【正文】 — 從 uGE后沿下降到其幅 值 90%的時(shí)刻起 ， 到 iC下降至 90%ICM ? 電流下降時(shí)間 —— iC從 90%ICM下降至 10%ICM ? 關(guān)斷時(shí)間 toff—— 關(guān)斷延遲時(shí)間與電流下降之和 ?電流下降時(shí)間又可分為 tfi1和 tfi2兩段 。 開關(guān)頻率越高 ， 所需要的驅(qū)動(dòng)功率越大 。 一般可認(rèn)為 ??hFE ? 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 ■ 電力晶體管 ?2. GTR的基本特性 ? (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工作在開關(guān)狀態(tài) ， 即工作在截止區(qū)或飽和區(qū) ?在開關(guān)過程中 ， 即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時(shí) ，要經(jīng)過放大區(qū) 圖 116 共發(fā)射極接法時(shí) GTR的輸出特性 截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)圖1 1 6OI ci b3ib2i b1i b1 i b2 i b3U ce ■ 電力晶體管 ?(1) 動(dòng)態(tài)特性 圖 117 GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形 ? 開通過程 ?延遲時(shí)間 td和上升時(shí)間 tr， 二者之和為開通時(shí)間 ton ?td主要是由發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容和集電結(jié)勢(shì)壘電容充電產(chǎn)生的 。 當(dāng) ?1+?21時(shí) ，兩個(gè)等效晶體管過飽和而使器件導(dǎo)通；當(dāng)?1+?21時(shí) ， 不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷 RN P NP N PAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a) b)圖 17 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 ■ 門極可關(guān)斷晶閘管 ? GTO能夠通過門極關(guān)斷的原因 是其與普通晶閘管有如下區(qū)別： ?（ 1） 設(shè)計(jì) ?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（ ?， 普通晶閘管?1+?2?） 導(dǎo)通時(shí)飽和不深 ， 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 ?（ 3） 多元集成結(jié)構(gòu)使 GTO元陰極面積很小 ， 門 、陰極間距大為縮短 ， 使得 P2基區(qū)橫向電阻很小 ，能從門極抽出較大電流 ■ 門極可關(guān)斷晶閘管 ? 導(dǎo)通過程 與普通晶閘管一樣 ， 只是導(dǎo)通時(shí)飽和程 度較淺 ? 關(guān)斷過程： 強(qiáng)烈正反饋 —— 門極加負(fù)脈沖即從門 極抽出電流 ， 則 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+?21時(shí) ， 器件退出飽和而關(guān)斷 ?多元集成結(jié)構(gòu)還使 GTO比普通晶閘管開通過程快 ， 承受 di/dt能力強(qiáng) ■ 門極可關(guān)斷晶閘管 ?2. GTO的動(dòng)態(tài)特性 ?開通過程： 與普通晶閘管類似 ， 需經(jīng)過延遲時(shí)間td和上升時(shí)間 tr Ot0 t圖1 1 4iGiAIA90% IA10% IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6 圖 114 GTO的開通和關(guān)斷過程電流波形 ■ 門極可關(guān)斷晶閘管 ?關(guān)斷過程： 與普通晶閘管有所不同 ?抽取飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的大量載流子 —— 儲(chǔ)存時(shí)間 ts， 使等效晶體管退出飽和 ?等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū) ， 陽極電流逐漸減小 —— 下降時(shí)間 tf ?殘存載流子復(fù)合 —— 尾部時(shí)間 tt ?通常 tf比 ts小得多 ， 而 tt比 ts要長(zhǎng) ?門極負(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 ， ts越短 ?門極負(fù)脈沖的后沿緩慢衰減 ， 在 tt階段仍保持適當(dāng)負(fù)電壓 ， 則可縮短尾部時(shí)間 ■ 門極可關(guān)斷晶閘管 ? 3. GTO的主要參數(shù) (顯示圖 ） 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) ?1)開通時(shí)間 ton 延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和 。 ?使用時(shí)應(yīng)按實(shí)際電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原則來選取晶閘管 ?應(yīng)留一定的裕量 ， 一般取 ~2倍 ■ 晶閘管的主要參數(shù) ? 2) 維持電流 IH —— 使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流 ?一般為幾十到幾百毫安 ， 與結(jié)溫有關(guān) ， 結(jié)溫越高 ，則 IH越小 ? 3) 擎住電流 IL —— 晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信 號(hào)后 ， 能維持導(dǎo)通所需的最小電流 ? 對(duì)同一晶閘管來說 ， 通常 IL約為 IH的 2~4倍 ? 4) 浪涌電流 ITSM —— 指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過 額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流 ■ 晶閘管的主要參數(shù) ?3. 動(dòng)態(tài)參數(shù) 除開通時(shí)間 tgt和關(guān)斷時(shí)間 tq外 ， 還有： (1) 斷態(tài)電壓臨界上升率 du/dt 指在額定結(jié)溫和門極開路的情況下 ， 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 ?在阻斷的晶閘管兩端施加的電壓具有正向的上升率時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)電容的 J2結(jié)會(huì)有充電電流流過，被稱為 位移電流 。 ?2) 反向重復(fù)峰值電壓 URRM—— 在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí) ， 允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓 。 （ 伏安特性圖 ） ■ 晶閘管的基本特性 ? 晶閘管上施加反向電壓時(shí) ， 伏安特性類似二極管的反向特性 ? 晶閘管的門極觸發(fā)電流從門極流入晶閘管 ， 從陰極流出 ? 陰極是晶閘管主電路與控制電路的公共端 ? 門極觸發(fā)電流也往往是通過觸發(fā)電路在門極和陰極之間施加觸發(fā)電壓而產(chǎn)生的 ? 晶閘管的門極和陰極之間是 PN結(jié) J3， 其伏安特性稱為 門極伏安特性 。 流過晶閘管的漏電流稍大于兩個(gè)晶體管漏電流之和 ?開通 （ 門極觸發(fā) ） ： 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 ， 流過晶閘管的電流 IA（ 陽極電流 ） 將趨近于無窮大 ， 實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通 。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng) ， 后者則在100ns以下 ， 甚至達(dá)到 20~30ns。 ?電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用需一定的時(shí)間來儲(chǔ)存大量少子 ， 達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大 ?正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降 。 與正向電流 IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降 。 結(jié)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 ■ PN結(jié)與電力二極管的工作原理 ? 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 。++++ 。 。 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)既相互聯(lián)系又是一對(duì)矛盾 ， 最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 ， 正 、 負(fù)空間電荷量達(dá)到穩(wěn)定值 ， 形成了一個(gè)穩(wěn)定的由空間電荷構(gòu)成的范圍 ， 被稱為 空間電荷區(qū) ， 按所強(qiáng)調(diào)的角度不同也被稱為 耗盡層 、 阻擋層 或 勢(shì)壘區(qū) 。 ? 最重要的是掌握其基本特性 ? 掌握電力電子器件的型號(hào)命名法 ， 以及其參數(shù)和特性曲線的使用方法 ， 這是在實(shí)際中正確應(yīng)用電力電子器件的兩個(gè)基本要求 ? 由于電力電子電路的工作特點(diǎn)和具體情況的不同 ，可能會(huì)對(duì)與電力電子器件用于同一主電路的其它電路元件 ， 如變壓器 、 電感 、 電容 、 電阻等 ， 有不同于普通電路的要求 ■ 不可控器件 — 電力二極管 不可控器件 —— 電力二極管 PN結(jié)與電力二極管的工作原理 電力二極管的基本特性 電力二極管的主要參數(shù) 電力二極管的主要類型 不可控器件 —— 電力二極管 ? Power Diode結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單 ， 工作可靠 ，自 20世紀(jì) 50年代初期就獲得應(yīng)用 ? 快恢復(fù)二極管和肖特基二極管 ， 分別 在中 、高頻整流和逆變 ， 以及低壓高頻整流的場(chǎng)合 ， 具有不可替代的地位 ■ PN結(jié)與電力二極管的工作原理 ? 基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣 ? 以半導(dǎo)體 PN結(jié)為基礎(chǔ) ? 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 ， 主要有螺栓型和平板型兩種封裝 圖 12 電力二極管的外形、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) AKA Ka)IKAP NJb)c) ■ PN結(jié)與電力二極管的工作原理 ? N型半導(dǎo)體和 P型半導(dǎo)體結(jié)合后構(gòu)成 PN結(jié) 。 ■ 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成 ? 由于主電路中往往有電壓和電流的過沖 ， 而電力電子器件一般比主電路中普通的元器件要昂貴 ， 但承受過電壓和過電流的能力卻要差一些 ， 因此 ， 在主電路和控制電路中附加一些保護(hù)電路 ， 以保證電力電子器件和整個(gè)電力電子系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)行 ， 也往往是非常必要的 。 (4)為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致器件溫 度過高而損壞 ， 不僅在器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì) ，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器 。 ■ 電力電子器件的概念和特征 ?同處理信息的電子器件相比 ， 電力電子器件的一般特征： (1) 能處理電功率的大小 ， 即承受電壓和電流 的能力 ， 是最重要的參數(shù) ?其處理電功率的能力小至毫瓦級(jí) ， 大至兆瓦級(jí) , 大多都遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件 。《 ESP training》 電子教案 第 1章 電力電子器件 第 1章 電力電子器件 引言 電力電子器件概述 不可控器件 —— 電力二極管 半控型器件 —— 晶閘管 典型全控型器件 其他新型電力電子器件 電力電子器件的驅(qū)動(dòng) 電力電子器件的保護(hù) 電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用 小結(jié) 引 言 ? 電子技術(shù)的基礎(chǔ) —— 電子器件：晶體管和 集成電路 ? 電力電子電路的基礎(chǔ) —— 電力電子器件 ? 本章主要內(nèi)容： ?簡(jiǎn)要概述電力電子器件的概念 、 特點(diǎn)和分類等 問題 ?介紹各種常用電力電子器件的工作原理 、 基本特 性 ,主要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意的一些問題 ■ 電力電子器件概述 電力電子器件概述 電力電子器件的概念和特征 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成 電力電子器件的分類 本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點(diǎn) 電力電子器件概述 ? 電力電子器件的概念和特征 ?主電路 （ main power circuit） —— 電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中 ， 直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路 ?電力電子器件 （ power electronic device） —— 可直接用于處理電能的主電路中 ， 實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件 ■ 電力電子器件的概念和特征 ?廣義上電力電子器件可分為電真空器件和半導(dǎo)體器件兩類 。 ?電力半導(dǎo)體器件所采用的主要材料仍然是硅 。 ?在主電路和控制電路之間 ， 需要一定的中間電路對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大 ， 這就是電力電子器件的 驅(qū)動(dòng)電路 。 ? 主電路中的電壓和電流一般都較大 ， 而控制電路的元器件只能承受較小的電壓和電流 ， 因此在主電路和控制電路連接的路徑上 ， 如驅(qū)動(dòng)電路與主電路的連接處 ， 或者驅(qū)動(dòng)電路與控制信號(hào)的連接處 ， 以及主電路與檢測(cè)電路的連接處 ， 一般需要進(jìn)行 電氣隔離 ， 而通過其它手段如光 、 磁等來傳遞信號(hào) 。 ■ 電力電子器件的分類 電力電子器件的分類 ?按照器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度 ， 分為以下三類：