第2章電力電子器件2課件

典型全控型器件

2.4.1門極可關(guān)斷晶閘管

2.4.2電力晶體管

2.4.3電力場效應(yīng)晶體管

2.4.4絕緣柵雙極晶體管2.4120世紀(jì)80年代以來，信息電子技術(shù)與電力電子技術(shù)在各自發(fā)展的基礎(chǔ)上相結(jié)合——高頻化、全控型、采用集成電路制造工藝的電力電子器件，從而將電力電子技術(shù)又帶入了一個嶄新時代。典型代表——門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管。典型全控型器件2.42門極可關(guān)斷晶閘管門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-OffThyristor—GTO）

1964年，美國第一次試制成功了500V/10A的GTO。在此后的近10年內(nèi)，GTO的容量一直停留在較小水平，只在汽車點(diǎn)火裝置和電視機(jī)行掃描電路中進(jìn)行試用。自70年代中期開始，GTO的研制取得突破，相繼出世了1300V/600A、2500V/1000A、4500V/2400A的產(chǎn)品，目前已達(dá)9kV/25kA/800Hz及6kV/6kA/1kHz的水平。2.4.13GTO有對稱、非對稱和逆導(dǎo)三種類型。與對稱GTO相比，非對稱GTO通態(tài)壓降小、抗浪涌電流能力強(qiáng)、易于提高耐壓能力（3000Ｖ以上）。逆導(dǎo)型GTO是在同一芯片上將GTO與整流二極管反并聯(lián)制成的集成器件，不能承受反向電壓，主要用于中等容量的牽引驅(qū)動中。在當(dāng)前各種自關(guān)斷器件中，GTO容量最大、工作頻率最低（1～2kHz）。GTO是電流控制型器件，因而在關(guān)斷時需要很大的反向驅(qū)動電流；GTO通態(tài)壓降大、dV/dT及di/dt耐量低，需要龐大的吸收電路。目前，GTO雖然在低于2000V的某些領(lǐng)域內(nèi)已被GTR和IGRT等所替代，但它在大功率電力牽引中有明顯優(yōu)勢；今后，它也必將在高壓領(lǐng)域占有一席之地。42.GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)：與普通晶閘管的相同點(diǎn)：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(diǎn)：GTO是一種多元的功率集成器件，內(nèi)部包含數(shù)十個甚至數(shù)百個共陽極的小GTO元，這些GTO元的陰極和門極則在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起。圖2-13GTO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5工作原理：與普通晶閘管一樣，可以用圖2-7所示的雙晶體管模型來分析。圖2-7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。當(dāng)1+2>1時，兩個等效晶體管過飽和而使器件導(dǎo)通；當(dāng)1+2<1時，不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。

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α1和α2。門極可關(guān)斷晶閘管2.4.16GTO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：門極可關(guān)斷晶閘管2.4.1

（1）設(shè)計2較大，使晶體管V2控制靈敏，易于GTO關(guān)斷。（2）導(dǎo)通時1+2更接近1（1.05，普通晶閘管1+21.15）導(dǎo)通時飽和不深，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。

（3）多元集成結(jié)構(gòu)使GTO元陰極面積很小，門、陰極間距大為縮短，使得P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。圖2-7晶閘管的工作原理7由上述分析我們可以得到以下結(jié)論：GTO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：強(qiáng)烈正反饋——門極加負(fù)脈沖即從門極抽出電流，則Ib2減小，使IK和Ic2減小，Ic2的減小又使IA和Ic1減小，又進(jìn)一步減小V2的基極電流。當(dāng)IA和IK的減小使1+2<1時，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(qiáng)。門極可關(guān)斷晶閘管2.4.182.GTO的動態(tài)特性開通過程：與普通晶閘管類似，需經(jīng)過延遲時間td和上升時間tr。

圖2-14GTO的開通和關(guān)斷過程電流波形門極可關(guān)斷晶閘管2.4.19關(guān)斷過程：與普通晶閘管有所不同抽取飽和導(dǎo)通時儲存的大量載流子——儲存時間ts，使等效晶體管退出飽和。等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū)，陽極電流逐漸減小——下降時間tf

。殘存載流子復(fù)合——尾部時間tt

。通常tf比ts小得多，而tt比ts要長。門極負(fù)脈沖電流幅值越大，前沿越陡，抽走儲存載流子的速度越快，ts越短。門極負(fù)脈沖的后沿緩慢衰減，在tt階段仍保持適當(dāng)負(fù)電壓，則可縮短尾部時間

。

GTO的開通和關(guān)斷過程電流波形門極可關(guān)斷晶閘管2.4.1103.GTO的主要參數(shù)門極可關(guān)斷晶閘管2.4.1——

延遲時間與上升時間之和。延遲時間一般約1~2s，上升時間則隨通態(tài)陽極電流值的增大而增大。——

一般指儲存時間和下降時間之和，不包括尾部時間。GTO的儲存時間隨陽極電流的增大而增大，下降時間一般小于2s。關(guān)斷時間toff開通時間ton

不少GTO都制造成逆導(dǎo)型，類似于逆導(dǎo)晶閘管，需承受反壓時，應(yīng)和電力二極管串聯(lián)。

許多參數(shù)和普通晶閘管相應(yīng)的參數(shù)意義相同，以下只介紹意義不同的參數(shù)。11最大可關(guān)斷陽極電流IATO門極可關(guān)斷晶閘管2.4.1

電流關(guān)斷增益offGMATOoffII=b（2-8）off一般很小，只有5左右，這是GTO的一個主要缺點(diǎn)。1000A的GTO關(guān)斷時門極負(fù)脈沖電流峰值要200A

。

——GTO額定電流。

——最大可關(guān)斷陽極電流與門極負(fù)脈沖電流最大值IGM之比稱為電流關(guān)斷增益。12術(shù)語用法：電力晶體管（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。在電力電子技術(shù)的范圍內(nèi)，GTR與BJT這兩個名稱等效。電力晶體管2.4.213GTR是一種電流控制的雙極雙結(jié)電力電子器件，產(chǎn)生于本世紀(jì)70年代。額定值已達(dá)1800V/800A/2kHz、1400V/600A/5kHz、600V/3A/100kHz。它既具備晶體管的固有特性，又增大了功率容量，因此，由它所組成的電路靈活、成熟、開關(guān)損耗小、開關(guān)時間短，在電源、電機(jī)控制、通用逆變器等中等容量、中等頻率的電路中應(yīng)用廣泛。GTR的缺點(diǎn)是驅(qū)動電流較大、耐浪涌電流能力差、易受二次擊穿而損壞。在開關(guān)電源和UPS內(nèi)，GTR正逐步被功率MOSFET和IGBT所代替。142.

GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理圖2-15GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動

a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)電氣圖形符號c)內(nèi)部載流子的流動電力晶體管2.4.2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(dá)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。15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（2-9）

——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（2-10）產(chǎn)品說明書中通常給直流電流增益hFE——在直流工作情況下集電極電流與基極電流之比。一般可認(rèn)為hFE。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(dá)林頓接法可有效增大電流增益。電力晶體管2.4.2162.GTR的基本特性

(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)，即工作在截止區(qū)或飽和區(qū)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)圖2-16共發(fā)射極接法時GTR的輸出特性電力晶體管2.4.217(2)

動態(tài)特性開通過程延遲時間td和上升時間tr，二者之和為開通時間ton。td主要是由發(fā)射結(jié)勢壘電容和集電結(jié)勢壘電容充電產(chǎn)生的。增大ib的幅值并增大dib/dt，可縮短延遲時間，同時可縮短上升時間，從而加快開通過程。圖2-17GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形電力晶體管2.4.218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。ts是用來除去飽和導(dǎo)通時儲存在基區(qū)的載流子的，是關(guān)斷時間的主要部分。減小導(dǎo)通時的飽和深度以減小儲存的載流子，或者增大基極抽取負(fù)電流Ib2的幅值和負(fù)偏壓，可縮短儲存時間，從而加快關(guān)斷速度。負(fù)面作用是會使集電極和發(fā)射極間的飽和導(dǎo)通壓降Uces增加，從而增大通態(tài)損耗。GTR的開關(guān)時間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多。GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形電力晶體管2.4.2193.GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)一次擊穿集電極電壓升高至擊穿電壓時，Ic迅速增大，出現(xiàn)雪崩擊穿。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增大到某個臨界點(diǎn)時會突然急劇上升，并伴隨電壓的陡然下降。常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變。電力晶體管2.4.220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。圖2-18GTR的安全工作區(qū)電力晶體管2.4.221也分為結(jié)型和絕緣柵型（類似小功率FieldEffectTransistor——FET）但通常主要指絕緣柵型中的MOS型（MetalOxideSemiconductorFET）簡稱電力MOSFET（PowerMOSFET）結(jié)型電力場效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管（StaticInductionTransistor——SIT）電力場效應(yīng)晶體管2.4.322

特點(diǎn)——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。——電力MOSFET的工作頻率在所有電力電子器件中是最高的。但電流容量小，耐壓低，只適用于小功率電力電子的裝置。目前制造水平大概是1kV/2A/2MHz和60V/200A/2MHz。電力場效應(yīng)晶體管2.4.3231.電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理

電力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(qiáng)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

電力MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型電力場效應(yīng)晶體管2.4.324電力MOSFET的結(jié)構(gòu)與符號圖2-19電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號電力場效應(yīng)晶體管2.4.325電力場效應(yīng)晶體管2.4.3導(dǎo)通時只有一種極性的載流子（多子）參與導(dǎo)電，是單極型晶體管。導(dǎo)電機(jī)理與小功率MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別。電力MOSFET的多元集成結(jié)構(gòu)，不同的生產(chǎn)廠家采用了不同設(shè)計。國際整流器公司（InternationalRectifier）的HEXFET采用了六邊形單元西門子公司（Siemens）的SIPMOSFET采用了正方形單元摩托羅拉公司（Motorola）的TMOS采用了矩形單元按“品”字形排列26小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷娏OSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱為VMOSFET（VerticalMOSFET）——大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。按垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的差異，又分為利用V型槽實(shí)現(xiàn)垂直導(dǎo)電的VVMOSFET和具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散MOS結(jié)構(gòu)的VDMOSFET（VerticalDouble-diffusedMOSFET）。這里主要以VDMOS器件為例進(jìn)行討論電力場效應(yīng)晶體管2.4.327電力MOSFET的工作原理截止：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：UGS>0，柵極是絕緣的，所以不會有柵極電流流過。但電子會被吸引到柵極下面的P區(qū)表面.當(dāng)UGS>UT，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，使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。281)

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。圖2-20電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性

a)轉(zhuǎn)移特性2.電力MOSFET的基本特性電力場效應(yīng)晶體管2.4.329MOSFET的漏極伏安特性：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)于GTR的飽和區(qū)）電力MOSFET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。電力MOSFET漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時器件導(dǎo)通。電力MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對器件并聯(lián)時的均流有利。

電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性b)輸出特性電力場效應(yīng)晶體管2.4.3302)

動態(tài)特性開通過程開通延遲時間td(on)

——

up前沿時刻到uGS=UT并開始出現(xiàn)iD的時刻間的時間段。上升時間tr——uGS從uT上升到MOSFET進(jìn)入非飽和區(qū)的柵壓UGSP的時間段。iD穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓UE和漏極負(fù)載電阻決定。UGSP的大小和iD的穩(wěn)態(tài)值有關(guān)UGS達(dá)到UGSP后，在up作用下繼續(xù)升高直至達(dá)到穩(wěn)態(tài)，但iD已不變。開通時間ton——開通延遲時間與上升時間之和。圖2-21電力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(fù)載電阻，RF—檢測漏極電流電力場效應(yīng)晶體管2.4.331關(guān)斷過程關(guān)斷延遲時間td(off)

——up下降到零起，Cin通過Rs和RG放電，uGS按指數(shù)曲線下降到UGSP時，iD開始減小止的時間段。下降時間tf——

uGS從UGSP繼續(xù)下降起，iD減小，到uGS<UT時溝道消失，iD下降到零為止的時間段。關(guān)斷時間toff——關(guān)斷延遲時間和下降時間之和。圖2-21電力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(fù)載電阻，RF—檢測漏極電流電力場效應(yīng)晶體管2.4.332MOSFET的開關(guān)速度

MOSFET的開關(guān)速度和Cin充放電有很大關(guān)系。使用者無法降低Cin，但可降低驅(qū)動電路內(nèi)阻Rs減小時間常數(shù)，加快開關(guān)速度。MOSFET只靠多子導(dǎo)電，不存在少子儲存效應(yīng)，因而關(guān)斷過程非常迅速。開關(guān)時間在10~100ns之間，工作頻率可達(dá)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。電力場效應(yīng)晶體管2.4.333絕緣柵雙極晶體管GTR和GTO的特點(diǎn)——雙極型，電流驅(qū)動，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通流能力很強(qiáng)，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(diǎn)——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。兩類器件取長補(bǔ)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(diǎn)，具有好的特性。

1986年投入市場后，取代了GTR和一部分MOSFET的市場,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。其研制水平已達(dá)4500V/1000A2.4.434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2-22IGBT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2.4.435

驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同，場控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定。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。IGBT的原理絕緣柵雙極晶體管2.4.4導(dǎo)通壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使通態(tài)壓降小。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。EC362.IGBT的基本特性1)

IGBT的靜態(tài)特性圖2-23IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性絕緣柵雙極晶體管2.4.437轉(zhuǎn)移特性——IC與UGE間的關(guān)系，與MOSFET轉(zhuǎn)移特性類似。開啟電壓UGE(th)——IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓。UGE(th)隨溫度升高而略有下降，在+25C時，UGE(th)的值一般為2~6V。圖2-23IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a)轉(zhuǎn)移特性絕緣柵雙極晶體管2.4.438輸出特性（伏安特性）

—以UGE為參考變量時，

IC與UCE間的關(guān)系。分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。分別與GTR的截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)相對應(yīng)。uCE<0時，IGBT為反向阻斷工作狀態(tài)。圖2-23IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性b)輸出特性絕緣柵雙極晶體管2.4.4392)

IGBT的動態(tài)特性圖2-24IGBT的開關(guān)過程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM絕緣柵雙極晶體管2.4.440IGBT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。絕緣柵雙極晶體管2.4.4

通過對IGBT的基本特性的分析，可以看出：41IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)可以總結(jié)如下：絕緣柵雙極晶體管2.4.4(1)

開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。在電壓1000V以上時，開關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電力MOSFET相當(dāng)。(2)

相同電壓和電流定額時，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力。(3)

通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。(4)

輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似。(5)與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時保持開關(guān)頻率高的特點(diǎn)。42

由于IGBT具有上述特點(diǎn)，在中等功率容量（600V以上）的UPS、開關(guān)電源及交流電機(jī)控制用PWM逆變器中，IGBT已逐步替代GTR成為核心元件。另外，IR公司已設(shè)計出開關(guān)頻率高達(dá)150kHz的WARP系列400～600VIGBT，其開關(guān)特性與功率MOSFET接近，而導(dǎo)通損耗卻比功率MOSFET低得多。該系列IGBT有望在高頻150kHz整流器中取代功率MOSFET，并大大降低開關(guān)損耗。434.IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)寄生晶閘管——由一個N-PN+晶體管和作為主開關(guān)器件的P+N-P晶體管組成。圖2-22IGBT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)電氣圖形符號絕緣柵雙極晶體管2.4.444擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)：絕緣柵雙極晶體管2.4.4

動態(tài)擎住效應(yīng)比靜態(tài)擎住效應(yīng)所允許的集電極電流小。擎住效應(yīng)曾限制IGBT電流容量提高，20世紀(jì)90年代中后期開始逐漸解決?！狽PN晶體管基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路電阻，P形體區(qū)的橫向空穴電流會在該電阻上產(chǎn)生壓降，相當(dāng)于對J3結(jié)施加正偏壓，一旦J3開通，柵極就會失去對集電極電流的控制作用，電流失控。45IGBT往往與反并聯(lián)的快速二極管封裝在一起，制成模塊，成為逆導(dǎo)器件?！畲蠹姌O電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率duCE/dt確定。反向偏置安全工作區(qū)（RBSOA）——最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大集電極功耗確定。正偏安全工作區(qū)（FBSOA）絕緣柵雙極晶體管2.4.446其他新型電力電子器件

2.5.1MOS控制晶閘管MCT

2.5.2靜電感應(yīng)晶體管SIT

2.5.3靜電感應(yīng)晶閘管SITH

2.5.4集成門極換流晶閘管IGCT

2.5.5功率模塊與功率集成電路2.547MOS控制晶閘管MCTMCT（MOSControlledThyristor）——MOSFET與晶閘管的復(fù)合

MCT結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)：

MOSFET的高輸入阻抗、低驅(qū)動功率、快速的開關(guān)過程。

晶閘管的高電壓大電流、低導(dǎo)通壓降。一個MCT器件由數(shù)以萬計的MCT元組成，每個元的組成為：一個PNPN晶閘管，一個控制該晶閘管開通的MOSFET，和一個控制該晶閘管關(guān)斷的MOSFET。已研制出阻斷電壓達(dá)4000V的MCT，75A/1000VMCT已應(yīng)用于串聯(lián)諧振變換器。隨著性能價格比的不斷優(yōu)化，MCT將逐漸走入應(yīng)用領(lǐng)域并有可能取代高壓GTO，與IGBT的競爭亦將在中功率領(lǐng)域展開。

2.5.148靜電感應(yīng)晶體管SITSIT（StaticInductionTransistor）——1970年，結(jié)型場效應(yīng)晶體管小功率SIT器件的橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)改為垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，即可制成大功率的SIT器件。多子導(dǎo)電的器件，工作頻率與電力MOSFET相當(dāng)，甚至更高，功率容量更大，因而適用于高頻大功率場合。在雷達(dá)通信設(shè)備、超聲波功率放大、脈沖功率放大和高頻感應(yīng)加熱等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。缺點(diǎn)：柵極不加信號時導(dǎo)通，加負(fù)偏壓時關(guān)斷，稱為正常導(dǎo)通型器件，使用不太方便。通態(tài)電阻較大，通態(tài)損耗也大，因而還未在大多數(shù)電力電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。2.5.249靜電感應(yīng)晶閘管SITHSITH（StaticInductionThyristor）——1972年，又被稱為場控晶閘管（FieldControlledThyristor——FCT）。

比SIT多了一個具有少子注入功能的PN結(jié)，SITH是兩種載流子導(dǎo)電的雙極型器件，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通態(tài)壓降低、通流能力強(qiáng)。其很多特性與GTO類似，但開關(guān)速度比GTO高得多，是大容量的快速器件。

SITH一般也是正常導(dǎo)通型，但也有正常關(guān)斷型。此外，其制造工藝比GTO復(fù)雜得多，電流關(guān)斷增益較小，因而其應(yīng)用范圍還有待拓展。2.5.350集成門極換流晶閘管IGCTIGCT（IntegratedGate-CommutatedThyristor），也稱GCT（Gate-CommutatedThyristor）20世紀(jì)90年代后期出現(xiàn)，結(jié)合了IGBT與GTO的優(yōu)點(diǎn)，容量與GTO相當(dāng)，開關(guān)速度快10倍，且可省去GTO龐大而復(fù)雜的緩沖電路，只不過所需的驅(qū)動功率仍很大。目前正在與IGBT等新型器件激烈競爭，試圖最終取代GTO在大功率場合的位置。2.5.451功率模塊與功率集成電路20世紀(jì)80年代中后期開始，模塊化趨勢，將多個器件封裝在一個模塊中，稱為功