第3講晶閘管與全控型電力電子器件

電力電子器1、靜正向向電壓，只有很

I壓Ubo，則漏電流急

UDRM

器件開通 隨著門極電流幅值的增大，晶閘管本身的壓降很小，在1V

圖2-14晶閘管

電力電子技 正正導(dǎo)IIU U-O I 雪擊-向特性反向阻斷狀態(tài)

圖2-

晶閘管

電力電子技 2、動態(tài)0tOttURRM延遲時間td(0.5-上升時間tr(0.5-開通時間tgt為以上兩者和，tgt=td+關(guān)斷反向阻斷恢復(fù)時間正向阻斷恢復(fù)時間關(guān)斷時間

以上兩者之和普通晶閘管的關(guān)斷時間幾百微秒

圖2-15晶閘管的開通和關(guān)斷過程電力電子技 閘管的主要特性數(shù)1、電反向重復(fù)峰值電壓通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓2-3倍通態(tài)（峰值）電壓

電力電子技 2、電通態(tài)平均電流在環(huán)境溫度為4——使用時應(yīng)按有效值相等的原則來選取晶閘管?！咕чl擎住——晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導(dǎo)通需的最小電流。對同一晶閘管來說，通常IL約為IH的2-4浪涌電流——指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)最大正向過載電流

電力電子技 3、動態(tài)參

電力電子技 晶閘管的派生器件 1、快速晶閘管（FastSwitchingThyristor開關(guān)時間以及du/dt和di/dt耐量都有明顯改

電力電子技 2（TriodeACSwitch——TRIACBidirectionaltriodeIIG=IIG=OUT可認為是一對反并聯(lián)聯(lián)通晶極GG 圖2-16ab

電力電子技 3、逆導(dǎo)晶閘管（ReverseConductingThyristor-I A

IG=0 圖2-17逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形 ab

電力電子技 強弱O4、光控晶閘管（Light強弱OGGK 圖2-18光控晶閘管的電氣圖形符 號和伏安特性ab

電力電子技 典型全控型2.4.0引門極可關(guān)斷晶閘管——在晶閘管問世后不久20世紀(jì)80年代以來，電力電子技術(shù)進入了一個嶄新時代典型代表——門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力

電力電子技 常用的典型全控型器

圖2-19常用的典型全控型器件

電力電力電子技 門極可關(guān)斷晶可以通過在門極施加負的脈沖電流使其GTO的電壓、電流容量較大，與普因而在兆瓦級以上的大功率場合仍有較多的應(yīng)用

電力電子技 1GTO的結(jié)構(gòu)和工作（1）結(jié)構(gòu)與普通晶閘管的相同點：PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部出陽極、陰極和門極和普通晶閘管的不同點：GTO是一種多元的功率集成器件包含數(shù)十個甚至數(shù)百個共陽極的小GTO元，GTO元的陰極和門極在器 并聯(lián)在一圖2-20GTO ab

電力電子技 工作原理與普通晶閘管一樣，可以用下圖所示的雙晶AGAGPNPSNPNIc2VPP1N N P2 NN b)圖2-21晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成的兩個晶體管V1、V2分別有共基極電流增益1和21+2=1是器件臨界導(dǎo)通的條

電力電子技 TO能夠通過門極關(guān)斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別：設(shè)計2較大，使晶體管V2GIAVIPNGIAVIPNIc2VSEIc1NPIK導(dǎo)通時1+2更接近1，導(dǎo) 時接近臨界飽和，有利門控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時管壓 EAK

電力電子技 當(dāng)IA和IK的減小使1+2<1時，器件退

圖2-23關(guān)斷過程等效電

電力電子技 由上述分析我們可以得到以下☆GTO導(dǎo)通過程與普通晶閘管一樣，只導(dǎo)通時飽和程度☆GTO關(guān)斷過程中有強烈正反饋使器件退☆多元集成結(jié)構(gòu)還使GTO比普通晶閘過程快，承受di/dt能力強

電力電子技 iGGTO的動態(tài)特

抽取飽和導(dǎo)通的大量載子的

t

I時間ts，使等效晶體退出飽 IA

和下降時間tf

90%A10%A尾部時間

—殘存載流子復(fù)合

圖2-24GTO通常tf比ts小得多，而tt比ts要長。門極負脈沖電流幅s越大ts電力電子技 GTO的主要以下只介紹意義①開通時間——延遲時間與上升時間之和。延遲時間一般——一般指括尾部時間。下降時間一般小于2s不少。

電力電子技 ③最大可關(guān)斷陽極電流——GTO額定電流最大值IGM之比稱為電流關(guān)斷增益。off

IATIGMoff一般很小，只有5左右，這是GTO的一個主要缺點1000A的GTO關(guān)斷時門極負脈沖電流峰值要200A

電力電子技 電力晶型晶體管）耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（BipolarJunctionTransistor——BJT），英文有時候也稱為PowerBJT。應(yīng)用20世紀(jì)80年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶多被 電OE。

電力電子技 圖2- GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號 結(jié)構(gòu)斷面示意 b)電氣圖形符號 載流子的流 采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成。

電力電子技 1、GTR的結(jié)構(gòu)和工作原icib——GTR的電流放大系數(shù)，反映了基極電流對集電極電流的控制能力。icib單管GTR的值比小功率的晶體管小得多，通常為10右，采 接法可有效增大電流增益

電力電子技 2、GTR的基本靜態(tài)特 在電力電子電路中GTR工在開關(guān)

在開關(guān)過程中，即在截止

放大

圖2-26共發(fā)射極接法時GTR

電力電子技 延遲時間td和上升時間tr

90%010%0

二者之和為開通時間ton加快開通過程的辦法（增大

t

的幅值及dib/dt。

90%

時間

和下降時間tf

10%0

t0

二者之和為關(guān)斷時間toff

圖2-27GTR加快關(guān)斷速度的辦法(減小導(dǎo)通時的飽和深度、增大基極抽取電流和負偏壓)GTR的開關(guān)時間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多電力電子技 GTR的主要參前已述及：電流放大倍數(shù)、直流電流增益hF、集射極間漏電流Ice、集射極間飽和壓降e開通時間totoff。①最高工作電GTR上電壓法有關(guān)。 BUcexBUcesBUcer實際使用時，最高工作電壓要比Buceo低得

電力電子技 ②集電極最大允許電流通常規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的1/2~1/3時所對應(yīng)的IC實際使用時要留有裕量，只能用到I的一半或稍多一③集電極最大耗散功率最高工作溫度下允許的耗散產(chǎn)品說明書中給PCM時同時給出殼溫TC，間接表示了最高工作溫度。

電力電子技 ④GTR的二次擊穿現(xiàn)象