【正文】 想辦法使α1+α2＜ 1，則器件就可能關(guān)斷。 （ 3） 多元集成結(jié)構(gòu)使 GTO元陰極面積很小，門(mén)、陰極間距大為縮短，使得 P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門(mén)極抽出較大電流。 b. 正負(fù)觸發(fā)脈沖其前沿要陡，后沿要平緩，中小功率電路上升沿小于 ，大功率電路小于 1μs ； c. 門(mén)極電路電阻要小，以減小脈沖源內(nèi)阻。 ?等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū) ， 陽(yáng)極電流逐漸減小 —— 下降時(shí)間 tf 。 ?門(mén)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 。 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。 βoff=IATO/IGM ?off可描述負(fù)門(mén)極電流關(guān)斷大的陽(yáng)極電流的能力，一般很小，只有 3~5左右。它具有自關(guān)斷能力，并有開(kāi)關(guān)時(shí)間短、飽和壓降低、安全工作區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)。 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) 電力晶體管 GTR（巨型晶體管） 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) 1. GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理 GTR內(nèi)部結(jié)構(gòu)與元件符號(hào) 內(nèi)部載流子的流動(dòng) ?GTR是一種雙極型半導(dǎo)體器件，即其內(nèi)部電流由電子和空穴兩種載流子形成。 ?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)。 bcii??太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) 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) 。◢ ◤當(dāng)基極電流 IB（ IC /β）時(shí)，晶體管就充分飽和了。 ?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 。 ? 減小導(dǎo)通時(shí)的飽和深度以減小儲(chǔ)存的載流子 ， 或者增大基極抽取負(fù)電流 Ib2的幅值和負(fù)偏壓 ， 可縮短儲(chǔ)存時(shí)間 ，從而加快關(guān)斷速度 。 BUcbo BUcex BUces BUcer Buceo ?實(shí)際使用時(shí) ， 為確保安全 ， 最高工作電壓要比 BUceo低得多 。 ? 只要 Ic不超過(guò)限度 ， GTR一般不會(huì)損壞 ， 工作特性也不變 。意味著 BJT工作點(diǎn)進(jìn)入一次擊穿區(qū)時(shí)，并不立即產(chǎn)生二次擊穿，而要有一個(gè)觸發(fā)時(shí)間。 ?開(kāi)關(guān)速度快 ， 工作頻率高 。 ?無(wú)二次擊穿 、 安全工作區(qū)寬 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) 1. 電力 MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理 ? 電力 MOSFET的種類 ? 按導(dǎo)電溝道可分為 P溝道和 N溝道 ? 耗盡型 —— 當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道 ? 增強(qiáng)型 —— 對(duì)于 N（ P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道 ? 電力 MOSFET主要是 N溝道增強(qiáng)型 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) ?電力 MOSFET的結(jié)構(gòu) N+GSDP 溝道b)N+NSGDP PN+N+N+溝道a)GSDN 溝道圖1 1 9電力 MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) ?導(dǎo)通時(shí)只有一種極性的載流子（多子）參與導(dǎo)電，是單極型晶體管。 P基區(qū)與 N漂移區(qū)之間形成的 PN結(jié) J1反偏，漏源極之間無(wú)電流流過(guò)。 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) 2. 電力 MOSFET的基本特性 1) 靜態(tài)特性 01020305040圖1 2 02 4 6 8a)10203050400b)10 20 30 5040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)ID/AUTUGS/ VUDS/ VUGS= UT= 3 VUGS= 4 VUGS= 5 VUGS= 6 VUGS= 7 VUGS= 8 VID/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 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) ?轉(zhuǎn)移特性：一定漏源電壓 UDS下，漏極電流ID與柵極電壓 UGS的關(guān)系。 ?在 ID較大時(shí)， ID和 UGS近似為線性關(guān)系，亦即跨導(dǎo)gFS為常數(shù)。 ?非飽和區(qū) （ 對(duì)應(yīng)于 GTR的飽和區(qū) ） UGS電壓變化時(shí) ，電流 ID幾乎不變 。 ?上升時(shí)間 tr—— uGS從 uT上升到 MOSFET進(jìn)入非飽和區(qū)的柵壓 UGSP的時(shí)間段 。 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) ?關(guān)斷過(guò)程 ? 關(guān)斷延遲時(shí)間 td(off) —— up下降到零起 ， Cin通過(guò) Rs和 RG放電 ， UGS按指數(shù)曲線下降到 UGSP時(shí) ， iD開(kāi)始減小止的時(shí)間段 。 ? 使用者無(wú)法降低 Cin， 但可降低驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)阻 Rs減小時(shí)間常數(shù) ， 加快開(kāi)關(guān)速度 。 但在開(kāi)關(guān)過(guò)程中需對(duì)輸入電容充放電 ， 仍需一定的驅(qū)動(dòng)功率 。不同導(dǎo)通時(shí)間的最大功率允許值不同，導(dǎo)通時(shí)間越短，允許值越大。 ? 漏源間的耐壓、漏極最大允許電流和最大耗散功率決定了電力 MOSFET的安全工作區(qū)。 ?防止偶然性震蕩損壞： MOSFET在與測(cè)試儀器等的輸入電容、電阻不匹配時(shí)，可能出現(xiàn)偶然性震蕩，使器件損壞。 400W以下的變頻器基本都采用 IGBT。 但是 J1結(jié)也限制了 IGBT的開(kāi)關(guān)頻率 。 ? 導(dǎo)通： uGE大于開(kāi)啟電壓 UT時(shí) ， MOSFET內(nèi)形成溝道 ， 為晶體管提供基極電流 ， IGBT導(dǎo)通 。 ?開(kāi)啟電壓 UT—— IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓。 分別與 GTR的截止區(qū) 、 放大區(qū)和飽和區(qū)相對(duì)應(yīng) 。 ?電流上升時(shí)間 tr —— iC從 10%ICM上升至 90%ICM所需時(shí)間 。 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) ? IGBT的關(guān)斷過(guò)程 ?關(guān)斷延遲時(shí)間 td(off) —— 從 uGE后沿下降到其幅值90%的時(shí)刻起 ， 到 iC下降至 90%ICM 。 tfi1——IGBT內(nèi)部的 MOSFET的關(guān)斷過(guò)程 ， iC下降較快；tfi2—— IGBT內(nèi)部的 PNP晶體管的關(guān)斷過(guò)程 ， iC下降較慢 。 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) ? IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)可以總結(jié)如下： (1) 開(kāi)關(guān)速度高 ， 開(kāi)關(guān)損耗小 。 (4) 輸入阻抗高 ， 輸入特性與 MOSFET類似 。而且在 NPN的基區(qū)與射極之間存在著一個(gè) RS電阻。 ?故 IGBT的集電極電流有一個(gè)臨界值 ICM， ic不能大于此值。 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) IGBT的反偏安全工作區(qū) ?反向偏置安全工作區(qū)（ RBSOA） —— 最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率 duCE/dt確定。 ? 晶閘管的高電壓大電流 、 低導(dǎo)通壓降 。 ?MCT曾一度被認(rèn)為是一種最有發(fā)展前途的電力電子器件。 ?屬于多子導(dǎo)電的器件 ， 工作頻率與電力 MOSFET相當(dāng) ，甚至更高 ， 功率容量更大 ， 因而適用于高頻大功率場(chǎng)合 。 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) 靜電感應(yīng)晶閘管 SITH ? SITH（ Static Induction Thyristor） —— 1972年 ， 又被稱為場(chǎng)控晶閘管 （ Field Controlled Thyristor—— FCT） 。 ? SITH一般也是正常導(dǎo)通型 ， 但也有正常關(guān)斷型 。 ?多應(yīng)用于高壓直流輸電 、 大電流開(kāi)關(guān)設(shè)備 、 電動(dòng)機(jī)控制 、 開(kāi)關(guān)電源 、 感應(yīng)加熱 、 焊接等領(lǐng)域 。 太原工業(yè)學(xué)院自動(dòng)化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) ?特點(diǎn)： ； ； ； ； （ 小于 3us） ； 6. 承受能力極高 ， 不需要緩沖電路對(duì)其進(jìn)行限制 。 ?可縮小裝置體積 ， 降低成本 ， 提高可靠性 。 ? 高壓集成電路 （ High Voltage IC—— HVIC） 一般指橫向 （ 器件串聯(lián) ） 高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成 。 ? 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） 。 ?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 。 行間距 22