電力電子技術(shù)講稿(最新整理）(文件)
【正文】 工作原理： 與普通晶閘管一樣，可以用圖 17 所示的雙晶體管模型來(lái)分析。 導(dǎo)通時(shí) ?1+?2 更接近 1，導(dǎo)通時(shí)接近臨界飽和，有利門極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時(shí)管壓降增大。 多元集成結(jié)構(gòu)還使 GTO 比普通晶閘管開通過(guò)程快，承受 di/dt 能力強(qiáng) 。 門極負(fù)脈沖電流幅值越大， ts 越短。 （ 2） 關(guān)斷時(shí)間 toff —— 一般指儲(chǔ)存時(shí)間和下降時(shí)間之和，不包括尾部時(shí)間。 （ 4） 電流關(guān)斷增益 ?off ——最大可關(guān)斷陽(yáng)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。 O t 0 t i G i A I A 90% I A 10% I A t t t f t s t d t r t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 電力電子技術(shù)講稿 24 耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（ Bipolar Junction Transistor—— BJT），英文有時(shí)候也稱為 Power BJT。 通常采用至少由兩個(gè)晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)。 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 （ 110） 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。 bcii??電力電子技術(shù)講稿 25 圖 116 共發(fā)射極接法時(shí) GTR 的輸出特性 (2) 動(dòng)態(tài)特性 開通過(guò)程 延遲時(shí)間 td和上升時(shí)間 tr，二者之和為 開通時(shí)間 ton。 GTR 的開關(guān)時(shí)間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和 GTO 都短很多 。 關(guān)斷過(guò)程 儲(chǔ)存時(shí)間 ts 和下降時(shí)間 tf，二者之和為 關(guān)斷時(shí)間 toff 。 在電力電子 電路中 GTR 工作在開關(guān)狀態(tài)。 在應(yīng)用中， GTR 一般采用共發(fā)射極接法。 1） GTR 的結(jié)構(gòu)和工作原理 圖 115 GTR 的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號(hào)和內(nèi)部載流子的流動(dòng) a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 電氣圖形符號(hào) c) 內(nèi)部載流子的流動(dòng) 與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的。 1000A的 GTO 關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖電流峰值要 200A 。 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(shí)，應(yīng)和電力二極管串聯(lián) 。 （ 1）開通時(shí)間 ton —— 延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和。 c)圖1 1 3AG K G GKN1P1N2N2 P2b)a)AGKRNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a) b)電力電子技術(shù)講稿 23 下降時(shí)間 tf 尾部時(shí)間 tt —?dú)埓孑d流子復(fù)合。 由上述分析我們可以得到以下 結(jié)論 GTO 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。 ?1+?2=1 是器件臨界導(dǎo)通的條件。 GTO 的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，因而在兆瓦級(jí)以上的大功率場(chǎng)合仍有較多的應(yīng)用。 a) b) I O U I G = 0 G T 1 T 2 a) K G A b) U O I I G = 0 電力電子技術(shù)講稿 21 圖 112 光控晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性 a) 電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性 典型全控型器件 門極可關(guān)斷晶閘管 ——在晶閘管問(wèn)世后不久出現(xiàn)。 具有正向壓降小、關(guān)斷時(shí)間短、高溫特性好、額定結(jié)溫高等優(yōu)點(diǎn)。 有兩個(gè)主電極 T1和 T2，一個(gè)門極 G。 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。 通態(tài)電流臨界上升率 di/dt —— 指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無(wú)有害影響的最大通態(tài)電流上升率。 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)。 通態(tài)（峰值）電壓 UT —— 晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。 反向阻斷狀態(tài)時(shí)，只有極小的反相漏電流流過(guò)。 正向電壓超過(guò)正向轉(zhuǎn) 折電壓 Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通。 承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。 開通狀態(tài)： 注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致 ?1+?2趨近于 1 的話，流過(guò)晶閘管的電流 IA，將趨近于無(wú)窮大，實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通。 常用晶閘管的結(jié)構(gòu) 電力電子技術(shù)講稿 16 按 晶體管的工作原理 ，得： 111 C B OAc III ?? ? （ 11） 222 C B OKc III ?? ? （ 12） GAK III ?? （ 13） 21 ccA III ?? （ 14） 式中 ?1和 ?2分別是晶體管 V1 和 V2 的共基極電流增益； ICBO1 和 ICBO2分別是 V1 和 V2的共基極漏電流。 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 圖 16 晶閘管的外形、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) 外形有螺栓型和平板型兩種封裝 。 1958 年商業(yè)化。 反向耐壓較低時(shí)其正向壓降明顯低于快恢復(fù)二極管。 肖特基二極管的 弱點(diǎn) 反向耐壓提高時(shí)正向壓降會(huì)提高，多用于 200V以下。 1) 普通二極管 （ General Purpose Diode） U FP u i i F u F t fr t 0 2V 電力電子技術(shù)講稿 14 又稱整流二極管（ Rectifier Diode） 多用于開關(guān)頻率不高（ 1kHz 以下）的整流電路 其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng) 正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到很高 DATASHEET 2) 快恢復(fù)二極管 （ Fast Recovery Diode—— FRD） 簡(jiǎn)稱快速二極管 快恢復(fù)外延二極管 （ Fast Recovery Epitaxial Diodes—— FRED），其 trr 更短（可低于 50ns）， UF 也很低（ 左右），但其反向耐壓多在 1200V以下。 TJM是指在 PN結(jié)不致?lián)p壞的前
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