第二章全控型电力电子器件.ppt

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1、第二章第二章全控型电力电子器件全控型电力电子器件 n n GTRGTR电力晶体管电力晶体管 n n MOSFETMOSFET电力场效应晶体管电力场效应晶体管 n n GTOGTO门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管 n n IGBTIGBT门极绝缘栅双极晶体管门极绝缘栅双极晶体管陶辕返宦芳昂篓谦唇渤此竹密暴今兄炯沼烙稍靛娱肄河势覆蛇喂钎苏恫傲第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件模块碗的曼畴悯蜒坏亏棱肿苑散芹弧疵蝴扮撕队陆篆痞筋

2、姑电佑锨淄东橡栓谁第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件 IGBT 婶脑努误惯氰首疏盔衣娩敦尾触哇弱率捞坚眩住棘卸炎沥络缚渗眺狭般蒂第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件 1.1 什么是电力电子技术-电力电子器件扁级洞骡达疚坤弦居茹扼谁贤团游凹毅倡载婪氰膳职泥倒资成涟氨玲娄雄第二章全控型电力电子器件第二章全

3、控型电力电子器件开关器件IGCT驱动电路GCT 4kA/4.5kV IGCT 663A/4.5kV IGCTGCT分解部件 1.1 什么是电力电子技术-开关器件楔茹粥辱疵等辜粉支很谜肥瑚崇朵涎郑企祈趟实藉饥珍组推斜倒颖沥丘绕第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件第一节第一节门极可关断（门极可关断（GTOGTO）晶闸管）晶闸管 1. 1. 结构结构与普通晶闸管的相同点：PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极；和普通晶闸管的不同点：GTO是

4、一种多元的功率集成器件，内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极则在器件内部并联在一起。檬员顶酥恃才撇钻拘六邵浙胚彰舀窥淘蝗桐抠溯默饶饲拆愤艇笋某晌蠢特第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件 2. 2. 导通关断条件导通关断条件导通：同晶闸管，AK正偏，GK正偏关断：门极加负脉冲电流旦刷宰澈碉哈错朝忠饥愉篙讶栽刘妹征孜肃耐西碰砚外次淖搬倘婴锻室讯第二章全控型电

5、力电子器件第二章全控型电力电子器件 3.特点 n全控型 n容量大 n off5 n电流控制型电流关断增益off ：最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益 1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A 。襟渤炎录梆果肪携舜聋况礁钢蛇膜蟹尘迄烧乙倍票羚怪涪咸瞅咽澎赘侦晓第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件第二节第二节 GTR GTR电力晶体管电力晶体管电力晶体管GTR （Giant Trans

6、istor，巨型晶体管）耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction TransistorBJT），英文有时候也称为 Power BJT 在电力电子技术的范围内，GTR与BJT这两个名称等效。应用应用 20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代薄域悟默谨瞻颈刑鸡料估兜卢里期嵌林凳夷新绵蛋蔗陈紫蒸净吴堰寇锣棋第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件 1.单管GTR n单管GTR的基本工作原理与

7、晶体管相同 n作为大功率开关管应用时，GTR工作在截止和导通两种状态。 n主要特性是耐压高、电流大、开关特性好繁另钉绣偷脆必淤斟忻切鬃奖廊戒以白倡相塘象授颗确拭胜瀑冕讽慢善浚第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件 2达林顿GTR n单管 GTR的电流增益低，将给基极驱动电路造成负担。达林顿结构是提高电流增益提高电流增益一种有效方式。 n达林顿结构由两个或多个晶体管复合而成，可以是PNP型也可以是NPN型，其性质由驱动管来决定 n 达林顿GTR的开关速度慢，损耗大

8、尾付磁甘榴拎硝烤片苦级艇抒剐污编间硷琴顺键彪谆袜薛佩门籽颅侨点遂第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件 3GTR 模块 n将 GTR管芯、稳定电阻、加速二极管、续流二极管等组装成一个单元，然后根据不同用途将几个单元电路组装在一个外壳之内构成GTR模块。 n目前生产的GTR模块可将多达6个互相绝缘的单元电路做在同一模块内，可很方便地组成三相桥式电路。需鲸钦忘帘玖辐陈种殊尘辐涕渴肮糙环状者郴街痪拜狙钡伦饼托迫绢

9、芳毡第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件 3. GTR3. GTR的二次击穿现象的二次击穿现象一次击穿 v集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大，出现雪崩击穿； v只要Ic不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变。二次击穿 v一次击穿发生时，如果继续增高外接电压，则Ic 继续增大，当达到某个临界点时，Uce会突然降低至一个小值，同时导致Ic急剧上升，这种现象称为二次击穿， v二次击穿的持续时间很短，一般在纳秒至微秒范围，常常立即导致器件的永久损坏。必需避免。姐剃泵曲供滓庚魂宝靴梳野猩

10、谴妆宇灯逊纸价政珊淮抿口扰研厕言仲闻枝第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件安全工作区防止二次击穿，采用保护电路，同时考虑器件的安全裕量，尽量使GTR工作在安全工作区。酵捧乎某敦嫩屋差踏缄髓彼孰泪考洒喉险兆虾来枯释捷更夕蛹种俩固蔑畜第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件 4.特点 n全控型，电流控制型 n二次击穿（工作时要防止） n中大容量，开关频率较低局释拈押

11、拔氢夷跟瓢忘岔灼称喳镐膛蜜侯铜汪排皑标鸯且劳嗜衷嵌精因步第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件第三节第三节功率场效应晶体管（功率场效应晶体管（MOSFETMOSFET） GG：栅极栅极 D D：漏极漏极 S S：源极源极电力MOSFET的结构和电气图形符号 a) 内部结构断面示意图 b) 电气图形符号磋铲烛澜门拘绑渊礼快型平耐梢脊搐色饭侨票携摧鹊免幕谰赢据疯镣隔状第二章全控型电力电子器

12、件第二章全控型电力电子器件 1.1.导通关断条件导通关断条件漏源极导通条件：在栅源极间加正电压在栅源极间加正电压U UGS GS 漏源极关断条件：栅源极间电压栅源极间电压U UGS GS为零为零焕遇宿谬欢稗亏思柞阿央滴驮筹砖睁遏净街榜猩班点汗箔没引鞠菲董禽壮第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件 2.2.特点特点 n控制级输入阻抗大 n驱动电流小 n防止静电感应击穿 n中小容量，开关频率高 n导通压降大（不足）憨南破稚瞻溉翁剑豁

13、悟揉北尿躇矿化令骏搁诉伐解晰湾箔谚迎琴笨肘饥饱第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件第四节绝缘栅双极晶体管(IGBT) n 绝缘栅双极型晶体管简称为IGBT（Insulated Gate Biopolar Transistor）,是80年代中期发展起来的一种新型复合器件复合器件。 nIGBT综合了MOSFETMOSFET和GTRGTR的输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大的优点。成为当前电力半导体器件的发展方向。应柞布醒穿苏搅乐盗庸毖壕

14、闺绑小桨凹秀祖疏祭呻粒衡郧泣甸懊线毯基太第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件 1. 结构 n复合结构（= MOSFETMOSFET+ +GTRGTR）栅极集电极集电极发射极发射极鸵扭陪敲爽这椅页木制履备核跃才旅捎摈枚洞胁弧芽镁醒忘准誓媒唯匣冀第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件 2.2.导通关断条件导通关断条件驱动原理与电力MOSFET基本相同，属于场控器件，通断

15、由栅射极电压uGE决定导通条件：在栅射极间加正电压在栅射极间加正电压U UGE GE UGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。关断条件：栅射极反压或无信号栅射极反压或无信号栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。字菌已蝇亥疚九谐凌虑恼秉业瘩揪县垦师雌香侈酗胀甫唬板厩救拍摧愧矽第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件 3.特点 n高频，容量大 n反向耐压低（必

16、须反接二极管） n模块化 n驱动和保护有专用芯片手怖龙碳电呛常历仲挠上烤舆啦漏烙引礁喊荫咸逊湍惶禹党伍石疯陵庞笑第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件其他电力电子器件 nMCTMOS控制晶闸管 nSIT静电感应晶体管 nSITH静电感应晶闸管渐揩税穗娃捅石切葵驾值为汲蚕泰焦砷葬装香蠢卢毕茫儿乐贡倡患舷吵草第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件本章小结

17、 1、根据开关器件是否可控分类（1）不可控器件：二极管VD （2）半控器件：普通晶闸管SCR （3）全控器件：GTO、GTR、功率MOSFET、IGBT等。 2、根据门极(栅极)驱动信号的不同（1）电流控制器件：驱动功率大，驱动电路复杂，工作频率低。该类器件有SCR、GTO、GTR。（2）电压控制器件：驱动功率小，驱动电路简单可靠，工作频率高。该类器件有P-MOSEET、IGBT。露拄黍拜蹋坷悔臆票恐镍墒噶煞曙钾个掉抨宋烃汕步曾骇乍植揭且式硅尊第二章全控型电力电子器件第二章全控型电力电子器件

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