第2章-電力電子器件

第二章電力電子器件主講教師：XXX電力電子技術(shù)問(wèn)題思考：在工業(yè)系統(tǒng)和居民家庭中有很多不同種類(lèi)的開(kāi)關(guān)（Switch），包括常見(jiàn)的照明開(kāi)關(guān)、繼電器、斷路器等，它們都可以控制電流的通斷。可否使用這類(lèi)開(kāi)關(guān)構(gòu)造電能變換電路？現(xiàn)代電力電子裝備并沒(méi)有選擇這類(lèi)機(jī)械開(kāi)關(guān)，而是選擇了功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)具有什么獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，能夠占據(jù)電能變換電路的核心位置？功率半導(dǎo)體半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)是怎樣工作的？各功率半導(dǎo)體半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)有哪些優(yōu)缺點(diǎn)呢？本章PPT部分圖片源于網(wǎng)絡(luò)和其他文獻(xiàn)電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)：(1)掌握電力電子器件的典型分類(lèi)方法與各分類(lèi)方法中典型的電力電子器件(2)能繪制功率二極管、MOSFET、IGBT和晶閘管的電路符號(hào)(3)了解典型電力電子器件的基本工作原理(4)理解典型電力電子器件的主要參數(shù)及其物理意義(5)熟悉常見(jiàn)的寬禁帶半導(dǎo)體器件及其優(yōu)點(diǎn)電力電子技術(shù)目錄：1.電力電子器件分類(lèi)2.功率二極管3.雙極性功率晶體管4.晶閘管5.功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）6.絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）7.寬禁帶功率半導(dǎo)體器件8.電力電子器件串并聯(lián)運(yùn)行電力電子技術(shù)目錄：1.電力電子器件分類(lèi)2.功率二極管3.雙極性功率晶體管4.晶閘管5.功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）6.絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）7.寬禁帶功率半導(dǎo)體器件8.電力電子器件串并聯(lián)運(yùn)行復(fù)習(xí)變換器的組成：無(wú)源元件和有源器件變換器電力電子技術(shù)無(wú)源元件（無(wú)需外接電源）：電阻、電容、電感、變壓器（耦合電感）有源器件（需外接電源）：功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、集成電路芯片（控制芯片、運(yùn)算放大器）等電力電子器件優(yōu)點(diǎn)電力電子器件：功率半導(dǎo)體器件=功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)=開(kāi)關(guān)管電力電子技術(shù)機(jī)械開(kāi)關(guān)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)相比機(jī)械開(kāi)關(guān)，功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)速度快、壽命長(zhǎng)相比常規(guī)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)耐壓高、通流大、功率大常規(guī)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)電力電子器件發(fā)展史電力電子技術(shù)電力電子器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，也是其發(fā)展的“龍頭”晶閘管問(wèn)世，(“公元元年”)

IGBT及功率集成器件出現(xiàn)和發(fā)展時(shí)代晶閘管時(shí)代水銀（汞?。┱髌鲿r(shí)代電子管問(wèn)世全控型器件迅速發(fā)展時(shí)期史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶體管誕生1957年，美國(guó)通用電氣(GE)公司研制出世界上第一個(gè)工業(yè)用普通晶閘管。標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生。60~70年代，晶閘管開(kāi)始形成由低壓小電流到高壓大電流的系列產(chǎn)品。普通晶閘管不能自關(guān)斷，屬于半控型器件。70年代中期，先后出現(xiàn)了BJT、GTO、功率MOSET等自關(guān)斷、全控型器件。自80年代中期，開(kāi)發(fā)出的IGBT、90年代中期出現(xiàn)的IGCT等復(fù)合型器件。自90年代出現(xiàn)的功率集成電路、功率集成模塊，代表著電力電子的發(fā)展方向。電力電子器件分類(lèi)電力電子技術(shù)不可控器件：無(wú)法控制其導(dǎo)通或關(guān)斷。

例子：功率二極管半控型器件：可以控制其導(dǎo)通但不能控制其關(guān)斷。例子：晶閘管全控型器件：既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷。例子：MOSFET、IGBT、BJT功率半導(dǎo)體器件（按受控情況分類(lèi)）分類(lèi)依據(jù)：導(dǎo)通/關(guān)斷受控情況、驅(qū)動(dòng)電氣量、載流子參與導(dǎo)電情況電力電子器件分類(lèi)電力電子技術(shù)電流控制型器件：在器件控制端注入或者抽出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或關(guān)斷，工具頻率低。

例子：晶閘管、BJT電壓控制型器件：在器件控制端和公共端施加一定的電壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或關(guān)斷，工作頻率高。例子：MOSFET、IGBT功率半導(dǎo)體器件（按驅(qū)動(dòng)電氣量）分類(lèi)依據(jù)：導(dǎo)通/關(guān)斷受控情況、驅(qū)動(dòng)電氣量、載流子參與導(dǎo)電情況電力電子器件分類(lèi)電力電子技術(shù)單極型器件：只有一種載流子（電子或空穴）參與導(dǎo)電的電力電子器件，開(kāi)關(guān)特性好。

例子：MOSFET雙極型器件：電子和空穴兩種載流子均參與導(dǎo)電的電力電子器件，電流容量大。例子：二極管、晶閘管、BJT復(fù)合型器件：結(jié)合了單極型和雙極型器件的優(yōu)點(diǎn)。例子：IGBT功率半導(dǎo)體器件（按載流子參與導(dǎo)電情況）分類(lèi)依據(jù)：導(dǎo)通/關(guān)斷受控情況、驅(qū)動(dòng)電氣量、載流子參與導(dǎo)電情況電力電子器件分類(lèi)電力電子技術(shù)單象限器件：只能承受單方向電壓，流過(guò)單方向電流。

例子：

二極管、不帶反并聯(lián)二極管的IGBT、BJT兩象限器件：只能承受單方向電壓，流過(guò)雙向電流；或者能承受雙向電壓，僅流過(guò)單方向電流。

例子：帶反并聯(lián)二極管的IGBT、MOSFET四象限器件：能承受雙向電壓，流過(guò)雙向電流。例子：反串聯(lián)IGBT（第六章介紹）功率半導(dǎo)體器件（按電壓/電流象限）分類(lèi)依據(jù)：運(yùn)行的電壓/電流象限電力電子技術(shù)目錄：1.電力電子器件分類(lèi)2.功率二極管3.雙極性功率晶體管4.晶閘管5.功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）6.絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）7.寬禁帶功率半導(dǎo)體器件8.電力電子器件串并聯(lián)運(yùn)行電力電子技術(shù)電力電子器件的基礎(chǔ)——PN結(jié)為什么基于硅？硅元素極為常見(jiàn)，含量巨大（地球元素含量排行：氧>硅>鋁>鐵>鈣>鈉……）硅元素提純技術(shù)成熟，制作成本低硅元素的性質(zhì)穩(wěn)定電力電子技術(shù)電力電子器件的基礎(chǔ)——PN結(jié)PN結(jié)制作流程單質(zhì)硅從沙子或其他材料中提純高純度——可達(dá)99.999999999%摻雜（Doping）N型：電子（electron）

P型：空穴（hole）制造外延、擴(kuò)散、離子注入等其他技術(shù)電力電子技術(shù)功率二極管是以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)的，實(shí)際上是由一個(gè)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，可以有螺栓型、平板型等多種封裝。理想開(kāi)關(guān)電力電子技術(shù)通態(tài)斷態(tài)理想通態(tài)：短路（通態(tài)電壓為0V），電流可以無(wú)限大，電流雙向流動(dòng)。理想斷態(tài)：斷路（斷態(tài)電流為0A），電壓可以無(wú)限大，雙向耐受電壓。理想開(kāi)關(guān)理想開(kāi)關(guān)工作特性理想開(kāi)關(guān)可四象限運(yùn)行功率二級(jí)管——電路特性電力電子技術(shù)通態(tài)：外部施加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，通態(tài)電壓接近0V，僅允許通過(guò)正向電流。斷態(tài)：外部施加反向電壓時(shí)關(guān)斷，斷態(tài)電流接近0A，僅承受反方向電壓。通態(tài)斷態(tài)陰極（Cathode）陽(yáng)極（Anode）功率二極管：不可控器件，工作狀態(tài)由外電路決定。電力電子技術(shù)PN結(jié)的反向擊穿特性——分為雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式。PN結(jié)反向擊穿時(shí)：若采取措施限制反向電流，PN結(jié)仍可恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)——穩(wěn)壓二極管原理否則PN結(jié)會(huì)因過(guò)熱而燒毀，即發(fā)生熱擊穿——熱擊穿不可逆如何使用PN結(jié)的反向擊穿特性對(duì)負(fù)載進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)？參數(shù)/狀態(tài)正向?qū)ǚ聪蚪刂狗聪驌舸╇娏鞔髱缀鯙榱愦箅妷杭s1V高高阻態(tài)低阻態(tài)高阻態(tài)-功率二級(jí)管——反向擊穿特性電力電子技術(shù)PN結(jié)的電容稱為結(jié)電容CJ，又稱為微分電容。按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢(shì)壘電容CB

和擴(kuò)散電容CD。勢(shì)壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用，外加電壓頻率越高，勢(shì)壘電容作用越明顯。在正向偏置時(shí)，當(dāng)正向電壓較低時(shí)，勢(shì)壘電容為主。擴(kuò)散電容僅在正向偏置時(shí)起作用。正向電壓較高時(shí)，擴(kuò)散電容為結(jié)電容主要成分。結(jié)電容影響PN結(jié)的工作頻率，特別是在高速開(kāi)關(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾?，甚至不能工作。?yīng)用——合理利用PN結(jié)的電容效應(yīng)，可以在集成電路內(nèi)部制作硅基電容器。頻率特性是所有電子器件的關(guān)鍵特性之一。功率二級(jí)管——結(jié)電容電力電子技術(shù)額定正向平均電流IF(AV)指功率二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，在指定的管殼溫度（簡(jiǎn)稱殼溫，用TC

表示）和散熱條件下，其允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值。IF(AV)

是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定義的，使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來(lái)選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。正向壓降UF指電力二極管在指定溫度下，流過(guò)某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降。反向重復(fù)峰值電壓URRM

指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓。使用時(shí)，通常設(shè)計(jì)為額定電壓的1.5~2倍。最高工作結(jié)溫TJM結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用TJ

表示。最高工作結(jié)溫是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度。TJM通常在125～175℃范圍之內(nèi)。反向恢復(fù)時(shí)間trr指從正向電流過(guò)零到反向電流下降到其峰值10%的時(shí)間間隔，與反向電流上升率、結(jié)溫和關(guān)斷前最大正向電流有關(guān)。浪涌電流IFSM指功率二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過(guò)電流。功率二級(jí)管——主要參數(shù)電力電子技術(shù)功率二級(jí)管——穩(wěn)態(tài)特性主要是指其伏安特性正向電壓大到一定值（門(mén)檻電壓Uth），正向電流才開(kāi)始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓即為其正向電壓降Uth。承受反向電壓時(shí)，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流IS。反向擊穿特性功率二極管伏安特性電力電子技術(shù)因?yàn)榻Y(jié)電容的存在，電壓-電流特性是隨時(shí)間變化的，這就是功率二極管的動(dòng)態(tài)特性，并且往往專指反映通態(tài)和斷態(tài)之間轉(zhuǎn)換過(guò)程的開(kāi)關(guān)特性。正向恢復(fù)發(fā)生在二極管從關(guān)閉狀態(tài)快速切換到打開(kāi)狀態(tài)時(shí)。在瞬態(tài)過(guò)程中，由于i區(qū)（空間電荷區(qū)）的初始電導(dǎo)率較低，二極管兩端會(huì)形成高正向電壓。隨著注入載流子濃度的增加，通過(guò)i區(qū)的電壓很快降低到正常二極管正向壓降。功率二級(jí)管——?jiǎng)討B(tài)特性電力電子技術(shù)功率二級(jí)管——?jiǎng)討B(tài)特性反向恢復(fù)發(fā)生在二極管從打開(kāi)狀態(tài)快速切換到關(guān)閉狀態(tài)時(shí)：電力二極管并不能立即關(guān)斷，需要經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過(guò)沖。延遲時(shí)間：td

=t1

-t0電流下降時(shí)間：tf

=t2

?t1反向恢復(fù)時(shí)間：trr

=td

+tf恢復(fù)特性的軟度：tf

/td，或稱恢復(fù)系數(shù)，用Sr

表示功率二極管反向恢復(fù)特性電力電子技術(shù)根據(jù)制造工藝和反向恢復(fù)特性，功率二極管通常分為三類(lèi)：普通二極管、快恢復(fù)二極管和肖特基二極管。普通二極管（GeneralPurposeDiode），又稱整流二極管（RectifierDiode），多用于開(kāi)關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路中，其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5us以上，正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到很高（幾千V&幾千A）?？旎謴?fù)二極管（FastRecoveryDiode——FRD），恢復(fù)過(guò)程很短，特別是反向恢復(fù)過(guò)程很短（一般在5us以下）。超快恢復(fù)二極管的恢復(fù)過(guò)程更短，可達(dá)100ns以下，甚至20~30ns。功率二級(jí)管——主要類(lèi)型電力電子技術(shù)根據(jù)制造工藝和反向恢復(fù)特性，功率二極管通常分為三類(lèi)：普通二極管、快恢復(fù)二極管和肖特基二極管。功率二級(jí)管——主要類(lèi)型肖特基二極管（SchottkyBarrierDiode——SBD）屬于多子器件優(yōu)點(diǎn)在于：反向恢復(fù)時(shí)間很短（10~40ns），正向恢復(fù)過(guò)程中也不會(huì)有明顯的電壓過(guò)沖；在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管；因此，其開(kāi)關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高。缺點(diǎn)在于：當(dāng)所能承受的反向耐壓提高時(shí)其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求，因此多用于200V以下的低壓場(chǎng)合；反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度。思考？為什么“快”恢復(fù)這么重要？電力電子技術(shù)功率二級(jí)管——典型應(yīng)用功率二極管典型應(yīng)用：整流、續(xù)流、電壓鉗位等。開(kāi)關(guān)S1周期性導(dǎo)通/關(guān)斷，續(xù)流二極管Dm的存在，可以避免由電感電流突變引起的過(guò)電壓。續(xù)流應(yīng)用電力電子技術(shù)目錄：1.電力電子器件分類(lèi)2.功率二極管3.雙極性功率晶體管4.晶閘管5.功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）6.絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）7.寬禁帶功率半導(dǎo)體器件8.電力電子器件串并聯(lián)運(yùn)行雙極型功率晶體管——基本結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)BJT是一種全控型開(kāi)關(guān)器件，其特點(diǎn)是耐高壓、大電流，適用于大功率場(chǎng)合。雙極型功率晶體管：BipolarJunctionTransistor，BJT，簡(jiǎn)稱功率晶體管BJT原理圖由三層半導(dǎo)體構(gòu)成，分為NPN型和PNP型兩種類(lèi)型。通常兩個(gè)反向串聯(lián)的PN結(jié)是無(wú)法導(dǎo)通電流的。因此，在BJT的實(shí)際構(gòu)造過(guò)程中需要對(duì)三層半導(dǎo)體做特殊處理。雙極型功率晶體管——基本結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)P型半導(dǎo)體為基極，需滿足兩個(gè)條件，一是摻雜濃度比較低，二是要非常薄。以NPN型BJT為例NPN型BJT工藝示意圖作為發(fā)射極的N型半導(dǎo)體需要重?fù)诫s，作為集電極的N型半導(dǎo)體需要適度摻雜。三層半導(dǎo)體的摻雜濃度不一樣且基極必須薄。雙極型功率晶體管——基本結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)采用共射極連接方式，施加基極電壓后，通過(guò)在基極注入載流子，基極與射極的PN結(jié)正向偏置，導(dǎo)致大量電子注入基極并向集電極擴(kuò)散。以NPN型BJT為例NPN型BJT導(dǎo)通時(shí)載流子擴(kuò)散和流通示意圖反向偏置的集電極與基極間的PN結(jié)存在一個(gè)較大的電場(chǎng)，該電場(chǎng)會(huì)推動(dòng)基極中的大量電子流入集電極，從而產(chǎn)生集電極電流，并使BJT導(dǎo)通。當(dāng)基極電流消失后，基極中的載流子濃度不夠維持集電極電流繼續(xù)流通，BJT將關(guān)斷。雙極型功率晶體管——電路特性電力電子技術(shù)通態(tài)：外部施加正向電壓且門(mén)級(jí)施加控制電流時(shí)導(dǎo)通，通態(tài)電壓接近0V，僅允許通過(guò)正向電流。斷態(tài)：外部施加正向電壓且門(mén)級(jí)無(wú)控制電流時(shí)關(guān)斷，斷態(tài)電流接近0A，僅承受正方向電壓。通態(tài)斷態(tài)集電極（Collector）發(fā)射極（Emitter）雙極型功率晶體管：全控型器件，工作狀態(tài)由控制電路決定?；鶚O（Base）雙極型功率晶體管——主要參數(shù)電力電子技術(shù)額定電壓U(BR)CE指集電極-發(fā)射極之間的正向擊穿電壓值。同一個(gè)BJT的集-射極擊穿電壓與基極狀態(tài)有關(guān)?；鶚O開(kāi)路時(shí)的集-射極擊穿電壓值U(BR)CE最低。在實(shí)際使用BJT時(shí)，為了確保不損壞，最高工作電壓要小于U(BR)CE，且要留有一定裕量。額定電流（最大允許電流）ICM指當(dāng)電流增益（或電流放大倍數(shù)）下降到規(guī)定值的1/3?1/2時(shí)所對(duì)應(yīng)的IC值。實(shí)際使用時(shí)要留有裕量，一般根據(jù)最大集電極電流的1.5倍來(lái)選擇額定電流。飽和壓降UCES指在規(guī)定集電極電流和基極電流下的集-射極之間的飽和壓降。與集電極電流、飽和深度以及結(jié)溫有關(guān)，這一參數(shù)直接影響B(tài)JT的導(dǎo)通損耗。最大耗散功率PCM指在最高工作溫度下允許的耗散功率。二次擊穿曲線與安全工作區(qū)（SOA）指BJT安全運(yùn)行的工作范圍。雙極型功率晶體管——安全工作區(qū)電力電子技術(shù)一次擊穿：BJT的集電極電壓升高至上文所述的擊穿電壓時(shí)，集電極電流迅速增大，首先發(fā)生的擊穿是雪崩擊穿，BJT不會(huì)損壞。以NPN型BJT為例BJT安全工作區(qū)示意圖二次擊穿：BJT在較短的時(shí)間內(nèi)吸收的能量超過(guò)某一限額，產(chǎn)生局部過(guò)熱點(diǎn)，導(dǎo)致BJT的永久性損壞。安全工作區(qū)：最大擊穿電壓U(BR)CEO、集電極最大允許電流ICM、集電極最大耗散功率PCM和二次擊穿臨界線畫(huà)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上。電力電子技術(shù)雙極型功率晶體管——穩(wěn)態(tài)特性主要是指輸入特性和輸出特性輸入特性：指Uce為定值時(shí)，ib與ube之間的函數(shù)關(guān)系曲線，它與二極管PN結(jié)的正向伏安特性曲線相似。當(dāng)Uce

增大時(shí)，輸入特性曲線向右移動(dòng)；當(dāng)Uce>2V后，輸入特性曲線基本不變。電力電子技術(shù)雙極型功率晶體管——穩(wěn)態(tài)特性主要是指輸入特性和輸出特性輸出特性：集電極電流ic與集射極電壓uce之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在電力電子電路中，BJT通常工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即工作在截止區(qū)或飽和區(qū)。β：ic/ib，電流放大系數(shù)，單管BJT的β值通常為10左右，達(dá)林頓接法可以增大β值。電力電子技術(shù)雙極型功率晶體管——?jiǎng)討B(tài)特性雙極型功率晶體管：全控型器件，工作狀態(tài)由控制電路決定。BJT開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中的電壓、電流波形圖BJT的工作過(guò)程分為開(kāi)通、導(dǎo)通、關(guān)斷、阻斷4個(gè)不同階段。開(kāi)通階段：延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr之和稱為開(kāi)通時(shí)間tON。延遲時(shí)間td：從施加基極電流開(kāi)始到ic上升至其10%穩(wěn)態(tài)值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。上升時(shí)間tr：tc繼續(xù)上升至其90%穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間。電力電子技術(shù)雙極型功率晶體管——?jiǎng)討B(tài)特性雙極型功率晶體管：全控型器件，工作狀態(tài)由控制電路決定。BJT開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中的電壓、電流波形圖關(guān)斷BJT時(shí)，需在基極施加反向驅(qū)動(dòng)電壓以產(chǎn)生反向基極電流，有助于快速抽取基極存儲(chǔ)的過(guò)剩電荷，加快關(guān)斷速度。關(guān)斷時(shí)間tOFF：存儲(chǔ)時(shí)間ts和下降時(shí)間tf之和。存儲(chǔ)時(shí)間ts：存儲(chǔ)電荷的恢復(fù)時(shí)間。下降時(shí)間tf：ic下降至10%穩(wěn)態(tài)值所需時(shí)間。電力電子技術(shù)值得注意的是，上世紀(jì)50年代，用于信號(hào)放大的晶體管技術(shù)已經(jīng)大放異彩，但受限于大電流高耐壓器件的工藝難度，直到70年代中期BJT才得以問(wèn)世。但在BJT這種全控型器件問(wèn)世之前，另外一種半控型器件——晶閘管——已經(jīng)引領(lǐng)了電力電子技術(shù)的開(kāi)端，直到今天仍在高壓大功率場(chǎng)景中占有一席之地。雙極型功率晶體管電力電子技術(shù)目錄：1.電力電子器件分類(lèi)2.功率二極管3.雙極性功率晶體管4.晶閘管5.功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）6.絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）7.寬禁帶功率半導(dǎo)體器件8.電力電子器件串并聯(lián)運(yùn)行晶閘管電力電子技術(shù)晶閘管：Thyristor，又稱作可控硅整流器（SiliconControlledRectifier,SCR），簡(jiǎn)稱為可控硅。1956年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室（BellLaboratories）發(fā)明了晶閘管，到1957年美國(guó)通用電氣公司（GeneralElectric）開(kāi)發(fā)出了世界上第一只晶閘管產(chǎn)品。晶閘管能承受的電壓和電流是電力電子器件中最高的，而且工作可靠。晶閘管——基本結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)晶閘管具有四層半導(dǎo)體和三個(gè)PN結(jié)。陽(yáng)極（Anode）由P1引出，陰極（Cathode）由N2引出，門(mén)極（Gate）由P2引出。晶閘管原理圖晶閘管——基本結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)晶閘管內(nèi)部的P1、N1、P2三層半導(dǎo)體和N1、P2、N2三層半導(dǎo)體可以分別等效為PNP型和NPN型兩個(gè)晶體管。晶閘管原理圖晶閘管——基本結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)雙晶體管模型：發(fā)射極電流較低時(shí)，NPN和PNP晶體管幾乎沒(méi)有放大能力；發(fā)射極電流建立后，放大能力迅速提高。晶閘管雙晶體管模型在晶閘管陽(yáng)極和陰極之間施加電壓UAK，門(mén)極也加上足夠的門(mén)極電壓UG時(shí)，門(mén)極電流Ig在NPN型晶體管中產(chǎn)生放大的集電極電流Ic2。NPN型晶體管的集電極同時(shí)也是PNP型晶體管的基極，因此，Ic2流出PNP型晶體管的基極從而使PNP型晶體管導(dǎo)通。晶閘管——基本結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)雙晶體管模型：發(fā)射極電流較低時(shí)，NPN和PNP晶體管幾乎沒(méi)有放大能力；發(fā)射極電流建立后，放大能力迅速提高。晶閘管雙晶體管模型PNP型晶體管的集電極連接NPN型晶體管的基極，PNP型晶體管集電極電流Ic1流入門(mén)極。上述過(guò)程循環(huán)作用，產(chǎn)生正反饋，使兩個(gè)晶體管飽和導(dǎo)通，因此晶閘管由阻斷迅速轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)撤掉門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)不能使晶閘管關(guān)斷，因此晶閘管是半控型器件。晶閘管——電路特性電力電子技術(shù)通態(tài)：外部施加正向電壓且門(mén)級(jí)施加控制電流時(shí)導(dǎo)通，通態(tài)電壓接近0V，僅允許通過(guò)正向電流。斷態(tài)：外部施加反向電壓且門(mén)級(jí)無(wú)控制電流時(shí)關(guān)斷，斷態(tài)電流接近0A，承受雙向電壓。通態(tài)斷態(tài)斷態(tài)晶閘管：半控型器件陰極（Cathode）陽(yáng)極（Cathode）門(mén)極（Gate）晶閘管——主要參數(shù)電力電子技術(shù)斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓UDSM晶閘管在門(mén)極開(kāi)路時(shí)，施加于晶閘管的正向陽(yáng)極持續(xù)時(shí)間不大于10ms的斷態(tài)最大脈沖電壓。斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM晶閘管在門(mén)極開(kāi)路及額定結(jié)溫下，允許每秒50次、每次持續(xù)時(shí)間不大于10ms且重復(fù)施加于晶閘管上的正向斷態(tài)最大脈沖電壓。規(guī)定斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM為斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓UDSM的80%。反向不重復(fù)峰值電壓UMM晶閘管門(mén)極開(kāi)路所能承受的持續(xù)時(shí)間不大于10ms的反向最大脈沖電壓。反向重復(fù)峰值電壓URRM晶閘管門(mén)極開(kāi)路及額定結(jié)溫下，允許每秒50次、每次持續(xù)時(shí)間不大于10ms且重復(fù)施加于晶閘管上的反向最大脈沖電壓。規(guī)定反向重復(fù)峰值電壓URRM為反向不重復(fù)峰值電壓URSM的80%。額定電壓UT將斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM和反向重復(fù)峰值電壓URRM中的較小值取整后作為晶閘管的額定電壓值。選擇晶閘管的額定電壓值要留有安全裕量。一般取電路正常工作時(shí)晶閘管電壓應(yīng)力的1.5倍。平均電壓UON晶閘管陽(yáng)極、陰極間電壓的平均值，也稱管壓降。晶閘管——主要參數(shù)電力電子技術(shù)通態(tài)平均電流IT在額定結(jié)溫時(shí)，所允許通過(guò)的工頻正弦半波電流的平均值。稱為該晶閘管的通態(tài)平均電流，即額定電流。在實(shí)際選用時(shí)，一般取1.5倍以上的安全裕量維持電流IH晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通以后，在室溫和門(mén)極開(kāi)路條件下，使晶閘管維持通態(tài)所必需的最小陽(yáng)極電流。擎住電流IL晶閘管一經(jīng)觸發(fā)導(dǎo)通就去掉觸發(fā)信號(hào)，能使晶閘管保持導(dǎo)通所需要的最小陽(yáng)極電流。一般晶閘管的擎住電流為其維持電流的幾倍。如果晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)換為通態(tài)，其陽(yáng)極電流還未上升到擎住電流值就去掉觸發(fā)脈沖，將重新恢復(fù)阻斷狀態(tài)。斷態(tài)重復(fù)平均電流IDR和反向重復(fù)平均電流IRR額定結(jié)溫和門(mén)極開(kāi)路時(shí)，對(duì)應(yīng)于斷態(tài)重復(fù)峰值電壓和反向重復(fù)峰值電壓下的平均漏電流。浪涌電流ITSM在規(guī)定條件下，工頻正弦半周期內(nèi)所允許的最大過(guò)載峰值電流。晶閘管——主要參數(shù)電力電子技術(shù)正弦半波平均值和有效值平均值：先積分，后平均有效值（方均根或rms值）：先平方，再積分，后平均，最后開(kāi)根號(hào)（電阻產(chǎn)生熱量相等）正弦半波電流的有效值是平均電流的1.57倍。晶閘管——穩(wěn)態(tài)特性電力電子技術(shù)晶閘管的伏安特性主要是指其伏安特性正向伏安特性：隨著陽(yáng)極電壓不斷增大達(dá)到臨界極限，即正向轉(zhuǎn)折電壓UBO，漏電流急劇增大，器件開(kāi)通,發(fā)生了雪崩擊穿。加入外部門(mén)極觸發(fā)電流后，觸發(fā)正反饋所需的雪崩擊穿水平也隨之下降，相應(yīng)的正向轉(zhuǎn)折電壓也降低。反向伏安特性：與功率二極管的反向特性相似；當(dāng)反向電壓增加到反向轉(zhuǎn)折電壓UBR時(shí)，晶閘管反向擊穿。晶閘管——?jiǎng)討B(tài)特性電力電子技術(shù)晶閘管開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中的電壓、電流波形開(kāi)通過(guò)程：建立正反饋過(guò)程需要時(shí)間，加上外部線路中寄生電感的作用，晶閘管受到觸發(fā)后，其陽(yáng)極電流不是瞬時(shí)建立的。延遲時(shí)間td：從門(mén)極脈沖前沿的10%到陽(yáng)極電壓下降至穩(wěn)態(tài)的90%之間的時(shí)間。上升時(shí)間tr：正向陽(yáng)極電壓從穩(wěn)態(tài)的90%下降至10%之間的時(shí)間。開(kāi)通時(shí)間tON：由延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr組成。晶閘管——?jiǎng)討B(tài)特性電力電子技術(shù)晶閘管開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中的電壓、電流波形關(guān)斷過(guò)程：陽(yáng)極電流的減小會(huì)出現(xiàn)反向恢復(fù)過(guò)程，且在外電路電感的作用下，會(huì)在晶閘管兩端產(chǎn)生較大的反向電壓尖峰。反向阻斷恢復(fù)時(shí)間trr：P1-N1結(jié)和P2-N2結(jié)將恢復(fù)阻斷能力的時(shí)間。正向阻斷恢復(fù)時(shí)間tfr：N1-P2結(jié)恢復(fù)正向阻斷能力的時(shí)間。關(guān)斷時(shí)間tOFF：由反向阻斷恢復(fù)時(shí)間trr和正向阻斷恢復(fù)時(shí)間tfr組成。電力電子技術(shù)目錄：1.電力電子器件分類(lèi)2.功率二極管3.雙極性功率晶體管4.晶閘管5.功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）6.絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）7.寬禁帶功率半導(dǎo)體器件8.電力電子器件串并聯(lián)運(yùn)行場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力電子技術(shù)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FieldEffectTransistor，F(xiàn)ET）：導(dǎo)通時(shí)只有一種極性的載流子參與導(dǎo)電，因而也稱為單極型晶體管。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管（JFET）：通過(guò)外加電場(chǎng)控制場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵-源之間PN結(jié)耗盡區(qū)的寬度來(lái)控制溝道電導(dǎo)。金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）：場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵-源之間是用硅氧化物介質(zhì)將金屬電極和半導(dǎo)體隔離，利用外加電場(chǎng)控制半導(dǎo)體中感應(yīng)電荷量的變化控制溝道電導(dǎo)。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力電子技術(shù)功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（PowerMOSFET）：電壓控制型全控型器件，開(kāi)關(guān)速度快。根據(jù)導(dǎo)電載流子帶電極性的不同，分為N（電子型）溝道MOSFET和P（空穴型）溝道MOSFET。根據(jù)導(dǎo)電溝道形成機(jī)理不同，MOSFET又可分為增強(qiáng)型和耗盡型兩類(lèi)。N溝道增強(qiáng)型功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管：實(shí)際中使用最為廣泛。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管——基本結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)N溝道垂直（Vertical）導(dǎo)電場(chǎng)效應(yīng)晶體管（VMOSFET）：柵源極間電壓為零時(shí)，P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)反偏，漏源極之間無(wú)電流流過(guò)。正電壓UGS會(huì)將P區(qū)中的空穴推開(kāi)，而將P區(qū)中的少子——電子吸引到P區(qū)表面。VMOSFETCoolMOS功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管——基本結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)當(dāng)UGS大于某一電壓值UT

時(shí)，使P型半導(dǎo)體反型成N型半導(dǎo)體，漏極和源極導(dǎo)電。MOSFET的這一導(dǎo)通過(guò)程與BJT類(lèi)似，區(qū)別在于P區(qū)少子是由柵極電勢(shì)感應(yīng)得到，而不是通過(guò)注入電流得到，因此，MOSFET的開(kāi)關(guān)速度更快。VMOSFETCoolMOS功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管——基本結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)超結(jié)功率MOSFET（CoolMOS）：解決額定電壓和導(dǎo)通電阻的矛盾。多個(gè)P/N結(jié)構(gòu)作為高壓漂移層，在相同的芯片面積上，其導(dǎo)通電阻降低了80%以上，并具有高開(kāi)關(guān)速度。VMOSFETCoolMOS功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管——基本結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)寄生二極管：源極到漏極之間的結(jié)構(gòu)為P、N-、N+，這就形成一個(gè)與MOSFET反向并聯(lián)的寄生二極管，又稱體二極管。寄生二極管反向恢復(fù)時(shí)間一般較長(zhǎng)。MOSFET寄生元件示意圖功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管——電路特性電力電子技術(shù)通態(tài)：施加控制電壓時(shí)導(dǎo)通，通態(tài)電壓接近0V，允許通過(guò)雙向電流。斷態(tài)：外部施加正向電壓且控制電壓為低時(shí)關(guān)斷，斷態(tài)電流接近0A，僅承受正向電壓。通態(tài)斷態(tài)通態(tài)漏極（Drain）源極（Source）柵極（Gate）功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管——主要參數(shù)電力電子技術(shù)導(dǎo)通電阻RDS(on)導(dǎo)通電阻主要由漏極電阻RD決定。隨著溫度的升高而增加，具有正溫度特性。開(kāi)啟電壓UT又稱為閾值電壓。它是指在一定的漏-源電壓UDS下，增加?xùn)?源電壓使漏極電流由零達(dá)到某一指定電流(例如1mA)時(shí)的柵-源電壓值。柵-源擊穿電壓U(BR)GS柵-源擊穿電壓U(BR)GS是柵極和源極之間絕緣層的擊穿電壓。少量感應(yīng)靜電荷就可能引起很高的電壓，應(yīng)用時(shí)應(yīng)當(dāng)注意防靜電擊穿，一般通過(guò)在柵-源極間并聯(lián)電阻實(shí)現(xiàn)靜電泄放。最大允許漏極電流IDM最大允許漏極電流與場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)有關(guān)。通常按電路中MOSFET電流應(yīng)力的1.5倍選取該電流定額。最大允許功率損耗PDM在環(huán)境溫度Ta為25°C時(shí)，在規(guī)定的散熱條件下，最高結(jié)溫不超過(guò)MOSFET的最高允許結(jié)溫TjM時(shí)的允許功耗值。安全工作區(qū)SOA漏源間的耐壓、漏極最大允許電流和最大耗散功率決定了電力MOSFET的安全工作區(qū)。雙極型功率晶體管——安全工作區(qū)電力電子技術(shù)左上方的邊界斜線為MOSFET導(dǎo)通電阻限制線，其限制了器件的工作電流。一族對(duì)應(yīng)不同脈沖寬度的曲線MOSFET安全工作區(qū)示意圖最右邊的垂直邊界為最大漏-源擊穿電壓U(BR)DS。上方水平線為最大脈沖漏極電流IDM。右上方近似平行的一組斜線為等功耗線PDM對(duì)應(yīng)不同脈沖寬度下的功率損耗限制。雙極型功率晶體管——穩(wěn)態(tài)特性電力電子技術(shù)輸出特性：在恒定柵-源電壓UGS下，漏極電流iD和漏-源電壓uDS之間的關(guān)系。包含了非飽和區(qū)、截止區(qū)和飽和區(qū)，不工作在飽和區(qū)。uGS雙極型功率晶體管——穩(wěn)態(tài)特性電力電子技術(shù)轉(zhuǎn)移特性：在恒定漏-源電壓下，漏極電流iD與柵-源電壓uGS的關(guān)系?？芍苯佑奢敵鎏匦缘玫健GS雙極型功率晶體管——?jiǎng)討B(tài)特性電力電子技術(shù)動(dòng)態(tài)特性：開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程所展現(xiàn)出來(lái)的電壓、電流特性。MOSFET開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中的電壓、電流波形開(kāi)通過(guò)程：柵極驅(qū)動(dòng)電壓變?yōu)楦唠娖胶?，uGS存在一個(gè)上升過(guò)程。當(dāng)uGS等于開(kāi)啟電壓UT時(shí)，漏極電流iD從零開(kāi)始增長(zhǎng)。上升時(shí)間tr：漏極電流由通態(tài)最大值的10%上升到90%所需的時(shí)間。雙極型功率晶體管——?jiǎng)討B(tài)特性電力電子技術(shù)動(dòng)態(tài)特性：開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程所展現(xiàn)出來(lái)的電壓、電流特性。MOSFET開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中的電壓、電流波形關(guān)斷過(guò)程：功率MOSFET的關(guān)斷過(guò)程非?？?，開(kāi)關(guān)時(shí)間在10~100ns之間。當(dāng)柵極驅(qū)動(dòng)電壓變?yōu)榈碗娖胶?，uGS開(kāi)始下降，漏極電流iD逐漸減小至零。下降時(shí)間tf：漏極電流由穩(wěn)態(tài)值的90%下降到10%所需的時(shí)間。電力電子技術(shù)目錄：1.電力電子器件分類(lèi)2.功率二極管3.雙極性功率晶體管4.晶閘管5.功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）6.絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）7.寬禁帶功率半導(dǎo)體器件8.電力電子器件串并聯(lián)運(yùn)行絕緣柵雙極型晶體管電力電子技術(shù)絕緣柵雙極型晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT）：結(jié)合了BJT和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)。比MOSFET額定電壓和額定電流高，比BJT開(kāi)關(guān)速度更快和驅(qū)動(dòng)損耗更小。BJT：雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件，其通流能力很強(qiáng)，但開(kāi)關(guān)速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。MOSFET：MOSFET是單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件，開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，但導(dǎo)通壓降大。絕緣柵雙極型晶體管——基本結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)IGBT：三端器件，具有柵極G、集電極C和發(fā)射極E，可由N溝道VMOSFET和BJT組合而成。IGBT：用BJT與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管。IGBT結(jié)構(gòu)圖和等效電路絕緣柵雙極型晶體管——基本結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)IGBT：導(dǎo)電是兩種載流子，電阻率較小。IGBT的導(dǎo)通壓降由兩部分組成：PN結(jié)的正向壓降（負(fù)溫度系數(shù)）、MOSFET導(dǎo)通壓降（正溫度系數(shù)）。IGBT結(jié)構(gòu)圖和等效電路絕緣柵雙極型晶體管——電路特性電力電子技術(shù)通態(tài)：外部施加正向電壓且門(mén)級(jí)施加控制電壓時(shí)導(dǎo)通，通態(tài)電壓接近0V，僅允許通過(guò)正向電流。斷態(tài)：外部施加正向電壓且門(mén)級(jí)控制電壓為低時(shí)關(guān)斷，斷態(tài)電流接近0A，僅承受正向電壓。通態(tài)斷態(tài)集電極（Collector）發(fā)射極（Emitter）柵極（Gate）絕緣柵雙極型晶體管——電路特性電力電子技術(shù)通態(tài)：門(mén)級(jí)施加控制電壓時(shí)導(dǎo)通，通態(tài)電壓接近0V，允許通過(guò)雙向電流。斷態(tài)：外部施加正向電壓且門(mén)級(jí)控制電壓為低時(shí)關(guān)斷，斷態(tài)電流接近0A，僅承受正向電壓。通態(tài)斷態(tài)通態(tài)集電極（Collector）發(fā)射極（Emitter）柵極（Gate）四象限開(kāi)關(guān)——電路特性電力電子技術(shù)通態(tài)：門(mén)級(jí)施加高控制電壓時(shí)導(dǎo)通，通態(tài)電壓接近0V，允許通過(guò)雙向電流。斷態(tài)：門(mén)級(jí)控制電壓為低時(shí)關(guān)斷，斷態(tài)電流接近0A，能承受雙向電壓。通態(tài)斷態(tài)通態(tài)集電極（Collector）發(fā)射極（Emitter）柵極（Gate）斷態(tài)絕緣柵雙極型晶體管——主要參數(shù)電力電子技術(shù)飽和壓降UCE(sat)IGBT工作于飽和導(dǎo)通時(shí)，集電極與發(fā)射極兩端電壓差。最大開(kāi)路電壓U(BR)CEO柵極處于開(kāi)路狀態(tài)下，集電極-發(fā)射極兩端可以承受的最大電壓。集電極最大電流IC(max)當(dāng)IGBT工作在飽和狀態(tài)時(shí)，集電極可以流過(guò)的最大電流。最大允許功率損耗PCM在室溫25℃的情況下，IGBT工作時(shí)允許產(chǎn)生的最大耗散功率。正向偏置安全工作區(qū)（ForwardBiasedSafeOperatingArea——FBSOA）根據(jù)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。反向偏置安全工作區(qū)（ReverseBiasedSafeOperatingArea——RBSOA）根據(jù)最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率dUCE/dt確定。絕緣柵雙極型晶體管——穩(wěn)態(tài)特性電力電子技術(shù)輸出特性：以柵射電壓為參考變量時(shí)，集電極電流iC與集-射電壓uCE之間的關(guān)系。包含了正向阻斷區(qū)、線性放大區(qū)和飽和區(qū)，不工作在線性放大區(qū)。反向工作狀態(tài)，集電極只有很小的漏電流流過(guò)，URM是最高反向阻斷電壓。輸出特性轉(zhuǎn)移特性絕緣柵雙極型晶體管——穩(wěn)態(tài)特性電力電子技術(shù)轉(zhuǎn)移特性：集電極電流iC與柵射電壓uGE之間的關(guān)系。開(kāi)啟電壓UGE(th)是IGBT能導(dǎo)通的最低柵射電壓，隨溫度升高而略有下降。IGBT的穩(wěn)態(tài)特性與MOSFET類(lèi)似。輸出特性轉(zhuǎn)移特性絕緣柵雙極型晶體管——?jiǎng)討B(tài)特性電力電子技術(shù)動(dòng)態(tài)特性：IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)的特性IGBT開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中的電壓、電流波形開(kāi)通過(guò)程：當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)IGBT的輸入電容充電。開(kāi)通延遲時(shí)間td(on)：柵-射電壓uGE的前沿上升到其幅值的10%時(shí)刻起，到集電極電流iC上升至其穩(wěn)態(tài)電流ICM的10%時(shí)刻為止。電流上升時(shí)間tri：iC由10%ICM上升到90%ICM所需時(shí)間絕緣柵雙極型晶體管——?jiǎng)討B(tài)特性電力電子技術(shù)動(dòng)態(tài)特性：IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)的特性IGBT開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中的電壓、電流波形關(guān)斷過(guò)程：IGBT關(guān)斷時(shí)出現(xiàn)電流拖尾現(xiàn)象，使得下降時(shí)間加長(zhǎng)，造成較大的關(guān)斷損耗。關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)：從uGE下降到其穩(wěn)態(tài)值的90%時(shí)刻起，到uCE上升到其穩(wěn)態(tài)值的10％為止。電流下降時(shí)間tfi：iC由90%ICM下降到10％ICM所需時(shí)間功率半導(dǎo)體器件特性對(duì)比電力電子技術(shù)針對(duì)具體應(yīng)用，考慮器件的工作頻率和功率功率半導(dǎo)體器件特性對(duì)比電力電子技術(shù)針對(duì)具體應(yīng)用，考慮器件的電壓和電流等級(jí)器件電壓-電流運(yùn)行區(qū)間示意圖大功率應(yīng)用工況需使用大功率器件，但大功率器件無(wú)法實(shí)現(xiàn)高速開(kāi)關(guān)。小功率器件開(kāi)關(guān)速度快，可以對(duì)其設(shè)定較高的開(kāi)關(guān)頻率。選擇開(kāi)關(guān)器件對(duì)電力電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。電力電子技術(shù)開(kāi)關(guān)類(lèi)型控制變量開(kāi)關(guān)頻率通態(tài)壓降優(yōu)勢(shì)限制BJT電流中頻20kHz低①開(kāi)關(guān)過(guò)程簡(jiǎn)單②通態(tài)壓降低③電壓阻斷能力強(qiáng)①需要高的電流驅(qū)動(dòng)②開(kāi)關(guān)速度慢③二次擊穿④開(kāi)關(guān)損耗高M(jìn)OSFET電壓高頻高①更高的開(kāi)關(guān)頻率②開(kāi)關(guān)損耗低③驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單④驅(qū)動(dòng)功率?、萃☉B(tài)電阻正溫度系數(shù)方便并聯(lián)使用①通態(tài)壓降高（非超結(jié)結(jié)構(gòu)）②電壓阻斷能力弱IGBT電壓高頻中①通態(tài)壓降低②驅(qū)動(dòng)功率?、匐妷鹤钄嗄芰θ魾JT、MOSFET、IGBT開(kāi)關(guān)器件特性對(duì)比：功率半導(dǎo)體器件特性對(duì)比電力電子技術(shù)目錄：1.電力電子器件分類(lèi)2.功率二極管3.雙極性功率晶體管4.晶閘管5.功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）6.絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）7.寬禁帶功率半導(dǎo)體器件8.電力電子器件串并聯(lián)運(yùn)行寬禁帶功率半導(dǎo)體器件電力電子技術(shù)