【正文】 ?電流上升時間 tr —— iC從 10%ICM上升至 90%ICM所需時間 ? 開通時間 ton—— 開通延遲時間與電流上升時間之和 ?uCE的下降過程分為 tfv1和 tfv2兩段 。1000A的 GTO關(guān)斷時門極負(fù)脈沖電流峰值要 200A GMAT Oo f f II?? ■ 電力晶體管 ?術(shù)語用法： ?電力晶體管 （ Giant Transistor—— GTR， 直譯為巨型晶體管 ） ?耐高電壓 、 大電流的雙極結(jié)型晶體管 （ Bipolar Junction Transistor—— BJT） ， 英文有時候也稱為 Power BJT ?在電力電子技術(shù)的范圍內(nèi) ， GTR與 BJT這兩個名稱等效 ? 應(yīng)用 ?20世紀(jì) 80年代以來 ， 在中 、 小功率范圍內(nèi)取代晶閘管 ， 但目前又大多被 IGBT和電力 MOSFET取代 ■ 電力晶體管 ?1. GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理 (圖 15） ?與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的 ?主要特性是耐壓高 、 電流大 、 開關(guān)特性好 ?通常采用至少由兩個晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu) ?采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成 ■ 電力晶體管 圖 115 GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動 a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 電氣圖形符號 c) 內(nèi)部載流子的流動 ? 一般采用共發(fā)射極接法 ， 集電極電流 ic與基極電流 ib之比為 （ 19） ? ? —— GTR的電流放大系數(shù)，反映了基極電流對集電極電流的控制能力 圖1 1 5a)基極 bP 基區(qū)N 漂移區(qū)N + 襯底基極 b 發(fā)射極 c集電極 cP + P +N +b)bec空穴流電子流c)EbEcibic= ? ibie= ( 1 + ?? ? ibbcii?? ■ 電力晶體管 ? 當(dāng)考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流 Iceo時 ，ic和 ib的關(guān)系為 ic=? ib +Iceo （ 110） ? 產(chǎn)品說明書中通常給直流電流增益 hFE—— 在直流工作情況下集電極電流與基極電流之比 。 選用時 ， 額定電壓要留有一定 裕量 ,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 ■ 晶閘管的主要參數(shù) ?2. 電流定額 1) 通態(tài)平均電流 IT(AV) 額定電流 晶閘管在環(huán)境溫度為 40?C和規(guī)定的冷卻狀態(tài) 下 ， 穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值 。 IH稱為維持電流 。 ■ 電力二極管的主要類型 ? 電力二極管的主要類型 ?按照正向壓降 、 反向耐壓 、 反向漏電流等性能 ，特別是反向恢復(fù)特性的不同介紹 ?在應(yīng)用時 ， 應(yīng)根據(jù)不同場合的不同要求選擇不同類型的電力二極管 ?性能上的不同是由半導(dǎo)體物理結(jié)構(gòu)和工藝上的差別造成的 ■ 電力二極管的主要類型 ?1. 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 ?其反向恢復(fù)時間較長 ， 一般在 5?s以上 ， 這在開關(guān)頻率不高時并不重要 ?正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到很高 ， 分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上 ■ 電力二極管的主要類型 ?2. 快恢復(fù)二極管 （ Fast Recovery Diode—— FRD） ?恢復(fù)過程很短特別是反向恢復(fù)過程很短 （ 5?s以下 ） 的二極管 ， 也簡稱快速二極管 ?工藝上多采用了摻金措施 ?有的采用 PN結(jié)型結(jié)構(gòu) ?有的采用改進(jìn)的 PiN結(jié)構(gòu) ■ 電力二極管的主要類型 ? 采用外延型 PiN結(jié)構(gòu)的的 快恢復(fù)外延二極管 （ Fast Recovery Epitaxial Diodes—— FRED） ， 其反向恢復(fù)時間更短 （ 可低于 50ns） ， 正向壓降也很低（ ） ， 但其反向耐壓多在 400V以下 ? 從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個等級 。 ■ PN結(jié)與電力二極管的工作原理 ?造成電力二極管和信息電子電路中的普通二極管區(qū)別的一些因素： ?正向?qū)〞r要流過很大的電流 ， 其電流密度較大 ， 因而額外載流子的注入水平較高 ， 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不能忽略 ?引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響 ?承受的電流變化率 di/dt較大 ， 因而其引線和器件自身的電感效應(yīng)也會有較大影響 ?為了提高反向耐壓 ， 其摻雜濃度低也造成正向壓降較大 ■ 電力二極管的基本特性 ? 電力二極管的基本特性 圖 14 電力二極管的伏安特性 ■ IOIFUTOUFU 電力二極管的基本特性 ? 1. 靜態(tài)特性 （ 電力二極管伏安特性圖 ） ?主要指其伏安特性 當(dāng)電力二極管承受的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) 。++ 。 。 ■ 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所控制的程度 ， 分為以下三類： (1) 半控型器件 —— 通過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷 ?晶閘管 （ Thyristor） 及其大部分派生器件 ?器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定 ■ 電力電子器件的分類 (2) 全控型器件 —— 通過控制信號既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷 ， 又稱自關(guān)斷器件 ?絕緣柵雙極晶體管 （ InsulatedGate Bipolar Transistor—— IGBT） ?電力場效應(yīng)晶體管 （ Power MOSFET， 簡稱為電力 MOSFET） ?門極可關(guān)斷晶閘管 （ GateTurnOff Thyristor — GTO） ■ 電力電子器件的分類 (3) 不可控器件 —— 不能用控制信號來控制其通斷 ， 因此也就不需要驅(qū)動電路 ?電力二極管 （ Power Diode） ? 只有兩個端子 ， 器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的 按照驅(qū)動電路加在器件控制端和公共端之間信號的 性質(zhì) ， 分為兩類： ?電流驅(qū)動型 —— 通過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制 ?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現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制 ■ 電力電子器件的分類 ? 電壓驅(qū)動型器件實際上是通過加在控制端上的電壓在器件的兩個主電路端子之間產(chǎn)生可控的電場來改變流過器件的電流大小和通斷狀態(tài) ， 所以又稱為場控器件 ， 或場效應(yīng)器件 ? 按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類： ?單極型器件 —— 由一種載流子參與導(dǎo)電的器件 ?雙極型器件 —— 由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件 ?復(fù)合型器件 —— 由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件 ■ 本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點 ? 介紹各種器件的工作原理 、 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 ， 然后集中講述電力電子器件的驅(qū)動 、 保護(hù)和串 、 并聯(lián)使用這三個問題 。 ?在主電路和控制電路之間 ， 需要一定的中間電路對控制電路的信號進(jìn)行放大 ， 這就是電力電子器件的 驅(qū)動電路 ?！?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 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： ?簡要概述電力電子器件的概念 、 特點和分類等 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 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 。 (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 ，在其工作時一般都要安裝散熱器 。 ? 最重要的是掌握其基本特性 ? 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 ， 這是在實際中正確應(yīng)用電力電子器件的兩個基本要求 ? 由于電力電子電路的工作特點和具體情況的不同 ，可能會對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 a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號 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) 。 。++ 與正向電流 IF對應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降 。前者反向恢復(fù)時間為數(shù)百納秒或更長 ， 后者則在100ns以下 ， 甚至達(dá)到 20~30ns。 （ 伏安特性圖 ） ■ 晶閘管的基本特性 ? 晶閘管上施加反向電壓時 ， 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 。 ?使用時應(yīng)按實際電流與通態(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