電路運(yùn)行條件對(duì)電力電子器件性能的影響PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1電路運(yùn)行條件對(duì)電力電子器件性能的影電路運(yùn)行條件對(duì)電力電子器件性能的影響響第1頁(yè)/共23頁(yè)1.1.1決定電力電子器件實(shí)際效能的主要因素第2頁(yè)/共23頁(yè)通斷, 因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路。按器件受控程度可分為以下三類(lèi)：按器件受控程度可分為以下三類(lèi)：第3頁(yè)/共23頁(yè) 按驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)可分為以下二類(lèi)：按驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)可分為以下二類(lèi)：第4頁(yè)/共23頁(yè) 由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況電的情況可分為以下三類(lèi)：可分為以下三類(lèi)：第5頁(yè)/共23頁(yè)典型電力電子器件的輸出容量、工作頻率及主要應(yīng)用領(lǐng)域典型電力電子器件的

2、輸出容量、工作頻率及主要應(yīng)用領(lǐng)域第6頁(yè)/共23頁(yè)晶閘管晶閘管（SCRSCRSilicon Controlled RectifierSilicon Controlled Rectifier） KP200-5 KP200-5，表示該元，表示該元件額定電流為件額定電流為200A200A，額定，額定電壓為電壓為500V500V的普通晶閘管的普通晶閘管。)(121CBO2CBO1G2AIIII第7頁(yè)/共23頁(yè)螺栓型晶閘管晶閘管模塊平板型晶閘管外形及結(jié)構(gòu)晶閘管晶閘管（SCRSCRSilicon Controlled RectifierSilicon Controlled Rectifier）第8頁(yè)/共23

3、頁(yè)門(mén)極可關(guān)斷晶閘管門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（ GTO GTO Gate-Turn-Off Thyristor Gate-Turn-Off Thyristor ）GTOGTO通過(guò)門(mén)極關(guān)斷的原因通過(guò)門(mén)極關(guān)斷的原因設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 2 2較大，使晶體管較大，使晶體管V V2 2控制靈敏，易于門(mén)極關(guān)斷?？刂旗`敏，易于門(mén)極關(guān)斷。導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí) 1 1+ + 2 2更接近更接近1 1，導(dǎo)通時(shí)接近臨界飽和，有利門(mén)，導(dǎo)通時(shí)接近臨界飽和，有利門(mén)極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時(shí)管壓降增大。極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時(shí)管壓降增大。 多元集成結(jié)構(gòu)，使得多元集成結(jié)構(gòu)，使得P P2 2基區(qū)橫向電阻很小，能從門(mén)極抽基區(qū)橫向電阻很小，能從門(mén)極抽出較大電流出較大電

4、流。 第9頁(yè)/共23頁(yè)基本原理與普通雙極結(jié)型晶體管相同?；驹砼c普通雙極結(jié)型晶體管相同。主要特性：導(dǎo)通內(nèi)阻低、阻斷電壓高、輸入阻抗主要特性：導(dǎo)通內(nèi)阻低、阻斷電壓高、輸入阻抗低、開(kāi)關(guān)頻率低。低、開(kāi)關(guān)頻率低。通常采用達(dá)林頓接法組成單元結(jié)構(gòu)。通常采用達(dá)林頓接法組成單元結(jié)構(gòu)。第10頁(yè)/共23頁(yè)功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Power MOSFETPower MOSFET）N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19導(dǎo)電機(jī)理與小功率導(dǎo)電機(jī)理與小功率MOSMOS管相同。管相同。主要特性：導(dǎo)通壓降高、開(kāi)關(guān)容量低、輸入阻抗主要特性：導(dǎo)通壓降高、開(kāi)關(guān)容量低、輸入阻抗高、

5、開(kāi)關(guān)頻率高。高、開(kāi)關(guān)頻率高。小功率小功率MOSMOS管采用管采用橫向?qū)щ姍M向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)，電力結(jié)構(gòu)，電力MOSFETMOSFET大都采用大都采用垂直導(dǎo)電垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)為結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)為VMOSFETVMOSFET（Vertical MOSFETVertical MOSFET）。）。第11頁(yè)/共23頁(yè)圖1-6功率MOSFET單胞結(jié)構(gòu)示意圖a)N溝道VDMOSb)N溝道VVMOSc)N溝道型器件符號(hào)d)P溝道型器件符號(hào)1源極2柵極3SiO24源區(qū)5溝道體區(qū)6漂移區(qū)(外延層)7襯底8溝道功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Power MOSFETPower MOSFET）第12頁(yè)/共23頁(yè)1.4.1IGB

6、TIGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理1.4.5驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路第13頁(yè)/共23頁(yè)EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+發(fā)射極柵極集電極注入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRona)GCb)圖圖1-25 IGBT1-25 IGBT的簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)的簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)圖圖1-241-24 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖1.4.1IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理第14頁(yè)/共23頁(yè)1.4.1IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理11發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)2Si2SiO O2 233柵區(qū)柵區(qū)44溝道溝道55源區(qū)源區(qū)66溝道體區(qū)溝道體區(qū)77漏區(qū)漏區(qū)( (漂移區(qū)漂移區(qū))

7、 )88襯底襯底( (注入?yún)^(qū)注入?yún)^(qū)) )99緩沖區(qū)緩沖區(qū)圖圖1-311-31N N溝道溝道PTPT型型IGBTIGBT單胞結(jié)構(gòu)單胞結(jié)構(gòu)剖面示意圖剖面示意圖第15頁(yè)/共23頁(yè)1.4.1IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理圖圖1-321-32IGBTIGBT的等效電路及其圖形符號(hào)的等效電路及其圖形符號(hào)a)a)靜態(tài)等效電路靜態(tài)等效電路b)b)簡(jiǎn)化等效電路簡(jiǎn)化等效電路c)c)、d)Nd)N溝道型的兩種圖形符號(hào)溝道型的兩種圖形符號(hào)e)e)、f)Pf)P溝道型的圖形符號(hào)溝道型的圖形符號(hào)第16頁(yè)/共23頁(yè)a)b)O有源區(qū)正向阻斷區(qū)飽和區(qū)反向阻斷區(qū)ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加補(bǔ)

8、圖補(bǔ)圖1 IGBT1 IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a) a) 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 b) b) 輸出特性輸出特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性IC與UGE間的關(guān)系(開(kāi)啟開(kāi)啟電壓電壓UGE(th)輸出特性輸出特性分為三個(gè)區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。第17頁(yè)/共23頁(yè)開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損耗小。開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損耗小。 相同電壓和電流定額時(shí)，安全工作區(qū)比相同電壓和電流定額時(shí)，安全工作區(qū)比GTRGTR大大，且具有耐脈沖電流沖擊能力。，且具有耐脈沖電流沖擊能力。通態(tài)壓降比通態(tài)壓降比VDMOSFETVDMOSFET低。低。輸入阻抗高，輸入特性與輸入阻抗高，輸入特性與MOSFETMOSFET類(lèi)似。類(lèi)似

9、。與與MOSFETMOSFET和和GTRGTR相比，耐壓和通流能力還相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開(kāi)關(guān)頻率高的特點(diǎn)可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開(kāi)關(guān)頻率高的特點(diǎn) 。 150KHz150KHz的的IGBTIGBT已商品化；已商品化；0.5kV/0.6kA0.5kV/0.6kA的高的高壓壓IGBTIGBT已走向應(yīng)用。已走向應(yīng)用。 第18頁(yè)/共23頁(yè)電流擎住現(xiàn)象電流擎住現(xiàn)象 IGBTIGBT常與快速二極管反并聯(lián)封裝制成模塊，成為逆導(dǎo)器件常與快速二極管反并聯(lián)封裝制成模塊，成為逆導(dǎo)器件 。IGBTIGBT可用移去柵壓關(guān)斷但其可用移去柵壓關(guān)斷但其N(xiāo)N漂移區(qū)無(wú)外引線，故漂移區(qū)無(wú)外引線，故不可能用抽流方式降低該區(qū)的過(guò)剩載流子濃度，這些空穴不可能用抽流方式降低該區(qū)的過(guò)剩載流子濃度，這些空穴只能靠自然復(fù)合消失。只能靠自然復(fù)合消失。 電流拖尾現(xiàn)象電流拖尾現(xiàn)象V V2 2（NPNNPN晶體管）基極與發(fā)射極之間存在晶體管）基極與發(fā)射極之間存在溝道體區(qū)的薄溝道體區(qū)的薄層電阻層電阻RsRs，其端壓大于，其端壓大于0.7V0.7V時(shí)，時(shí)，V V2 2將自行導(dǎo)通，當(dāng)將自行導(dǎo)通，當(dāng) 1+ 2 1時(shí)，柵時(shí)，柵極便失去控制作用，這就是電流擎住現(xiàn)象。極便失去控制作用，這就是電流擎住現(xiàn)象。第19頁(yè)/共23頁(yè)1、主要性能