV 開啟電壓開啟電壓UUVV又稱閥值電壓，該電壓是指又稱閥值電壓

47、，該電壓是指P-MOSFETP-MOSFET流過一定流過一定量的漏極電流時的最小柵源電壓。量的漏極電流時的最小柵源電壓。 ( (三三) )功率場效應(yīng)晶體管的柵極驅(qū)動電路功率場效應(yīng)晶體管的柵極驅(qū)動電路 1. P-MOSFET1. P-MOSFET對柵極驅(qū)動電路的要求對柵極驅(qū)動電路的要求 (1)(1)保證保證P-MOSFETP-MOSFET可靠開通和關(guān)斷。觸發(fā)脈沖前、后沿要求陡可靠開通和關(guān)斷。觸發(fā)脈沖前、后沿要求陡峭，但也要考慮過陡的觸發(fā)脈沖使管子在開通時承受的過高的電峭，但也要考慮過陡的觸發(fā)脈沖使管子在開通時承受的過高的電流沖擊。流沖擊。 (2)(2)減小驅(qū)動電路的輸入電阻以提高柵極充放電速度，

48、從而提高減小驅(qū)動電路的輸入電阻以提高柵極充放電速度，從而提高P-MOSFETP-MOSFET的開關(guān)速度。的開關(guān)速度。 (3)(3)觸發(fā)脈沖電壓應(yīng)高于管子的開啟電壓，為了防止誤導(dǎo)通，在觸發(fā)脈沖電壓應(yīng)高于管子的開啟電壓，為了防止誤導(dǎo)通，在P-MOSFETP-MOSFET截止時能提供負(fù)的柵源電壓。截止時能提供負(fù)的柵源電壓。 (4)(4)驅(qū)動電路應(yīng)實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路之間的隔離，避免功率電驅(qū)動電路應(yīng)實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路之間的隔離，避免功率電路對控制信號造成干擾。路對控制信號造成干擾。 (5)(5)驅(qū)動電路應(yīng)能提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)功能，使得功率管可靠工作，驅(qū)動電路應(yīng)能提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)功能，使得功率管可靠工作，如

49、低壓鎖存保護(hù)、過電流保護(hù)、過熱保護(hù)及驅(qū)動電壓籍位保護(hù)等。如低壓鎖存保護(hù)、過電流保護(hù)、過熱保護(hù)及驅(qū)動電壓籍位保護(hù)等。 2. 2.驅(qū)動電路舉例驅(qū)動電路舉例 (1)(1)直接驅(qū)動電路。圖直接驅(qū)動電路。圖1-251-25所示為一種數(shù)控逆變器所示為一種數(shù)控逆變器 (2)(2)隔離驅(qū)動電路。圖隔離驅(qū)動電路。圖1-261-26所示為一種變壓器隔離驅(qū)動電路。所示為一種變壓器隔離驅(qū)動電路。圖圖1-25 數(shù)控逆變器數(shù)控逆變器圖圖1-26 變壓器隔離驅(qū)動電路變壓器隔離驅(qū)動電路 ( (四四)P-MOSFET)P-MOSFET的保護(hù)的保護(hù) 1. 1.靜電保護(hù)靜電保護(hù) 在靜電較強(qiáng)的場合，在靜電較強(qiáng)的場合，P-MOSFET

50、P-MOSFET容易靜電擊穿，造成柵源短容易靜電擊穿，造成柵源短路，為了避免其擊穿可采取的措施有：路，為了避免其擊穿可采取的措施有： (1)(1)應(yīng)將其存放在防靜電包裝袋、件管殼，而不要拿引線。導(dǎo)電應(yīng)將其存放在防靜電包裝袋、件管殼，而不要拿引線。導(dǎo)電材料包裝袋或金屬容器中。取用器件時，應(yīng)拿器件管殼，而不要材料包裝袋或金屬容器中。取用器件時，應(yīng)拿器件管殼，而不要拿線。拿線。 (2)(2)工作臺和烙鐵都必須良好接地，最好使用工作臺和烙鐵都必須良好接地，最好使用1224 V1224 V的低電壓烙的低電壓烙鐵，且前端作為接地端，先焊柵極，后焊漏極與源極。鐵，且前端作為接地端，先焊柵極，后焊漏極與源極。

51、 (3)(3)在測試在測試P-MOSFETP-MOSFET時，測量儀器和工作臺都必須良好接地，時，測量儀器和工作臺都必須良好接地，P-MOSFETP-MOSFET的三個電極未全部接入測試儀器或電路前，不要施的三個電極未全部接入測試儀器或電路前，不要施加電壓。改換測試范圍時，電壓和電流都必須先恢復(fù)到零。加電壓。改換測試范圍時，電壓和電流都必須先恢復(fù)到零。 2. 2.柵源間的過電壓保護(hù)柵源間的過電壓保護(hù): : 適當(dāng)降低驅(qū)動電路的阻抗，在柵源間并接阻尼電阻適當(dāng)降低驅(qū)動電路的阻抗，在柵源間并接阻尼電阻。3. 3.短路、過電流保護(hù)短路、過電流保護(hù) P-MOSFETP-MOSFET的過電流和短路保護(hù)與的過

52、電流和短路保護(hù)與GTRGTR基本類似，僅是快速基本類似，僅是快速性要求更高。在故障信號取樣和布線上要考慮抗干擾，并盡可能性要求更高。在故障信號取樣和布線上要考慮抗干擾，并盡可能減小分布參數(shù)的影響。減小分布參數(shù)的影響。 4. 4.漏源間的過電壓保護(hù)漏源間的過電壓保護(hù) 在感性負(fù)載兩端并接鉗位二極管，在器件漏源兩端采用二極管在感性負(fù)載兩端并接鉗位二極管，在器件漏源兩端采用二極管VDVD及及RCRC柑位電路或采用柑位電路或采用RCRC緩沖電路，圖緩沖電路，圖1 1一一2727所示。所示。 圖圖1-27 漏源間的過電壓保護(hù)電路漏源間的過電壓保護(hù)電路（a）采用二極管即）采用二極管即RC鉗位電路；（鉗位電路

53、；（b）采用）采用RC緩沖電路緩沖電路 ( (五五)P-MOSFET)P-MOSFET的應(yīng)用的應(yīng)用 P-MOSFETP-MOSFET有如下特點(diǎn)有如下特點(diǎn): : (1) P-MOSFET(1) P-MOSFET屬電壓控制器件，驅(qū)動電路簡單，可直接與屬電壓控制器件，驅(qū)動電路簡單，可直接與數(shù)字邏輯集成電路連接數(shù)字邏輯集成電路連接; ; (2)(2)開關(guān)速度快，工作頻率可達(dá)開關(guān)速度快，工作頻率可達(dá)1MHz1MHz，比，比GTRGTR器件快器件快1010倍，倍，可實(shí)現(xiàn)高頻斬波，開關(guān)損耗小可實(shí)現(xiàn)高頻斬波，開關(guān)損耗小; ; (3)(3)為負(fù)電流溫度系數(shù)，即器件內(nèi)的電流隨溫度的上升而下降為負(fù)電流溫度系數(shù)，即器

54、件內(nèi)的電流隨溫度的上升而下降的負(fù)反饋效應(yīng)，因此熱穩(wěn)定性好，不存在二次擊穿問題，安全的負(fù)反饋效應(yīng)，因此熱穩(wěn)定性好，不存在二次擊穿問題，安全工作區(qū)工作區(qū)SOASOA較大。較大。 由于由于P-MOSFETP-MOSFET有上述特點(diǎn)，因此常用作高頻的主開關(guān)功有上述特點(diǎn)，因此常用作高頻的主開關(guān)功率器件。率器件。 四、絕緣柵雙極型晶體管四、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT )(IGBT ) 絕緣柵雙極型晶體管絕緣柵雙極型晶體管(Insulated-gate Bipolar Transistor, (Insulated-gate Bipolar Transistor, IGBTIGBT或或IGT)IGT)是是2

55、020世紀(jì)世紀(jì)8080年代中期問世的一種新型電力電子器年代中期問世的一種新型電力電子器件，是將件，是將GTRGTR和和MOSFETMOSFET相互取長補(bǔ)短適當(dāng)結(jié)合而形成的復(fù)合相互取長補(bǔ)短適當(dāng)結(jié)合而形成的復(fù)合器件，結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)。器件，結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)。 由于其兼有由于其兼有MOSFETMOSFET的快速響應(yīng)、高輸入阻抗和的快速響應(yīng)、高輸入阻抗和GTRGTR的低的低通態(tài)壓降、高電流密度的特性，近幾年發(fā)展十分迅速。通態(tài)壓降、高電流密度的特性，近幾年發(fā)展十分迅速。 目前目前IGBTIGBT產(chǎn)品已系列化，最大電流容量達(dá)產(chǎn)品已系列化，最大電流容量達(dá)1800A1800A，最高電，最高電壓等級達(dá)壓等級達(dá)4

56、500 V4500 V，工作頻率達(dá)，工作頻率達(dá)5OkHz5OkHz。現(xiàn)在?，F(xiàn)在IGBTIGBT已取代了原來已取代了原來GTRGTR的一部分市場，成為中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件，的一部分市場，成為中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件，并在繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期取代并在繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期取代GTOGTO的地位。的地位。 ( (一一)IGBT)IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理 IGBTIGBT的結(jié)構(gòu)、電氣符號及等效電路如圖的結(jié)構(gòu)、電氣符號及等效電路如圖1-281-28所示，所示，IGBTIGBT的的結(jié)構(gòu)是在結(jié)構(gòu)是在P-MOSFETP-MOSFET結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上作了相應(yīng)的改善，又增

57、加結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上作了相應(yīng)的改善，又增加了一個了一個P+P+層，因而形成了一個大面積的層，因而形成了一個大面積的P+NP+N結(jié)結(jié)J.J.，這使得，這使得IGBTIGBT具有很強(qiáng)的同流能力。具有很強(qiáng)的同流能力。 圖圖1-28 IGBT的結(jié)構(gòu)、電氣符號及等效電路的結(jié)構(gòu)、電氣符號及等效電路（a）IGBT的結(jié)構(gòu)；的結(jié)構(gòu)；(b)電氣符號；（電氣符號；（c）等效電路）等效電路四四)IGBT)IGBT的驅(qū)動電路及保護(hù)電路的驅(qū)動電路及保護(hù)電路 1. 1.驅(qū)動電路驅(qū)動電路 由于由于IGBTIGBT和和P-MOSFETP-MOSFET的輸人特性幾乎相同，因此其驅(qū)動的輸人特性幾乎相同，因此其驅(qū)動電路同樣可以相互適用。圖

58、電路同樣可以相互適用。圖1 1一一3030所示為一種脈沖變壓器直接驅(qū)所示為一種脈沖變壓器直接驅(qū)動動IGBTIGBT的電路。的電路。 IGBTIGBT的柵極驅(qū)動電路形式繁多，比如專用的集成驅(qū)的柵極驅(qū)動電路形式繁多，比如專用的集成驅(qū)動電路就有性能好、體積小、方便可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，關(guān)于動電路就有性能好、體積小、方便可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，關(guān)于IGBTIGBT一專用驅(qū)動一專用驅(qū)動集成模塊的結(jié)構(gòu)、參數(shù)及使用說明可查閱其相應(yīng)產(chǎn)品手冊。集成模塊的結(jié)構(gòu)、參數(shù)及使用說明可查閱其相應(yīng)產(chǎn)品手冊。圖圖1-30 IGBT的驅(qū)動電路的驅(qū)動電路 2. IGBT2. IGBT的保護(hù)的保護(hù) (1)(1)靜電保護(hù)靜電保護(hù)IGBTIGBT的

59、輸人級為的輸人級為MOSFET,MOSFET,所以所以IGBTIGBT也存在靜也存在靜電擊穿的問題，防靜電保護(hù)極為必要?？刹捎秒姄舸┑膯栴}，防靜電保護(hù)極為必要?？刹捎肕OSFETMOSFET防靜防靜電保護(hù)方法。電保護(hù)方法。 (2)(2)過電流保護(hù)。過電流保護(hù)。IGBTIGBT作為一種大功率電力電子器件常用于大作為一種大功率電力電子器件常用于大電流、高電壓的場合，因此對其采取保護(hù)措施以防器件損壞就電流、高電壓的場合，因此對其采取保護(hù)措施以防器件損壞就顯得非常重要與顯得非常重要與GTRGTR一樣一樣IGBTIGBT過電流可采用集射極電壓狀過電流可采用集射極電壓狀態(tài)識別保護(hù)方法，通常的做法是態(tài)識別保

60、護(hù)方法，通常的做法是: : 1) 1)切斷柵極驅(qū)動信號。只要檢測出過電流信號，就在切斷柵極驅(qū)動信號。只要檢測出過電流信號，就在2 2s s內(nèi)迅內(nèi)迅速撤除柵極信號。速撤除柵極信號。 2)2)當(dāng)檢測到過電流故障信號時，立即將柵極電壓降到某一電平，當(dāng)檢測到過電流故障信號時，立即將柵極電壓降到某一電平，在定時器到達(dá)設(shè)置值之前，若故障消失，則柵極電壓恢復(fù)正常在定時器到達(dá)設(shè)置值之前，若故障消失，則柵極電壓恢復(fù)正常工作值工作值; ;定值時故障仍未消除，則使柵極電壓降低到零響應(yīng)。定值時故障仍未消除，則使柵極電壓降低到零響應(yīng)。 (3)(3)過電壓保護(hù)。利用緩沖電路過電壓保護(hù)。利用緩沖電路( (吸收電路吸收電路)