【正文】 電壓 UCES 由內(nèi)部 PNP晶體管的擊穿電壓確定 2) 最大集電極電流 包括額定直流電流 IC和 1ms脈寬最大電流 ICP 3)最大集電極功耗 PCM 正常工作溫度下允許的最大功耗 返回 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組 IGBT的主要參數(shù) ? IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn) 1. 開關(guān)速度高 ， 開關(guān)損耗小 。 但在開關(guān)過程中需對(duì)輸入電容充放電 ， 仍需一定的驅(qū)動(dòng)功率 。合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組 電 力 電 子 技 術(shù) Power Electronic Technology 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組 第四講 電力電子器件（三） 概述 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 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組 概述 ? 門極可關(guān)斷晶閘管 (GateTurnOff Thyristor —GTO)在晶閘管問世后不久出現(xiàn) ? 20世紀(jì) 80年代以來 ， 信息電子技術(shù)與電力電子技術(shù)在各自發(fā)展的基礎(chǔ)上相結(jié)合 ——高頻化 、 全控型 、 采用集成電路制造工藝的電力電子器件 ， 從而將電力電子技術(shù)又帶入了一個(gè)嶄新時(shí)代 ? 典型代表 ——門極可關(guān)斷晶閘管 、 電力晶體管 (Giant Transistor——GTR)、 電力場效應(yīng)晶體管 (Power MOSFET )、 絕緣柵雙極晶體管 (Insulatedgate Bipolar Transistor— —IGBT或 IGT) 返回 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組 門極可關(guān)斷晶閘管 概述 GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理 GTO的動(dòng)態(tài)特性 GTO的主要參數(shù) 返回 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組 概述 ? 門極可關(guān)斷晶閘管 （ GateTurnOff Thyristor — GTO） ? 晶閘管的一種派生器件 ? 可以通過在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷 ? 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)以上的大功率場合仍有較多的應(yīng)用 返回 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組 GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理 – 結(jié)構(gòu)： 與普通晶閘管的相同點(diǎn)： PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) ，外部引出陽極 、 陰極和門極 – 和普通晶閘管的不同： GTO是一種多元的功率集成器件 ， 內(nèi)部包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽極的小 GTO元 ， 這些 GTO元的陰極和門極則在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起 圖 113 GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) a) 各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b) 并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖 c) 電氣圖形符號(hào) c)圖1 1 3AG K G GKN 1P 1N 2N 2 P2b)a)AGK返回 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組 GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理 ?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分析 ? ?1+?2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件 。 但柵極的正電壓會(huì)將其下面 P區(qū)中的空穴推開 ， 而將 P區(qū)中的少子 ——電子吸引到柵極下面的 P區(qū)表面 ? 當(dāng) UGS大于 UT（ 開啟電壓或閾值電壓 ） 時(shí) ， 柵極下 P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度 ， 使 P型半導(dǎo)體反型成 N型而成為 反型層 ， 該反型層形成 N溝道而使 PN結(jié) J1消失 ， 漏極和源極導(dǎo)電 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組 電力 MOSFET的基本特性 1) 靜態(tài)特性 圖 120 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 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返回 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組 電力 MOSFET的基本特性 ? 漏極電流 ID和柵源間電壓 UGS的關(guān)系稱為 MOSFET的轉(zhuǎn)移特性 ? ID較大時(shí) ， ID與 UGS的關(guān)系近似線性 ， 曲線的斜率定義為 跨導(dǎo) Gfs 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組 電力 MOSFET的基本特性 ? MOSFET的漏極伏安特性 （ 輸出特性 ） ： ? 截止區(qū) （ 對(duì)應(yīng)于 GTR的截止區(qū) ） ? 飽和區(qū) （ 對(duì)應(yīng)于 GTR的放大區(qū) ） ? 非飽和區(qū) （ 對(duì)應(yīng)于 GTR的飽和區(qū) ） ? 電力 MOSFET工作在開關(guān)狀態(tài) ， 即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換 ? 電力 MOSFET漏源極之間有寄生二極管 ， 漏源極間加反向電壓時(shí)器件導(dǎo)通 ? 電力 MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù) ， 對(duì)器件并聯(lián)時(shí)的均流有利 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組 電力 MOSFET的基本特性 2) 動(dòng)態(tài)特性 圖 121 電力 MOSFET的開關(guān)過程 a) 測試電路 b) 開關(guān)過程波形 up—脈沖信號(hào)源， Rs—信號(hào)源內(nèi)阻， RG—柵極電阻， RL—負(fù)載電阻， RF—檢測漏極電流 a ） b )圖1 2 1RsRG RFRLiDuGSupiD信號(hào)+ UEiDOOOuptttuGSuG S PuTtd ( o n )trtd ( o f f )tf合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組 電力 MOSFET的基本特性 ? 開通過程 （ 開關(guān)過程圖 ） ? 開通延遲時(shí)間 td(on) —— up前沿時(shí)刻到 uGS=UT并開始出現(xiàn) iD的時(shí)刻間的時(shí)間段 ? 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 ? iD穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓 UE和漏極負(fù)載電阻決定 ? UGSP的大小和 iD的穩(wěn)態(tài)值有關(guān) ? UGS達(dá)到 UGSP后 ， 在 up作用下繼續(xù)升高直至達(dá)到穩(wěn)態(tài) ， 但 iD已不變 ? 開通時(shí)間 ton——開通延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組 電力 MOSFET的基本特性 ? 關(guān)斷過程 （ 開關(guān)過程圖 ） ? 關(guān)斷延遲時(shí)間 td(off) ——up下降到零起 ， Cin通過 Rs和 RG放電 ，uGS按指數(shù)曲線下降到 UGSP時(shí) ， iD開始減小止的時(shí)間段 ? 下降時(shí)間 tf—— uGS從 UGSP繼續(xù)下降起 ， iD減小 ， 到 uGSUT時(shí)溝道消失 ， iD下降到零為止的時(shí)間段 ? 關(guān)斷時(shí)間 toff——關(guān)斷延遲時(shí)間和下降時(shí)間之和 合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)精品課程項(xiàng)目組 電力 MOSFET的基本特性 ? MOSFET的開關(guān)速度 ? MOSFET的開關(guān)速度和 Cin充放電有很大關(guān)系 ? 使用者無法降低 Cin， 但可降低驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)阻 Rs減小時(shí)間常數(shù) ， 加快開關(guān)速度 ? MOSFET只靠多子導(dǎo)電 ， 不存在少子儲(chǔ)存效應(yīng) ， 因而關(guān)斷過程非常迅速 ? 開關(guān)時(shí)間在 10~100ns之間 ， 工作頻率可達(dá) 100kHz以上 ，是主要電力電子器件中最高的 ? 場控器件 ， 靜態(tài)時(shí)幾乎不需輸入電流 。 在電壓 1000V以上時(shí) ，開關(guān)損耗只有 GTR的 1/10， 與電力 MOSFET相當(dāng) 2. 相同電壓和電流定額時(shí) ， 安全工作區(qū)比 GTR大 ， 且具有耐脈沖電流沖擊能力 3. 通態(tài)壓降比 VDMOSFET低 ， 特別是在電流較大的區(qū)域 4. 輸入阻抗高 ， 輸入特性與 MOSFET類似 5. 與 MOS