【正文】 +N+P+發(fā)射極 柵極集電極注入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J 3 J2J1GEC+++IDRNICVJ1IDRonb )GCc )160 其他新型電力電子器件 MOS控制晶閘管 MCT 靜電感應(yīng)晶體管 SIT 靜電感應(yīng)晶閘管 SITH 集成門極換流晶閘管 IGCT 功率模塊與功率集成電路 161 MOS控制晶閘管 (MCT) MCT結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)： 承受極高 di/dt和 du/dt， 快速的開(kāi)關(guān)過(guò)程 ， 開(kāi)關(guān)損耗小 。 其關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有大的突破 ， 電壓和電流容量都遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期的數(shù)值 ， 未能投入實(shí)際應(yīng)用 。 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 。 此外 ，電流關(guān)斷增益較小 ， 因而其應(yīng)用范圍還有待拓展 。 IGCT（ Integrated GateCommutated Thyristor） ——GCT（ GateCommutated Thyristor） 165 功率模塊與功率集成電路 20世紀(jì) 80年代中后期開(kāi)始 ， 模塊化趨勢(shì) ， 將多個(gè)器件封裝在一個(gè)模塊中 ， 稱為 功率模塊 。 基本概念 166 功率模塊與功率集成電路 高壓集成電路 （ High Voltage IC—— HVIC） 一般指橫向高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成 。 以前功率集成電路的開(kāi)發(fā)和研究主要在中小功率應(yīng)用場(chǎng)合 。 開(kāi)通緩沖電路 （ di/dt抑制電路 ） ——抑制器件開(kāi)通時(shí)的電流過(guò)沖和 di/dt， 減小器件的開(kāi)通損耗 。 緩沖電路 (Snubber Circuit) ： 又稱 吸收電路 ，抑制器件的內(nèi)因過(guò)電壓、 du/dt、過(guò)電流和 di/dt，減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。 靜態(tài)不均壓 ：串聯(lián)的器件流過(guò)的漏電流相同 ， 但因靜態(tài)伏安特性的分散性 ， 各器件分壓不等 。 采用電阻均壓 ， Rp的阻值應(yīng)比器件阻斷時(shí)的正 、 反向電阻小得多 。 187 晶閘管的并聯(lián) 問(wèn)題 ：會(huì)分別因靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的差異而電流分配不均勻 。 當(dāng)需要同時(shí)串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時(shí) ， 通常采用先串后并的方法聯(lián)接 。 可在源極電路中串入小電感 ,起到均流電抗器的作用 。 電力 MOSFET并聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn) 189 電力電子器件分類“樹(shù)” 本章小結(jié) 主要內(nèi)容 全面介紹各種主要電力電子器件的基本結(jié)構(gòu) 、工作原理 、 基本特性和主要參數(shù)等 。 電壓驅(qū)動(dòng)型 ：?jiǎn)螛O型器件和復(fù)合型器件 ， 雙極型器件中的 SITH 。 電力電子器件類型歸納 單極型 ：電力 MOSFET和SIT 雙極型 ：電力二極管、晶閘管、 GTO、 GTR和 SITH 復(fù)合型 ： IGBT和 MCT 190 特點(diǎn) ：輸入阻抗高 ， 所需驅(qū)動(dòng)功率小 ， 驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單 ， 工作頻率高 。 在以上的區(qū)段則具有 正 溫度系數(shù) 。 注意選用 Ron、 UT、 Gfs和 Ciss盡量相近的器件并聯(lián) 。 采用均流電抗器 。 用 RC并聯(lián)支路作動(dòng)態(tài)均壓 。 目的 ：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時(shí) ， 可以串聯(lián) 。 di/dt抑制電路和 充放電型 RCD緩沖電路及波形 其中 RC緩沖電路主要用于小容量器件 ， 而放電阻止型 RCD緩沖電路用于中或大容量器件 。 按能量的去向分類法： 耗能式緩沖電路 和 饋能式緩沖電路（ 無(wú)損吸收電路 ） 。 功率集成電路實(shí)現(xiàn)了電能和信息的集成 ， 成為機(jī)電一體化的理想接口 。 智能功率模塊 （ Intelligent Power Module—— IPM）則專指 IGBT及其輔助器件與其保護(hù)和驅(qū)動(dòng)電路的單片集成 ， 也稱智能 IGBT（ Intelligent IGBT） 。 對(duì)工作頻率高的電路 ， 可大大減小線路電感 ， 從而簡(jiǎn)化對(duì)保護(hù)和緩沖電路的要求 。 可省去 GTO復(fù)雜的緩沖電路 ， 但 驅(qū)動(dòng)功率仍很大 。 其很多 特性與 GTO類似 ， 但開(kāi)關(guān)速度比 GTO高得多 ， 是大容量的快速器件 。 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 。 一個(gè) MCT器件由數(shù)以萬(wàn)計(jì)的 MCT元組成 。 159 絕緣柵雙極晶體管 擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng) ： 動(dòng)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。 相同電壓和電流定額時(shí) ， 安全工作區(qū)比 GTR大 ， 且 具有耐脈沖電流沖擊能力 。 156 絕緣柵雙極晶體管 t t t 10% 90% 10% 90% U CE I C 0 O 0 U GE U GEM I CM U CEM t fv1 t fv2 t off t on t fi1 t fi2 t d(off) t f t d(on) t r U CE(on) U GEM U GEM I CM I CM IGBT的開(kāi)關(guān)過(guò)程 (2) IGBT的動(dòng)態(tài)特性 157 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 。 導(dǎo)通： uGE大于開(kāi)啟電壓 UGE(th)時(shí) ， MOSFET內(nèi)形成溝道 ，為晶體管提供基極電流 ， IGBT導(dǎo)通 。 150 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (1) 靜態(tài)特性 0 10 20 30 50 40 2 4 6 8 a) I D / A U T U GS / V 10 20 30 50 40 0 b) 10 20 30 50 40 飽和區(qū) 非 飽 和 區(qū) 截止區(qū) U DS / V U GS = U T =3V U GS =4V U GS =5V U GS =6V U GS =7V U GS =8V I D / A 電力 MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性 2）電力 MOSFET的基本特性 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。 常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變 。 147 電力晶體管 一次擊穿 ： 集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí) ， Ic迅速增大 。 BUcbo BUcex BUces BUcer Buceo 146 電力晶體管 通常規(guī)定為 hFE下降到規(guī)定值的 1/2~1/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的 Ic 。 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)。延遲時(shí)間一般約1~2?s，上升時(shí)間則隨通態(tài)陽(yáng)極電流的增大而增大。引言 常用的 典型全控型器件 電力 MOSFET IGBT單管及模塊 136 門極可關(guān)斷晶閘管 (GTO) 結(jié)構(gòu) ： c)圖1 1 3AG K G GKN1P1N2N2 P2b)a)AGKGTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) 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 1） GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理 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(yáng)極、陰極和門極。 普通晶閘管關(guān)斷時(shí)間數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)十微秒，高頻晶閘管 10?s左右 。 3） 動(dòng)態(tài)參數(shù) 除開(kāi)通時(shí)間 tgt和關(guān)斷時(shí)間 tq外，還有： 斷態(tài)電壓臨界上升率 du/dt — 指在額定結(jié)溫和門極開(kāi)路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率。 對(duì)同一晶閘管來(lái)說(shuō) ， 通常 IL約為 IH的2~4倍 。標(biāo)稱其額定電流的參數(shù)。 選用時(shí) ， 一般取額定