【正文】 b I b1 I b2 I cs i c 0 0 90% I b1 10% I b1 90% I cs 10% I cs t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t t t off t s t f t on t r t d 圖 218 GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形 主要是由發(fā)射結(jié)勢壘電容和集電結(jié)勢壘電容充電產(chǎn)生的。 √增大基極驅(qū)動電流 ib的幅值并 增大 dib/dt，可以縮短 延遲時間 ， 同時也可以縮短 上升時間 ，從而 加快開通過程。 (29) (210) 電力晶體管 ■ GTR的基本特性 ◆ 靜態(tài)特性 ? 在 共發(fā)射極 接法時的典 型輸出特性分為 截止區(qū) 、 放 大區(qū) 和 飽和區(qū) 三個區(qū)域。 ? GTR是由 三層半導(dǎo)體 （分別引出集電極、基極和發(fā)射極）形成 的兩個 PN結(jié)（集電結(jié)和發(fā)射結(jié)）構(gòu)成，多采用 NPN結(jié)構(gòu)。當(dāng)需要承受反向電 壓時，應(yīng)和 電力二極管 串聯(lián)使用。 ? 延遲時間一般約 1~2?s，上升時間則隨 通態(tài)陽極電流值 的增大而 增大。 ◆ 最大可關(guān)斷陽極電流 IATO ? 用來標(biāo)稱 GTO額定電流 。 ◆ 關(guān)斷過程 ? 儲存時間 ts 下降時間 tf 尾部時間 tt ? 通常 tf比 ts小得多，而 tt比 ts要長。 門極可關(guān)斷晶閘管 ? GTO的導(dǎo)通過程與普通晶閘管是一樣的， 只不過導(dǎo)通時 飽和程度 較淺。 ?1+?2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件，大于 1導(dǎo)通，小于 1則關(guān)斷。 電力 MOSFET IGBT單管及模塊 門極可關(guān)斷晶閘管 ■ 晶閘管的一種派生器件，但 可以通過在門極施加負(fù)的脈沖 電流使其關(guān)斷，因而屬于 全控 型器件 。 圖 213 光控晶閘管的電氣圖形符 號和伏安特性 a) 電氣圖形符號 b) 伏安特性 典型全控型器件 門極可關(guān)斷晶閘管 電力晶體管 電力場效應(yīng)晶體管 絕緣柵雙極晶體管 典型全控型器件 圖 211 雙向晶閘管的電氣圖形 符號和伏安特性 a) 電氣圖形符號 b) 伏安特性 晶閘管的派生器件 a) K G A b) U O I I G = 0 ■ 逆導(dǎo)晶閘管（ Reverse Conducting Thyristor——RCT） ◆ 是將 晶閘管反并聯(lián)一個二極管 制作在同一管芯上的功率集成器件，不具有承受 反向電壓 的能力，一旦承受反向電壓即開通。 ◆ 由于工作頻率較高，選擇快速晶閘管和高頻晶閘管的 通態(tài)平均電流時不能忽略其 開關(guān)損耗 的發(fā)熱效應(yīng)。 晶閘管的派生器件 ■ 快速晶閘管（ Fast Switching Thyristor—— FST） ◆ 有 快速晶閘管 和 高頻晶閘管 。 晶閘管的主要參數(shù) ■ 動態(tài)參數(shù) ◆ 開通時間 tgt和關(guān)斷時間 tq ◆ 斷態(tài)電壓臨界上升率 du/dt ? 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 。 晶閘管的主要參數(shù) ◆ 維持電流 IH ? 維持電流是指使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的 最小 電流， 一般為幾十到幾百毫安。 選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓 2~3倍 。 ? 規(guī)定反向重復(fù)峰值電壓 URRM為反向不重復(fù)峰值電壓（即反向 最大瞬態(tài)電壓） URSM的 90%。 圖 210 晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形 100% 反向恢復(fù)電流最大值 尖峰電壓 90% 10% u AK t t O 0 t d t r t rr t gr U RRM I RM i A 晶閘管的主要參數(shù) ■ 電壓定額 ◆ 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓 UDRM ? 是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許 重復(fù) 加在器件上的 正向 峰值電壓 （見圖 29）。提高 陽極 電壓 ,延遲時間和上升時間都 可顯著縮短。 √晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)時，只有極小的 反向漏電流 通過。 √如果正向電壓超過臨界極限即 正向轉(zhuǎn)折電壓 Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通 。 ? 當(dāng)晶閘管承受 正向電壓 時，僅在 門極 有 觸發(fā)電流 的情況下晶閘管才能開通 。 ◆ 由于外電路負(fù)載的限制， IA實(shí)際上會維持 有限值 。 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 ◆ 晶體管的特性是：在低發(fā)射極電流下 ? 是很小的，而當(dāng) 發(fā)射極電流建立起來之后， ? 迅速增大。 晶閘管及模塊 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 ■ 晶閘管的結(jié)構(gòu) ◆ 從外形上來看，晶閘管也主要有 螺栓型和 平板型 兩種封裝結(jié)構(gòu) 。 半控型器件 —— 晶閘管 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 晶閘管的基本特性 晶閘管的主要參數(shù) 晶閘管的派生器件 半控器件 — 晶閘管 ? 從性能上可分為 快速恢復(fù) 和 超快速恢復(fù) 兩個等 級。 ? 其 反向恢復(fù)時間 較長，一般在 5?s以上 。 ◆ TJM通常在 125～ 175?C范圍之內(nèi)。 ■ 反向重復(fù)峰值電壓 URRM ◆ 指對電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓。 電流上升率 越大， UFP越高。 ? 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沖。 與 IF對應(yīng)的電力二極管兩端的 電壓即為其 正向電壓降 UF。 ? 擴(kuò)散電容僅在正向偏置時起作用。 ? 反向擊穿發(fā)生時，采取了措施將反向電流限制在一定范圍內(nèi)， PN結(jié)仍可恢復(fù)原來的狀態(tài)。 圖 22 電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 a) 外形 b) 基本結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號 PN結(jié)與電力二極管的工作原理 ■ 二極管的基本原理 —— PN結(jié)的 單向?qū)щ娦? ◆ 當(dāng) PN結(jié)外加正向電壓（正向偏置）時，在外電路上則形成自 P區(qū)流入而從 N區(qū)流出的電流，稱為 正向電流 IF，這就是 PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)。 引言 ■ 電力二極管（ Power Diode） 自 20世紀(jì) 50年代初期就獲得 應(yīng)用，但其結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠，直到現(xiàn)在電力二 極管仍然大量應(yīng)用于許多電氣設(shè)備當(dāng)中。 ◆ 掌握電力電子器件的 型號命名法 ，以及其 參數(shù) 和 特性曲線 的使用方法。 ◆ 雙極型器件 ? 由 電子 和 空穴 兩種載流子參與導(dǎo)電。 ◆ 電壓驅(qū)動型 ? 僅通過在控制端和公共端之間施加一定的 電壓 信號就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。 ◆ 全控型器件 ? 目前最常用的是 IGBT和 Power MOSFET。 ? 當(dāng)器件的開關(guān)頻率較高時， 開關(guān)損耗 會隨之增 大而可能成為器件功率損耗的主要因素。 ◆ 為了減小本身的損耗，提高效率，一般都工作在 開關(guān)狀態(tài) 。 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) 電力電子器件的概念和特征 ■ 電力電子器件的概念 ◆ 電力電子器件（ Power Electronic Device） 是指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 。 ◆ 分別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。 電力電子器件的概念和特征 ■ 電力電子器件的特征 ◆ 所能處理 電功率 的大小，也就是其承受電壓和電流的能力，是其最重要的參數(shù)，一般都遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。 電力電子器件的概念和特征 ? 通態(tài)損耗 是電力電子器件功率損耗的主要成因。 ? 器件的關(guān)斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。 電力電子器件的分類 ■ 按照驅(qū)動信號的性質(zhì) ◆ 電流驅(qū)動型 ? 通過從控制端注入或者抽出 電流 來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。 電力電子器件的分類 ■ 按照載流子參與導(dǎo)電的情況 ◆ 單極型器件 ? 由一種 載流子 參與導(dǎo)電。 ■ 學(xué)習(xí)要點(diǎn) ◆ 最重要的是掌握其 基本特性 。 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 從外形上看，可以有 螺栓型 、 平板型 等多 種封裝。 ? 按照機(jī)理不同有 雪崩擊穿 和 齊納擊穿 兩種形式 。在正向偏置時，當(dāng)正向電壓較低時，勢壘電容為主。 電力二極管的基本特性 ■ 靜態(tài)特性 ◆ 主要是指其 伏安特性 ◆ 正向電壓大到一定值（ 門檻 電壓 UTO ），正向電流才開始 明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。 ◆ 由正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置 ? 電力二極管并不能立即關(guān)斷，而是須經(jīng)過一段短暫的時間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。 ? 正向恢復(fù)時間 tfr ? 出現(xiàn)電壓過沖的原因 :電 導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) 起作用所需的大量 少子需要一定的時間來儲存， 在達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通之前管壓降較 大；正向電流的上升會因器件 自身的 電感 而產(chǎn)生較大壓降。 ■ 正向壓降 UF ◆ 指電力二極管在指定溫度下，流過某一指定的 穩(wěn)態(tài)正向電流 時對應(yīng)的正向壓降。 ◆ 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 。 ◆ 普通二極管（ General Purpose Diode） ? 又稱 整流二極管（ Rectifier Diode） ，多用于開關(guān)頻率不高（ 1kHz以下）的整流電路中。 ? 快恢復(fù)外延二極管 （ Fast Recovery Epitaxial Diodes—— FRED） ，采用 外延型 PiN結(jié)構(gòu) ，其 反向恢復(fù)時間更短（可低于 50ns），正向壓降也很 低（ ）。 ? 弱點(diǎn)在于：當(dāng)所能承受的反向耐壓提高時其 正向壓降 也會高得不能滿足要求，因此多用于 200V以下的低壓場 合； 反向漏電流 較大且對 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。 ■ 由于其能承受的 電壓和電流容量 仍然是目前電力電子器件中最高 的，而且工作可靠，因此在 大容量 的應(yīng)用場合仍然具有比較重要的地 位。 圖 27 晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 圖 28 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 a) 雙晶體管模型 b) 工作原理 ■ 晶閘管的工作原理 ◆ 按照晶體管工作原理，可列出如下方程： 11