電力電子第二章器件特性

電力電子技術(shù)PowerElectronics門(mén)極可關(guān)斷晶閘管〔GTO，GateTurnoffThyristor〕，具有普通晶閘管的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，如耐壓高、電流大等，同時(shí)它又是全控型器件，即在門(mén)極正脈沖電流觸發(fā)下導(dǎo)通，在負(fù)脈沖電流觸發(fā)下關(guān)斷。GTO開(kāi)關(guān)時(shí)間在幾μs至幾十μs之間，是目前容量唯一與晶閘管接近的全控型器件，適用于開(kāi)關(guān)頻率為數(shù)百至幾千Hz的大功率場(chǎng)合。目前GTO已被廣泛應(yīng)用于電力機(jī)車(chē)的逆變器、電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和大功率直流斬波調(diào)速裝置中。2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕根本結(jié)構(gòu)和工作原理可關(guān)斷晶閘管特性可關(guān)斷晶閘管的驅(qū)動(dòng)可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用特點(diǎn)2.6電力晶體管2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)GTO的外部管腳與普通晶閘管相同，也有陽(yáng)極A、陰極K和門(mén)極G三個(gè)電極，其外形、結(jié)構(gòu)斷面示意圖和電氣符號(hào)如圖2-18所示。和普通晶閘管的不同：GTO是一種多元的功率集成器件，內(nèi)部包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽(yáng)極的小GTO元，這些GTO元的陰極和門(mén)極那么在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起。圖2-18GTO的外形、結(jié)構(gòu)斷面示意圖和電氣圖形符號(hào)a)封裝b)結(jié)構(gòu)斷面示意c)電氣圖形符號(hào)根本結(jié)構(gòu)和工作原理目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕根本結(jié)構(gòu)和工作原理可關(guān)斷晶閘管特性可關(guān)斷晶閘管的驅(qū)動(dòng)可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用特點(diǎn)2.6電力晶體管2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)工作原理：與普通晶閘管一樣，可以用以下圖所示的雙晶體管模型來(lái)分析1+2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。當(dāng)1+2>1時(shí)，兩個(gè)等效晶體管過(guò)飽和而使器件導(dǎo)通；當(dāng)1+2<1時(shí)，不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷在GTO的等效晶體管結(jié)構(gòu)中，根據(jù)式〔2-6〕可推導(dǎo)出在門(mén)極電流為負(fù)時(shí)，

根本結(jié)構(gòu)和工作原理目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕根本結(jié)構(gòu)和工作原理可關(guān)斷晶閘管特性可關(guān)斷晶閘管的驅(qū)動(dòng)可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用特點(diǎn)2.6電力晶體管2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)根本結(jié)構(gòu)和工作原理βoff定義為GTO的電流關(guān)斷增益。假設(shè)βoff太大，那么GTO處于深度飽和，不能用門(mén)極抽取電流的方法來(lái)關(guān)斷。因此在允許范圍內(nèi)，要求α1+α2盡可能接近1，且α2要大。導(dǎo)通過(guò)程:與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時(shí)飽和程度較淺。關(guān)斷過(guò)程：強(qiáng)烈正反響—門(mén)極加負(fù)脈沖即從門(mén)極抽出電流，那么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(shí)，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(kāi)通過(guò)程快，承受di/dt能力強(qiáng)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕根本結(jié)構(gòu)和工作原理可關(guān)斷晶閘管特性可關(guān)斷晶閘管的驅(qū)動(dòng)可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用特點(diǎn)2.6電力晶體管2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)根本結(jié)構(gòu)和工作原理目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕根本結(jié)構(gòu)和工作原理可關(guān)斷晶閘管特性可關(guān)斷晶閘管的驅(qū)動(dòng)可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用特點(diǎn)2.6電力晶體管2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)GTO能夠通過(guò)門(mén)極關(guān)斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別：〔1〕設(shè)計(jì)電流增益2較大，使晶體管V2控制靈敏，易于GTO關(guān)斷〔2〕導(dǎo)通時(shí)1+2更接近1〔1.05，普通晶閘管1+21.15〕導(dǎo)通時(shí)飽和不深，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〔3〕多元集成結(jié)構(gòu)使GTO元陰極面積很小，門(mén)、陰極間距大為縮短，使得P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門(mén)極抽出較大電流圖2-19GTO的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程電流波形GTO的特性與晶閘管大多相同，但也有其特殊性。開(kāi)通過(guò)程與普通晶閘管類(lèi)似，開(kāi)通過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr。關(guān)斷過(guò)程那么有所不同：首先需要經(jīng)歷抽取飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的大量載流子的儲(chǔ)存時(shí)間ts，從而使等效晶體管退出飽和狀態(tài)；然后是等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū)，陽(yáng)極電流逐漸減小的下降時(shí)間tf；最后還有殘存載流子復(fù)合所需的尾部時(shí)間tt。

可關(guān)斷晶閘管特性目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕根本結(jié)構(gòu)和工作原理可關(guān)斷晶閘管特性可關(guān)斷晶閘管的驅(qū)動(dòng)可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用特點(diǎn)2.6電力晶體管2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)門(mén)極負(fù)脈沖電流與時(shí)間量的關(guān)系：脈沖電流的幅值愈大、前沿越陡，存儲(chǔ)時(shí)間ts就越短；脈沖電流后沿陡度越緩慢，門(mén)極依然保持適當(dāng)負(fù)電壓，那么復(fù)合時(shí)間tt可以縮短。儲(chǔ)存時(shí)間下降時(shí)間尾部時(shí)間GTO也是電流型驅(qū)動(dòng)器件，用門(mén)極正脈沖可使GTO開(kāi)通，門(mén)極負(fù)脈沖可以使其關(guān)斷，這是GTO最大的優(yōu)點(diǎn)。電流關(guān)斷增益

off

最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流與門(mén)極負(fù)脈沖電流最大值IGM之比稱(chēng)為電流關(guān)斷增益

off一般很小，只有5左右，這是GTO的一個(gè)主要缺點(diǎn)。1000A的GTO關(guān)斷時(shí)門(mén)極負(fù)脈沖電流峰值要200A。

可關(guān)斷晶閘管特性目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕根本結(jié)構(gòu)和工作原理可關(guān)斷晶閘管特性可關(guān)斷晶閘管的驅(qū)動(dòng)可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用特點(diǎn)2.6電力晶體管2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)根據(jù)GTO的導(dǎo)通和關(guān)斷機(jī)理，GTO要求有正的觸發(fā)脈沖電流使其導(dǎo)通，有負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷，并不需要有持續(xù)的正、負(fù)電流保持其通態(tài)和斷態(tài)。但在實(shí)際應(yīng)用中，在GTO正常導(dǎo)通情況下，為降低GTO的正向壓降，可繼續(xù)維持一定的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電流，這對(duì)于克服GTO的擎住電流較大的缺點(diǎn)也是有利的。關(guān)斷后還應(yīng)在門(mén)陰極施加約5V的負(fù)偏壓以提高抗干擾能力。

可關(guān)斷晶閘管的驅(qū)動(dòng)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕根本結(jié)構(gòu)和工作原理可關(guān)斷晶閘管特性可關(guān)斷晶閘管的驅(qū)動(dòng)可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用特點(diǎn)2.6電力晶體管2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)理想的GTO的門(mén)極電壓和電流波形如圖2-20b所示。門(mén)極負(fù)脈沖電流幅值越大，前沿越陡，抽走儲(chǔ)存載流子的速度越快，儲(chǔ)存時(shí)間就越短。假設(shè)使門(mén)極負(fù)脈沖的后沿緩慢衰減，在尾部時(shí)間階段仍能保持適當(dāng)?shù)呢?fù)電壓，可以縮短尾部時(shí)間。理想的門(mén)極電流波形

可關(guān)斷晶閘管的驅(qū)動(dòng)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕根本結(jié)構(gòu)和工作原理可關(guān)斷晶閘管特性可關(guān)斷晶閘管的驅(qū)動(dòng)可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用特點(diǎn)2.6電力晶體管2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)GTO的驅(qū)動(dòng)電路如下圖，開(kāi)關(guān)S1閉合時(shí)，門(mén)極正電流流通，GTO導(dǎo)通；開(kāi)關(guān)S2閉合時(shí)，門(mén)極反電流流過(guò)，GTO關(guān)斷。在GTO關(guān)斷時(shí)，門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路的阻抗要極小，以便獲得較陡的峰值高的門(mén)極反電流。

驅(qū)動(dòng)電路

可關(guān)斷晶閘管的驅(qū)動(dòng)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕根本結(jié)構(gòu)和工作原理可關(guān)斷晶閘管特性可關(guān)斷晶閘管的驅(qū)動(dòng)可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用特點(diǎn)2.6電力晶體管2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)GTO保存了晶閘管的大局部特點(diǎn)，是高壓大功率領(lǐng)域難得的全控性器件。但其控制靈活性差、對(duì)驅(qū)動(dòng)電路要求很高，器件很小的引線(xiàn)電感都會(huì)影響驅(qū)動(dòng)效果，而且工作頻率較低，同時(shí)GTO的通態(tài)管壓降比較大，導(dǎo)通損耗大，因此通常只在特大功率場(chǎng)合使用GTO。

可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用特點(diǎn)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕根本結(jié)構(gòu)和工作原理可關(guān)斷晶閘管特性可關(guān)斷晶閘管的驅(qū)動(dòng)可關(guān)斷晶閘管的應(yīng)用特點(diǎn)2.6電力晶體管2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)電力晶體管〔GTR，GiantTransistor〕，是一種雙極〔結(jié)〕型大功率高反壓晶體管，因此電力晶體管也簡(jiǎn)稱(chēng)BJT。國(guó)際電工委員會(huì)〔IEC〕已規(guī)定電力晶體管用BJT縮寫(xiě)來(lái)表示，但由于GTR叫法已成習(xí)慣，故本書(shū)也遵循此習(xí)慣。20世紀(jì)80年代以來(lái)，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取代與普通的雙極結(jié)型晶體管根本原理一樣主要特性是耐壓高、電流大、開(kāi)關(guān)特性好目前常用GTR器件：?jiǎn)喂?、達(dá)林頓管、模塊。2.6

電力晶體管目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理特性及主要參數(shù)電力晶體管的驅(qū)動(dòng)電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)圖2-21GTR的外形、結(jié)構(gòu)斷面示意圖和電氣圖形符號(hào)a)封裝b)結(jié)構(gòu)斷面示意c)電氣圖形符號(hào)GTR屬于全控型器件，工作頻率可達(dá)10kHz，被廣泛用于不間斷電源和交流電機(jī)調(diào)速等電力變流裝置中。GTR的外形、結(jié)構(gòu)斷面示意圖和電氣符號(hào)如圖2-21所示。多為NPN結(jié)構(gòu)，也有基極b、集電極c和發(fā)射極e三個(gè)電極。

根本結(jié)構(gòu)和工作原理目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理特性及主要參數(shù)電力晶體管的驅(qū)動(dòng)電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)摻雜濃度低的N-根本結(jié)構(gòu)和工作原理目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理特性及主要參數(shù)電力晶體管的驅(qū)動(dòng)電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)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（1-9）

——GTR的電流放大系數(shù)，反映了基極電流對(duì)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(shí)，ic和ib的關(guān)系為ic=ib+Iceo〔1-10〕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。hFE—是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達(dá)林頓接法BJT

=

M

D+

M+

D

GTR特性及主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理特性及主要參數(shù)電力晶體管的驅(qū)動(dòng)電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)(1)

靜態(tài)特性共發(fā)射極接法時(shí)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(kāi)關(guān)狀態(tài)，即工作在截止區(qū)或飽和區(qū)在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過(guò)渡時(shí)，要經(jīng)過(guò)放大區(qū)圖1-16共發(fā)射極接法時(shí)GTR的輸出特性GTR特性及主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理特性及主要參數(shù)電力晶體管的驅(qū)動(dòng)電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)〔2〕動(dòng)態(tài)特性：開(kāi)通過(guò)程當(dāng)基極輸入正脈沖或正電平時(shí)，發(fā)射結(jié)轉(zhuǎn)入正偏狀態(tài)，基極電流隨之迅速上升至幅值Ib1，引起集電極電流Ic的上升。當(dāng)Ic到達(dá)其幅值Ics時(shí)，GTR被驅(qū)動(dòng)到飽和工作區(qū)。開(kāi)通時(shí)間ton=延遲時(shí)間td+上升時(shí)間trGTR特性及主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理特性及主要參數(shù)電力晶體管的驅(qū)動(dòng)電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)動(dòng)態(tài)特性：關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷時(shí)間toff=儲(chǔ)存時(shí)間ts+下降時(shí)間tfGTR的開(kāi)關(guān)時(shí)間在幾微秒以?xún)?nèi)，比晶閘管和GTO都短很多從飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)入截止?fàn)顟B(tài)；關(guān)斷過(guò)程從基極電壓反向，正向基極電流迅速被反向電流取代，直到ic降為零時(shí)結(jié)束。ts是用來(lái)除去飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存在基區(qū)的載流子的，是關(guān)斷時(shí)間的主要局部。GTR特性及主要參數(shù)3．其它主要參數(shù)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(kāi)通時(shí)間ton和關(guān)斷時(shí)間toff此外還有：(1)

最高工作電壓UceMGTR的集電極與發(fā)射極之間的電壓超過(guò)規(guī)定值時(shí)會(huì)發(fā)生擊穿；---平安工作區(qū)擊穿電壓不僅和晶體管本身特性有關(guān)，還與外電路接法有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮1.5~2倍的裕量。(2)

集電極最大允許電流IcM在規(guī)定的功耗值和散熱條件下，β值不低于規(guī)定值時(shí)的最大允許的集電極電流；實(shí)際使用時(shí)要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一點(diǎn)。(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(shuō)明書(shū)中給PcM時(shí)同時(shí)給出殼溫TC，間接表示了最高工作溫度。目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理特性及主要參數(shù)電力晶體管的驅(qū)動(dòng)電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)4．二次擊穿和平安工作區(qū)電壓承受能力是電力電子器件的重要工作特性之一。GTR在其開(kāi)關(guān)應(yīng)用中的電壓承受能力主要由它的集電結(jié)擊穿特性決定的。一次擊穿：集電極電壓Uce升高至擊穿電壓時(shí)，Ic迅速增大，出現(xiàn)雪崩擊穿,但此時(shí)集電結(jié)的電壓根本保持不變。只要Ic不超過(guò)限度，GTR一般不會(huì)損壞，工作特性也不變。二次擊穿：如果Uce繼續(xù)升高，外部電路又不限制Ic增大，Ic到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)會(huì)突然急劇上升，并伴隨電壓的陡然下降，持續(xù)時(shí)間很短，一般在ns至μs范圍，會(huì)導(dǎo)致器件的永久損壞。

GTR特性及主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理特性及主要參數(shù)電力晶體管的驅(qū)動(dòng)電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)將不同基極電流下二次擊穿的臨界點(diǎn)連接起來(lái)，就構(gòu)成了二次擊穿臨界線(xiàn)，臨界線(xiàn)上的點(diǎn)反映了二次擊穿功率PSB。GTR工作時(shí)不僅不能超過(guò)最高電壓、集電極最大電流和最大耗散功率，而且不能超過(guò)二次擊穿臨界線(xiàn)。這些條件就規(guī)定了GTR的平安工作區(qū)〔SafeOperatingArea—SOA〕，如圖2-24中的陰影區(qū)所示。GTR特性及主要參數(shù)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理特性及主要參數(shù)電力晶體管的驅(qū)動(dòng)電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)圖2-24GTR的安全工作區(qū)集電極最大允許電流最大耗散功率最高工作電壓為防止二次擊穿，必須在器件關(guān)斷過(guò)程中盡量防止同時(shí)處于高電壓、大電流的狀態(tài)下運(yùn)行，因?yàn)槠骷箅娏飨碌哪蛪褐荡蟠蠼档?。二次擊穿功率功率開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)使GTR處于準(zhǔn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使之不進(jìn)入放大區(qū)和深飽和區(qū)一個(gè)好的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具有以下特征：開(kāi)通時(shí)有較高的基極驅(qū)動(dòng)電流脈沖以減小開(kāi)通時(shí)間開(kāi)通后在通態(tài)下iB要適當(dāng)減小，以減小通態(tài)時(shí)基-射結(jié)損耗，同時(shí)防止GTR過(guò)飽和〔過(guò)飽和時(shí)其關(guān)斷時(shí)間比臨界飽和時(shí)長(zhǎng)得多，不利于關(guān)斷〕。

電力晶體管的驅(qū)動(dòng)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理特性及主要參數(shù)電力晶體管的驅(qū)動(dòng)電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)3.關(guān)斷時(shí)應(yīng)施加反向基極電流，可進(jìn)一步減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。4.關(guān)斷后最好外加反向基射極電壓，能增加GTR的集-射極間電壓阻斷能力。理想的GTR基極驅(qū)動(dòng)電流波形電流控制型器件，掌握合理的驅(qū)動(dòng)方法較困難當(dāng)光耦輸入ui無(wú)信號(hào)時(shí)，+Vcc通過(guò)R1驅(qū)動(dòng)，使V1導(dǎo)通，V2關(guān)斷，+Vcc通過(guò)晶體管V1和基極電阻Rb驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通；當(dāng)光耦輸入ui有信號(hào)時(shí)，晶體管V2導(dǎo)通，V1關(guān)斷，V關(guān)斷。GTR的一種基極驅(qū)動(dòng)電路

電力晶體管的驅(qū)動(dòng)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理特性及主要參數(shù)電力晶體管的驅(qū)動(dòng)電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)采用分立元件組成的GTR的一種驅(qū)動(dòng)電路，包括電氣隔離〔光耦〕和晶體管放大電路兩局部。箝位二極管VD2的作用是抗飽和，使GTR導(dǎo)通時(shí)處于臨界飽和狀態(tài)，減小儲(chǔ)存時(shí)間ts。GTR圖2-25改進(jìn)的GTR基極驅(qū)動(dòng)電路

電力晶體管的驅(qū)動(dòng)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理特性及主要參數(shù)電力晶體管的驅(qū)動(dòng)電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)ui

電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)

電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)18V

電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)曾經(jīng)是最主要的全控型電力電子器件，由于其屬于電流控制型器件，掌握合理的驅(qū)動(dòng)方法較困難，合理利用平安工作區(qū)、防止二次擊穿也并不容易，故電力晶體管在比較先進(jìn)的電力電子裝置和高功率、高速開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)方面已逐步退出應(yīng)用。由于其制造工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，控制線(xiàn)路較成熟，目前在一些傳統(tǒng)電力電子電路中還有一定的應(yīng)用。目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理特性及主要參數(shù)電力晶體管的驅(qū)動(dòng)電力晶體管的應(yīng)用特點(diǎn)2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)MOSFET是一種單極型(只有多子導(dǎo)電)電壓全控器件。輸入阻抗高開(kāi)關(guān)速度快，開(kāi)關(guān)時(shí)間短，一般為納秒級(jí)，工作頻率高〔開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)500kHz以上〕驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，特點(diǎn)——用柵極電壓來(lái)控制漏極電流無(wú)二次擊穿問(wèn)題、平安工作區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)于GTR電流容量小，在各類(lèi)開(kāi)關(guān)電路中應(yīng)用極為廣泛。2.7

功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Power

MOSFETs)目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理功率MOSFET特性及主要參數(shù)功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的應(yīng)用特點(diǎn)2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)2.7

功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理功率MOSFET特性及主要參數(shù)功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的應(yīng)用特點(diǎn)2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)Metal-oxide-semiconductorfieldeffecttransistors(MOSFETs)功率場(chǎng)效應(yīng)管分為結(jié)型和絕緣柵型結(jié)型功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管一般稱(chēng)作靜電感應(yīng)晶體管〔StaticInductionTransistor——SIT〕。利用PN結(jié)的反向電壓對(duì)耗盡層厚度的控制來(lái)改變漏、源極之間導(dǎo)電溝道的寬度，從而控制漏、源極之間的等效電阻和電流的大小。絕緣柵型一般稱(chēng)作絕緣柵型中的MOS型〔MetalOxideSemiconductorFET〕。利用柵極、源極之間電壓形成電場(chǎng)來(lái)改變半導(dǎo)體外表感生電荷的多少，改變導(dǎo)電溝道的導(dǎo)電能力，控制漏、源極之間的等效電阻和電流。通常主要指絕緣柵型,簡(jiǎn)稱(chēng)功率MOSFET〔PowerMOSFET〕功率MOSFET的種類(lèi)按導(dǎo)電溝道可分為N溝道和P溝道耗盡型——當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道增強(qiáng)型——對(duì)于N〔P〕溝道器件，柵極電壓大于〔小于〕零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道功率MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型小功率MOS管采用的是平面水平溝道作用，電流方向與芯片外表平行。功率MOSFET具有垂直于芯片外表的導(dǎo)電路徑，也稱(chēng)VMOS。其源極和漏極分置于芯片兩個(gè)外表，具有較高的通流能力和耐壓能力。根本結(jié)構(gòu)和工作原理目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理功率MOSFET特性及主要參數(shù)功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的應(yīng)用特點(diǎn)2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)圖2-26功率MOSFET的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)a)外形b)結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號(hào)根本結(jié)構(gòu)和工作原理目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理功率MOSFET特性及主要參數(shù)功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的應(yīng)用特點(diǎn)2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)N溝道增強(qiáng)型VMOS〔N+PN-N+〕柵極漏極源極根本結(jié)構(gòu)和工作原理目錄2.1電力電子器件的特點(diǎn)與分類(lèi)2.2電力電子器件根底2.3功率二極管2.4晶閘管2.5可關(guān)斷晶閘管〔GTO〕2.6電力晶體管2.7功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管根本結(jié)構(gòu)和工作原理功率MOSFET特性及主要參數(shù)功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的應(yīng)用特點(diǎn)2.8絕緣柵雙極型晶體管*2.9其它新型電力電子器件2.10電力電子器件的開(kāi)展趨勢(shì)2.11電力電子器件應(yīng)用共性問(wèn)題小結(jié)柵氧化層〔silicondioxide,絕緣了Gate和body〕功率MOSFET漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時(shí)器件導(dǎo)通，因此功率MOSFET可看作是逆導(dǎo)器件。根本結(jié)構(gòu)和工作原理UGS=0截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零P基區(qū)與N區(qū)之間形成的PN結(jié)反偏，漏源極之間無(wú)電流流過(guò)+-根本結(jié)構(gòu)和工作原理0<UGS<UT柵極是絕緣的，所以不會(huì)有柵極電流流過(guò)。但柵極的正電壓會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開(kāi)，而將P區(qū)中的少子——電子吸引到柵極下面的P區(qū)外表+-在柵源極間加小的正電壓UGS=UGG1耗盡層MOS電容耗盡層的形成根本結(jié)構(gòu)和工作原理當(dāng)UGS大于UT〔開(kāi)啟電壓或閾值電壓〕時(shí)，柵極下P區(qū)外表的電子濃度將超過(guò)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)消失，漏極和源極導(dǎo)電。根本結(jié)構(gòu)和工作原理UGS>UT+-多數(shù)載流子導(dǎo)電加大柵源極間正電壓UGS〔UGG3>UGG1)當(dāng)UGS大于UT〔開(kāi)啟電壓或閾值電壓〕時(shí)，柵極下P區(qū)外表的電子濃度將超過(guò)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)消失，漏極和源極導(dǎo)電。在SiO2-Si交界面形成反型層自由電子組成的反型