電子技術(shù)基礎(chǔ)(電力半導(dǎo)體器件)

1-1電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動電路、保護電路和以電力電子器件為核心的主電路組成。圖1-1

電力電子器件在實際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成控制電路檢測電路驅(qū)動電路RL主電路V1V2保護電路在主電路和控制電路中附加一些電路，以保證電力電子器件和整個系統(tǒng)正常可靠運行第三節(jié)電力半導(dǎo)體器件電氣隔離控制電路1-2不可控器件(PowerDiode)——不能用控制信號來控制其通斷,因此也就不需要驅(qū)動電路。半控型器件（Thyristor）

——通過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。全控型器件（IGBT,MOSFET)——通過控制信號既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。電力電子器件的分類按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類：｛晶閘管及其派生器件｛絕緣柵雙極晶體管電力效應(yīng)晶體管門極可關(guān)斷晶體管門極可關(guān)斷晶體管處理兆瓦級大功率電能電力二極管只有兩個端子1-3單極型

——有一種載流子參與導(dǎo)電。如功率晶體管（GTR）、門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）。雙極型

——電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電。如功率場效應(yīng)晶體管（MODFET）混合型

——單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。如晶閘管（SCR）電力電子器件的分類

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，分為三類：1-4

PowerDiode結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠，自20世紀50年代初期就獲得應(yīng)用。快恢復(fù)二極管和肖特基二極管，分別在中、高頻整流和逆變，以及低壓高頻整流的場合，具有不可替代的地位。不可控器件—功率二極管整流二極管及模塊1-5基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣。由一個面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的。從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝。

電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號

a)外形b)結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號PN結(jié)與電力二極管的工作原理AKAKa)IKAPNJb)c)AK1-6

晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號a)外形b)結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號

晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理外形有螺栓型和平板型兩種封裝。有三個聯(lián)接端。螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便。平板型晶閘管可由兩個散熱器將其夾在中間。半控器件—晶閘管1-7

晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理式中1和2分別是晶體管V1和V2的共基極電流增益；ICBO1和ICBO2分別是V1和V2的共基極漏電流。由以上式可得：

晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理a)雙晶體管模型b)工作原理

按晶體管的工作原理，得：（1-2）（1-1）（1-3）（1-4）（1-5）1-8

晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理在低發(fā)射極電流下是很小的，而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來之后，迅速增大。

阻斷狀態(tài)：IG=0，1+2很小。流過晶閘管的漏電流稍大于兩個晶體管漏電流之和。開通狀態(tài)：注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致1+2趨近于1的話，流過晶閘管的電流IA，將趨近于無窮大，實現(xiàn)飽和導(dǎo)通。IA實際由外電路決定。1-9

晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)陽極電壓上升率du/dt過高結(jié)溫較高光觸發(fā)光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路之間的良好絕緣而應(yīng)用于高壓電力設(shè)備中，稱為光控晶閘管（LightTriggeredThyristor——LTT）。只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。其他幾種可能導(dǎo)通的情況：1-10

晶閘管的基本特性承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導(dǎo)通。承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。晶閘管正常工作時的特性總結(jié)如下：1-11

晶閘管的基本特性（1）正向特性IG=0時，器件兩端施加正向電壓，只有很小的正向漏電流，為正向阻斷狀態(tài)。正向電壓超過正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通。隨著門極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低。晶閘管本身的壓降很小，在1V左右。正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM1）靜態(tài)特性圖9.3-4晶閘管的伏安特性IG2>IG1>IG1-12

晶閘管的基本特性反向特性類似二極管的反向特性。反向阻斷狀態(tài)時，只有極小的反相漏電流流過。當(dāng)反向電壓達到反向擊穿電壓后，可能導(dǎo)致晶閘管發(fā)熱損壞。圖9.3-4晶閘管的伏安特性IG2>IG1>IG正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM（2）反向特性1-13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)，外部引出陽極、陰極和門極。和普通晶閘管的不同點：GTO是一種內(nèi)部包含數(shù)十個甚至數(shù)百個共陽極的小GTO元的多元的功率集成器件。GTO元的陰極和門極在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起。圖9.3-13GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號

a)各單元的陰極、門極間隔排列的圖形b)并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖c)電氣圖形符號1）GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理

門極可關(guān)斷晶閘管1-14工作原理：與普通晶閘管一樣，可以用圖9.3-14所示的雙晶體管模型來分析。

圖9.3-14晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理

1+2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成的兩個晶體管V1、V2分別具有共基極電流增益1和2

。

門極可關(guān)斷晶閘管1-15GTO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V2控制靈敏，易于GTO。導(dǎo)通時1+2更接近1，導(dǎo)通時接近臨界飽和，有利門極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時管壓降增大。

多元集成結(jié)構(gòu)，使得P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。

圖9.3-14晶閘管的工作原理

門極可關(guān)斷晶閘管1-16GTO導(dǎo)通過程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時飽和程度較淺。GTO關(guān)斷過程中有強烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。多元集成結(jié)構(gòu)還使GTO比普通晶閘管開通過程快，承受di/dt能力強。

由上述分析我們可以得到以下結(jié)論：

門極可關(guān)斷晶閘管1-17功率晶體管功率晶體管（GiantTransistor——GTR，直譯為巨型晶體管）。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80年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和功率MOSFET取代。術(shù)語用法：1-18與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的。主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好。通常采用至少由兩個晶體管按達林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)。采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成。功率晶體管1）GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理1-19功率晶體管在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。集電極電流ic與基極電流ib之比為

——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。當(dāng)考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流Iceo時，ic和ib的關(guān)系為ic=ib+Iceo

單管GTR的

值比小功率的晶體管小得多，通常為10左右，采用達林頓接法可有效增大電流增益?？昭麟娮恿鱟)EbEcibic=bibie=(1+b)ib1）GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理1-20功率晶體管

(1)

靜態(tài)特性共發(fā)射極接法時的典型輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。在電力電子電路中GTR工作在開關(guān)狀態(tài)。在開關(guān)過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，要經(jīng)過放大區(qū)。截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)OIcib3ib2ib1ib1<ib2<ib3Uce圖9.4-4共發(fā)射極接法時GTR的輸出特性2）GTR的基本特性1-21功率晶體管開通過程延遲時間td和上升時間tr，二者之和為開通時間ton。加快開通過程的辦法。關(guān)斷過程儲存時間ts和下降時間tf，二者之和為關(guān)斷時間toff

。加快關(guān)斷速度的辦法。GTR的開關(guān)時間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多。ibIb1Ib2Icsic0090%Ib110%Ib190%Ics10%Icst0t1t2t3t4t5tttofftstftontrtd圖9.4-5GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形(2)

動態(tài)特性1-22功率晶體管前已述及：電流放大倍數(shù)（）、直流電流增益hFE()、集射極間漏電流Iceo、集射極間飽和壓降Uces、開通時間ton和關(guān)斷時間toff

(此外還有)：（1)

最高工作電壓

3）GTR的主要參數(shù)1-23功率晶體管通常規(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IcM的一半或稍多一點。

3)

集電極最大耗散功率PcM最高工作溫度下允許的耗散功率。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。

2)

集電極最大允許電流IcM1-24功率晶體管一次擊穿：集電極電壓升高至擊穿電壓時，Ic迅速增大。只要Ic不超過限度，GTR一般不會損壞，工作特性也不變。

二次擊穿：一次擊穿發(fā)生時，Ic突然急劇上升，電壓陡然下降。常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變。安全工作區(qū)（SafeOperatingArea——SOA）最高電壓UceM、集電極最大電流IcM、最大耗散功率PcM、二次擊穿臨界線限定。SOAOIcIcMPSBPcMUceUceMGTR的安全工作區(qū)GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)功率場效應(yīng)晶體管1-26功率場效應(yīng)晶體管分為結(jié)型和絕緣柵型通常主要指絕緣柵型中的MOS型（MetalOxideSemiconductorFET）簡稱功率MOSFET（PowerMOSFET）結(jié)型功率場效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管（StaticInductionTransistor——SIT）

特點——用柵極電壓來控制漏極電流驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小。開關(guān)速度快，工作頻率高。熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。功率場效應(yīng)晶體管1-27功率場效應(yīng)晶體管功率MOSFET的種類

按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道。

耗盡型——當(dāng)柵極電壓為零時漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道。

增強型——對于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時才存在導(dǎo)電溝道。

功率MOSFET主要是N溝道增強型。一、功率MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理1-28

功率場效應(yīng)晶體管截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無電流流過。導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS當(dāng)UGS大于UT時，P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電。圖9.5-1功率MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號功率MOSFET的工作原理1-29

功率場效應(yīng)晶體管

(1)靜態(tài)特性漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性。ID較大時，ID與UGS的關(guān)系近似線性，曲線的斜率定義為跨導(dǎo)Gfs。010203050402468a)10203050400b)1020305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A圖9.5-2

功率MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性

a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性2）功率MOSFET的基本特性GSDVGS+-VDS+-n-channel1-30

功率場效應(yīng)晶體管截止區(qū)（對應(yīng)于GTR的截止區(qū)）飽和區(qū)（對應(yīng)于GTR的放大區(qū)）非飽和區(qū)（對應(yīng)GTR的飽和區(qū)）工作在開關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。圖9.5-2功率MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性

a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性MOSFET的漏極伏安特性：010203050402468a)10203050400b)1020305040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A漏源電壓增加時漏極電流不再增加飽和非飽和漏源電壓增加時漏極電流相應(yīng)增加1-31

功率場效應(yīng)晶體管開通過程開通延遲時間td(on):從uP前沿時刻到uGS=UT并開始出現(xiàn)iD的這段時間上升時間tr:uGS從開啟電壓上升到MOSFET進入非飽和區(qū)的柵壓uGSP的時間開通時間ton——開通延遲時間與上升時間之和a）b)RsRGRFRLiDuGSupiD信號+UEiDOOOuptttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tf圖9.5-5

功率MOSFET的開關(guān)過程a)測試電路b)開關(guān)過程波形up—脈沖信號源，Rs—信號源內(nèi)阻，RG—柵極電阻，RL—負載電阻，RF—檢測漏極電流(2)

動態(tài)特性ton=td(on)+tr1-32

功率場效應(yīng)晶體管關(guān)斷過程關(guān)斷延遲時間td(off):從脈沖電壓up下降到零時，柵極輸入電容Cin通過信號源內(nèi)阻RG(》RS)和柵極電阻開始放電，柵極電壓uGS按指數(shù)曲線下降，下降到uGSP時，漏極電流iD開始減小的這段時間.下降時間tf:Cin繼續(xù)放電，uGS從繼續(xù)下降，iD減小，到

uSG<UT時溝道消失，iD下降到零的時間.a）b)RsRGRFRLiDuGSupiD信號+UEiDOOOuptttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tf圖9.5-5

功率MOSFET的開關(guān)過程a)測試電路b)開關(guān)過程波形up—脈沖信號源，Rs—信號源內(nèi)阻，RG—柵極電阻，RL—負載電阻，RF—檢測漏極電流(2)

動態(tài)特性1-33

功率場效應(yīng)晶體管關(guān)斷過程關(guān)斷時間toff——關(guān)斷延遲時間和下降時間之和a）b)RsRGRFRLiDuGSupiD信號+UEiDOOOuptttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tf圖9.5-5

功率MOSFET的開關(guān)過程a)測試電路b)開關(guān)過程波形up—脈沖信號源，Rs—信號源內(nèi)阻，RG—柵極電阻，RL—負載電阻，RF—檢測漏極電流(2)

動態(tài)特性toff=td(off)+tf1-34

功率場效應(yīng)晶體管

MOSFET的開關(guān)速度和Cin充放電有很大關(guān)系?？山档万?qū)動電路內(nèi)阻Rs減小時間常數(shù)，加快開關(guān)速度。不存在少子儲存效應(yīng)，關(guān)斷過程非常迅速。開關(guān)時間在10~100ns之間，工作頻率可達100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。場控器件，靜態(tài)時幾乎不需輸入電流。但在開關(guān)過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動功率。開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動功率越大。MOSFET的開關(guān)速度1-35

功率場效應(yīng)晶體管3)功率MOSFET的主要參數(shù)

——功率MOSFET電壓定額(1)

漏極電壓UDS

(2)

漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM——功率MOSFET電流定額(3)

柵源電壓UGS——UGS>20V將導(dǎo)致絕緣層擊穿。

除跨導(dǎo)Gfs、開啟電壓UT以及td(on)、tr、td(off)和tf之外還有：

(4)

極間電容——極間電容CGS、CGD和CDS1-36絕緣柵雙極晶體管兩類器件取長補短結(jié)合而成的復(fù)合器件—Bi-MOS器件絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）GTR和MOSFET復(fù)合，結(jié)合二者的優(yōu)點。1986年投入市場，是中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位。GTR和GTO的特點——雙極型，電流驅(qū)動，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通流能力很強，開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜。

MOSFET的優(yōu)點——單極型，電壓驅(qū)動，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小而且驅(qū)動電路簡單。1-37絕緣柵雙極晶體管1)IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極E圖9.6-1IGBT的結(jié)構(gòu)、簡化等效電路和電氣圖形符號a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)簡化等效電路c)電氣圖形符號1-38絕緣柵雙極晶體管圖a—N溝道VDMOSFET與GTR組合——N溝道IGBT。IGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，具有很強的通流能力。簡化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成的達林頓結(jié)構(gòu)，一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管。RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。圖9.6-1IGBT的結(jié)構(gòu)、簡化等效電路和電氣圖形符號a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)簡化等效電路c)電氣圖形符號IGBT的結(jié)構(gòu)1-39絕緣柵雙極晶體管

驅(qū)動原理與功率MOSFET基本相同，場控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定。屬于電壓控制型功率器件。導(dǎo)通：uGE大于開啟電壓UGE(th)時，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。通態(tài)壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使通態(tài)壓降減小。關(guān)斷：柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。IGBT的原理1-40a)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增加絕緣柵雙極晶體管2)IGBT的基本特性(1)

IGBT的靜態(tài)特性圖9.6-2IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性轉(zhuǎn)移特性——IC與UGE間的關(guān)系(開啟電壓UGE(th))輸出特性分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。1-41絕緣柵雙極晶體管ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM圖9.6-4IGBT的開關(guān)過程IGBT的開通過程

與MOSFET的相似開通延遲時間td(on):驅(qū)動電壓uGE前沿上升至幅值的10%到集電極電流iC上升至幅值的10%的時間電流上升時間tr:集電極電流iC從10%ICM上升90%ICM的時間開通時間ton:

ton=td(on)+tr

(2)

IGBT的動態(tài)特性1-42絕緣柵雙極晶體管ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM圖9.6-4IGBT的開關(guān)過程IGBT的開通過程

與MOSFET的相似uCE的下降過程分為tfv1和tfv2兩段。

tfv1——IGBT中MOSFET單獨工作的電壓下降過程；

tfv2——MOSFET和PNP晶體管同時工作的電壓下降過程。(2)

IGBT的動態(tài)特性1-43絕緣柵雙極晶體管圖9.6-4IGBT的開關(guān)過程關(guān)斷延遲時間td(off）:驅(qū)動電壓uGE后沿下降至幅值的90%到集電極電流iC下降至幅值的90%的時間電流下降時間:集電極電流iC從90%ICM下降至10%ICM的時間

關(guān)斷時間toff:

toff=td(off)+tf

IGBT的關(guān)斷過程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM1-44絕緣柵雙極晶體管圖9.6-4IGBT的開關(guān)過程電流下降時間又可分為tfi1和tfi2兩段。tfi1——IGBT器件內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過程，iC下降較快。tfi2——IGBT內(nèi)部的PNP晶體管的關(guān)斷過程，iC下降較慢。IGBT的關(guān)斷過程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM1-45絕緣柵雙極晶體管圖9.6-4IGBT的開關(guān)過程IGBT中雙極型PNP晶體管的存在，雖然帶來了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的好處，但也引入了少子儲存現(xiàn)象，因而IGBT的開關(guān)速度低于電力MOSFET。IGBT的擊穿電壓、通態(tài)壓降和關(guān)斷時間也是需要折衷的參數(shù)。高壓器件的N基區(qū)必須有足夠?qū)挾群洼^高的電阻率，這會引起通態(tài)壓降的增大和關(guān)斷時間的延長。ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM1-46絕緣柵雙極晶體管3)IGBT的主要參數(shù)正常工作溫度下允許的最大功耗。(4)

最大集電極功耗PCM管子導(dǎo)通是允許流過的最大持續(xù)電流，包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP。

(3)

最大集電極電流

由內(nèi)部PNP晶體管的擊穿電壓確定，通常是柵發(fā)極短路時，集射間的耐壓值。(1)

最大集射極間電壓UCES絕緣柵雙極晶體管器件優(yōu)點缺點應(yīng)用領(lǐng)域GTR耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流能力強，飽和壓降低開關(guān)速度低，電流驅(qū)動型需要驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，存在2次擊穿問題UPS、空調(diào)等中小功率中頻場合GTO電壓、電流容量很大，適用于大功率場合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強電流關(guān)斷增益小，關(guān)斷時門極負脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，開關(guān)頻率低高壓直流輸電、高壓靜止無功補償、高壓電機驅(qū)動、電力機車地鐵等高壓大功率場合。MOSFET開關(guān)速度快，開關(guān)損耗小，工作頻率高，門極輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單，沒有2次擊穿電流容量小，耐壓低，通態(tài)損耗較大，一般適合于高頻小功率場合開關(guān)電源、日用電氣、民用軍用高頻電子產(chǎn)品IGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，通態(tài)壓降低，電壓、電流容量較高。門極輸入阻抗高，驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單開關(guān)速度不及電力MOSFET，電壓、電流容量不及GTO。電機調(diào)速，逆變器、變頻器等中等功率、中等頻率的場合，已取代GTR。應(yīng)用最廣泛的電力電子器件。

電力電子器件的選用和保護電力電子器件的選用和保護電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用靜態(tài)均壓措施選用參數(shù)和特性盡量一致的器件采用電阻均壓，Rp的阻值應(yīng)比器件阻斷時的正、反向電阻小得多晶閘管的串聯(lián)動態(tài)均壓措施動態(tài)不均壓——由于器件動態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均壓。如開通時間或反向恢復(fù)時間的偏差引起的分壓不均。動態(tài)均壓措施：選擇動態(tài)參數(shù)和特性盡量一致的器件用RC并聯(lián)支路作動態(tài)均壓采用門極強脈沖觸發(fā)可以顯著減小器件開通時間上的差異2.12.1晶閘管的串聯(lián)均流措施:挑選特性參數(shù)盡量一致的器件在SCR支路上串聯(lián)電抗用門極強脈沖觸發(fā)也有助于動態(tài)均流當(dāng)需要同時串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時，通常采用先串后并的方法聯(lián)接晶閘管的并聯(lián)在使用電力電子器件時，除了要注意選擇參數(shù)合適的器件、設(shè)計有效的驅(qū)動電路，還要采取必要的措施，進行過電壓保護和過電流保護，同時還要抑制過大的di/dt和du/dt。電力電子器件的保護電力電子裝置可能的過電壓—外因過電壓和內(nèi)因過電壓外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外因雷擊過電壓：由雷擊引起操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起。電力電子器件的保護

內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程

1）換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大