【正文】 ?UGSP的大小和 iD的穩(wěn)態(tài)值有關 ?UGS達到 UGSP后 ， 在 up作用下繼續(xù)升高直至達到穩(wěn)態(tài) ， 但 iD已不變 ? 開通時間 ton—— 開通延遲時間與上升時間之和 ■ 電力場效應晶體管 ? 開通過程 ? 關斷延遲時間 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 ， iD開始減小止的時間段 ? 下降時間 tf—— uGS從 UGSP繼續(xù)下降起 ， iD減小 ， 到uGSUT時溝道消失 ， iD下降到零為止的時間段 ? 關斷時間 toff—— 關斷延遲時間和下降時間之和 a ） b )圖1 2 1RsRG RFRLiDuGSupiD信號+ UEiDOOOuptttuGSuG S PuTtd ( o n ) t rtd ( o ff) t f圖 121 電力 MOSFET的開關過程 a) 測試電路 b) 開關過程波形 up— 脈沖信號源， Rs— 信號源內(nèi)阻，RG— 柵極電阻， RL— 負載電阻， RF— 檢測漏極電流 ■ 電力場效應晶體管 ?MOSFET的開關速度 ? MOSFET的開關速度和 Cin充放電有很大關系 ?使用者無法降低 Cin， 但可降低驅(qū)動電路內(nèi)阻 Rs減小時間常數(shù) ， 加快開關速度 ?MOSFET只靠多子導電 ， 不存在少子儲存效應 ，因而關斷過程非常迅速 ?開關時間在 10~100ns之間 ， 工作頻率可達 100kHz以上 ， 是主要電力電子器件中最高的 ?場控器件 ， 靜態(tài)時幾乎不需輸入電流 。 在電壓 1000V以上 時 ， 開關損耗只有 GTR的 1/10， 與電力 MOSFET相當 (2) 相同電壓和電流定額時 ， 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 MOSFET和 GTR相比，耐壓和通流能力還可 以進一步提高，同時保持開關頻率高的。 開關頻率越高 ， 所需要的驅(qū)動功率越大 。 當 ?1+?21時 ，兩個等效晶體管過飽和而使器件導通；當?1+?21時 ， 不能維持飽和導通而關斷 RN P NP N PAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a) b)圖 17 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 ■ 門極可關斷晶閘管 ? GTO能夠通過門極關斷的原因 是其與普通晶閘管有如下區(qū)別： ?（ 1） 設計 ?2較大 ， 使晶體管 V2控制靈敏 ， 易于 GTO關斷 ?（ 2） 導通時 ?1+?2更接近 1（ ?， 普通晶閘管?1+?2?） 導通時飽和不深 ， 接近臨界飽和 ， 有利門極 控制關斷 ， 但導通時管壓降增大 ?（ 3） 多元集成結構使 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 ■ 門極可關斷晶閘管 ? 導通過程 與普通晶閘管一樣 ， 只是導通時飽和程 度較淺 ? 關斷過程： 強烈正反饋 —— 門極加負脈沖即從門 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 ， 又進一步減小 V2的基極電流 ?當 IA和 IK的減小使 ?1+?21時 ， 器件退出飽和而關斷 ?多元集成結構還使 GTO比普通晶閘管開通過程快 ， 承受 di/dt能力強 ■ 門極可關斷晶閘管 ?2. GTO的動態(tài)特性 ?開通過程： 與普通晶閘管類似 ， 需經(jīng)過延遲時間td和上升時間 tr Ot0 t圖1 1 4iGiAIA90% IA10% IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6 圖 114 GTO的開通和關斷過程電流波形 ■ 門極可關斷晶閘管 ?關斷過程： 與普通晶閘管有所不同 ?抽取飽和導通時儲存的大量載流子 —— 儲存時間 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 —— 下降時間 tf ?殘存載流子復合 —— 尾部時間 tt ?通常 tf比 ts小得多 ， 而 tt比 ts要長 ?門極負脈沖電流幅值越大 ， 前沿越陡 ， 抽走儲存載流子的速度越快 ， ts越短 ?門極負脈沖的后沿緩慢衰減 ， 在 tt階段仍保持適當負電壓 ， 則可縮短尾部時間 ■ 門極可關斷晶閘管 ? 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)開通時間 ton 延遲時間與上升時間之和 。 ?2) 反向重復峰值電壓 URRM—— 在門極斷路而結溫為額定值時 ， 允許重復加在器件上的反向峰值電壓 。 流過晶閘管的漏電流稍大于兩個晶體管漏電流之和 ?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 ， 實現(xiàn)飽和導通 。 ?電導調(diào)制效應起作用需一定的時間來儲存大量少子 ， 達到穩(wěn)態(tài)導通前管壓降較大 ?正向電流的上升會因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降 。 結電容按其產(chǎn)生機制和作用的差別分為 勢壘電容 CB和 擴散電容 CD ■ PN結與電力二極管的工作原理 ? 勢壘電容只在外加電壓變化時才起作用 ， 外加電壓頻率越高 ， 勢壘電容作用越明顯 。++ 。 擴散運動和漂移運動既相互聯(lián)系又是一對矛盾 ， 最終達到動態(tài)平衡 ， 正 、 負空間電荷量達到穩(wěn)定值 ， 形成了一個穩(wěn)定的由空間電荷構成的范圍 ， 被稱為 空間電荷區(qū) ， 按所強調(diào)的角度不同也被稱為 耗盡層 、 阻擋層 或 勢壘區(qū) 。 ■ 應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電路 ， 以保證電力電子器件和整個電力電子系統(tǒng)正?？煽窟\行 ， 也往往是非常必要的 。 ■ 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 ， 大至兆瓦級 , 大多都遠大于處理信息的電子器件 。 ?電力半導體器件所采用的主要材料仍然是硅 。 ? 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)動電路與主電路的連接處 ， 或者驅(qū)動電路與控制信號的連接處 ， 以及主電路與檢測電路的連接處 ， 一般需要進行 電氣隔離 ， 而通過其它手段如光 、 磁等來傳遞信號 。 空間電荷建立的電場被稱為 內(nèi)電場 或 自建電場 ， 其方向是阻止擴散運動的 ， 另一方面又吸引對方區(qū)內(nèi)的少子 （ 對本區(qū)而言則為多子 ） 向本區(qū)運動 ， 即 漂移運動 。 。++++++空間電荷區(qū)P 型區(qū) N 型區(qū)內(nèi)電場 ■ ■ PN結與電力二極管的工作原理 ? PN結的反向截止狀態(tài) PN結的單向?qū)щ娦? 二極管的基本原理就在于 PN結的單向?qū)щ娦赃@一 主 要特征 ? PN結的反向擊穿 有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式 ， 可能導致熱擊穿 ?PN結的電容效應： PN結的電荷量隨外加電壓而變化 ， 呈現(xiàn) 電容效應 ， 稱 為 結電容 CJ， 又稱為 微分電容 。 這一動態(tài)過程時間被稱為正向恢復時間 tfr。 由以上式 （ 11） ~（ 14）可得 ■ )(1 21C B O 2C B O 1G2A????????IIII 晶閘管的結構與工作原理 ?阻斷狀態(tài)： IG=0， ?1+?2很小 。 ■ 晶閘管的主要參數(shù) ?1. 電壓定額 ?1) 斷態(tài)重復峰值電壓 UDRM—— 在門極斷路而結溫為額定值時 ， 允許重復加在器件上的 正向峰值電壓 。 ■ 晶閘管的派生器件 3. 逆導晶閘管 （ Reverse Conducting Thyristor——RCT） ? 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 ? 具有正向壓降小 、 關斷時間短 、 高溫特性好 、 額定結溫高等優(yōu)點 ? 逆導晶閘管的額定電流有兩個 ， 一個是晶閘管電流 ，一個是反并聯(lián)二極管的電流 圖 111 逆導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 ■ b)a)UOIKGAIG= 0 晶閘管的派生器件 4. 光控晶閘管 （ Light Triggered Thyristor——LTT） 圖 112 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 ■ 光強度強 弱b)AGKa)O UAKIA 晶閘管的派生器件 ? 又稱光觸發(fā)晶閘管 ， 是利用一定波長的光照信號觸發(fā)導通的晶閘管 ? 小功率光控晶閘管只有陽極和陰極兩個端子 ? 大功率光控晶閘管則還帶有光纜 ， 光纜上裝有作為觸發(fā)光源的發(fā)光二極管或半導體激光器 ? 光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣 ， 且可避免電磁干擾的影響 ， 因此目前在高壓大功率的場合 ，如高壓直流輸電和高壓核聚變裝置中 ， 占據(jù)重要的地位 ■ 典型全控型器件 典型全控型器件 門極可關斷晶閘管 電力晶體管 電力場效應晶體管 絕緣柵雙極晶體管 典型全控型器件 ? 門極可關斷晶閘管 —— 在晶閘管問世后不久出現(xiàn) ? 20世紀 80年代以來 ， 信息電子技術與電力電子技術在各自發(fā)展的基礎上相結合 —— 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又帶入了一個嶄新時代 ? 典型代表 —— 門極可關斷晶閘管 、 電力晶體管 、 電力場效應晶體管 、 絕緣柵雙極晶體管 ■ 門極可關斷晶閘管 ? 門極可關斷晶閘管 （ GateTurnOff Thyristor — GTO） ?晶閘管的一種派生器件 ?可以通過在門極施加負的脈沖電流使其關斷 ?GTO的電壓 、 電流容量較大 ， 與普通晶閘管接近 ，因而在兆瓦級以上的大功率場合仍有較多的應用 ■ 門極可關斷晶閘管 ? 1. GTO的結構和工作原理 ?結構： 與普通晶閘管的相同點： PNPN四層半導體結構 ， 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)十個甚至數(shù)百個共陽極的小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)部結構和電氣圖形符號 a) 各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b) 并聯(lián)單元結構斷面示意圖 c) 電氣圖形符號 c)圖1 1 3AG K G GKN 1P 1N 2N 2 P2b)a)AGK ■ 門極可關斷晶閘管 ? 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是器件臨界導通的條件 。 但在開關過程中需對輸入電容充放電 ， 仍需一定的驅(qū)動功