【文章內(nèi)容簡介】 — 晶閘管及其派生器件 電力電子技術 共享資源課 晶閘管的派生器件 快速晶閘管 (FST)包括常規(guī)的快速晶閘管和工作在更高頻率的高頻晶閘管，可分別應用于 400Hz和 10kHz以上的斬波或逆變電路中。 2. 雙向晶閘管 雙向晶閘管 (TRIAC)可以認為是一對反并聯(lián)連接的普通晶閘管的集成，其電氣圖形符號和伏安特性如圖 。 (a) 電氣圖形符號 (b) 伏安特性 半控型器件 — 晶閘管及其派生器件 電力電子技術 共享資源課 3. 逆導晶閘管 逆導晶閘管 (RCT)是將晶閘管與一個二極管反并聯(lián)再制作在同一管芯上的功率集成器件。這種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。其電氣圖形符號和伏安特性如圖 。 4. 光控晶閘管 光控晶閘管 (LTT)又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長的光照信號代替電信號對器件進行觸發(fā)的晶閘管，其電氣圖形符號和伏安特性如圖 。 (a) 電氣圖形符號 (b) 伏安特性 半控型器件 — 晶閘管及其派生器件 電力電子技術 共享資源課 電力晶體管 電力晶體管 (Giant Transistor， GTR)是一種耐高電壓、大電流的雙極結型晶體管 (Bipolar Junction Transistor， BJT)，所以英文有時候也稱為 Power BJT。在電力電子技術的范圍內(nèi)， GTR與 BJT這兩個名稱是等效的。 GTR的基本結構有 NPN和 PNP兩種，而在電力電子電路中主要采用 NPN結構。 1. GTR的基本工作原理和基本特性 圖 共發(fā)射極接法時 GTR的靜態(tài)特性 圖 GTR開通和關斷過程中 的電流波形 全控型器件 電力電子技術 共享資源課 2. GTR的主要參數(shù) 1)最高工作電壓 GTR上所加的電壓超過規(guī)定值時，就會發(fā)生擊穿。 2)集電極最大允許電流 IcM 通常規(guī)定直流電流放大系數(shù) hFE下降到規(guī)定值的 1/2～ 1/3時所對應的 Ic為集電極最大允許電流。 3)集電極最大耗散功率 PcM 集電極最大耗的功率是指在最高工作溫度下允許的耗散功率。 全控型器件 電力電子技術 共享資源課 3. GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū) 當 GTR的集電極電壓升高至前面所述的擊穿電壓時，集電極電流迅速增大，這種首先出現(xiàn)的擊穿是雪崩擊穿，被稱為一次擊穿。 圖 GTR的安全工作區(qū) 全控型器件 電力電子技術 共享資源課 晶閘管的派生器件 1. 電力 MOSFET的結構和工作原理 電力 MOSFET的種類和結構繁多，按導電溝道可分為 P溝道和 N溝道。電力 MOSFET和微電子技術中的 MOS管的導電機理相同。 (a) 內(nèi)部結構斷面示意圖 (b) 電氣圖形符號 全控型器件 電力電子技術 共享資源課 2. 電力 MOSFET的基本特性 1) 靜態(tài)特性 電力 MOSFET的靜態(tài)特性包括轉移特性和輸出特性。如圖 (a)所示。 圖 電力 MOSFET的轉移特性和輸出特性 全控型器件 電力電子技術 共享資源課 2) 動態(tài)特性 相對于 GTR來說，電力 MOSFET的開關速度非常快。相對于 GTR來說，電力 MOSFET的開關速度非?？臁Ｋ拈_通、關斷時間只與電力 MOSFET的輸入電 容的充放電有關，因此其開、關時間與驅動電路的輸出阻抗密切相關。圖 MOSFET的動態(tài)特性波形。 圖 電力 MOSFET的動態(tài)特性波形 全控型器件 電力電子技術 共享資源課 3. 電力 MOSFET的主要參數(shù) 1) 漏極額定電壓 UDS 漏極額定電壓 UDS是標稱電力 MOSFET電壓定額的參數(shù)。 2) 漏極額定電流 ID和漏極峰值電流 IDM 漏極額定電流 ID和漏極峰值電流 IDM是標稱電力 MOSFET電流定額參數(shù)。 3) 柵源電壓 UGS 柵源電壓 UGS是為了防止絕緣柵層因柵源電壓過高而發(fā)生介質電擊穿而設定的參數(shù)。 全控型器件 電力電子技術 共享資源課 4) 通態(tài)電阻 Ron 通常規(guī)定， Ron是在確定的柵源電壓 UGS下，電力 MOSFET飽和導通時漏源電壓與漏極電流的比值。 5)最大耗散功率 PD 最大耗散功率 PD表示器件所能承受的最大發(fā)熱功率。除了上述參數(shù)外，電力 MOSFET還有其他一些參數(shù)，如開啟電壓、輸入電容、開通時間和關斷時間等，使用時請參考相關手冊和資料。 全控型器件 電力電子技術 共享資源課 絕緣柵雙極晶體管 1. IGBT的結構和工作原理 IGBT也是三端器件，具有柵極 G、集電極 C和發(fā)射極 E。 IGBT的內(nèi)部結構斷面示意圖如圖 (a)所示。 (a) 內(nèi)部結構斷面示意圖 (b) 簡化等效電路 (c) 電氣圖形符號 全控型器件 電力電子技術 共享資源課 2. IGBT的基本特性和主要參數(shù) IGBT的基本特性包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性主要是指 IGBT的轉移特性和輸出特性，動態(tài)特性是指 IGBT的開關特性。 IGBT的轉移特性是指集電極輸出電流 IC與柵射電壓 UGE之間的關系曲線，如圖 (a)所示。 (a) 轉移特性 (b) 輸出特性 全控型器件 電力電子技術 共享資源課 IGBT的開關特性如圖 。 由圖可知 ， IGBT的開關特性與電力MOSFET基本相同 。 開通時間 ton和關斷時間 toff是衡量 IGBT開關速度的重要指標 。 圖 IGBT的開關特性 . 全控型器件 電力電子技術 共享資源課 3. IGBT的擎住效應和安全工作區(qū) 1) 擎住效應 IGBT的更復雜現(xiàn)象則需用圖 。圖中示出， IGBT內(nèi)還含有一個寄生的 NPN晶體管，它與作為主開關器件的 PNP晶體管一起組成一個寄生晶閘管 (可對照 IGBT結構圖 —— 圖 (a))。 圖 具有寄生晶閘管的 IGBT等效電路 全控型器件 電力電子技術 共享資源課 2) 安全工作區(qū) IGBT具有較寬的安全工作區(qū)。 IGBT常工作于開關工作狀態(tài)。它的安全工作區(qū)分為正向偏置安全工作區(qū) (FBSOA)和反向偏置安全工作區(qū)(RBSOA)。圖 (a)、 (b)所示分別為 IGBT的 FBSOA和 RBSOA。 圖 IGBT安全工作區(qū) 全控型器件 電力電子技術 共享資源課 門極可關斷晶閘管 門極可關斷晶閘管 (GateTurnCff Thyristor， GTO)是高電壓大電流雙極全控型器件。 GTO和普通晶閘管一樣，是 PNPN四層半導體結構，外部也是引出陽極、陰極和門極。但和普通晶閘管不同的是， GTO是一種多元的功率集成器件，雖然外部同樣引出三個極，但內(nèi)部則包含數(shù)十個甚至數(shù)百個共陽極的小 GTO元，這些 GTO元的陰極和門極在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起。這種特殊結構是為了便于實現(xiàn)門極控制關斷而設計的。 GTO可以通過在門極施加負的脈沖電流使其關斷。 GTO的許多性能雖然與 IGBT、電力 MOSFET相比要差，但其電壓、電流容量較大。 全控型器件 電力電子技術 共享資源課 靜電感應晶體管 靜電感應晶體管 (Static Induction Transistor， SIT)誕生于 1970年，它實際上是一種結型場效應晶體管。 SIT具有工作頻率高、輸出功率大、線性度好、無二次擊穿現(xiàn)象、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強、輸入阻抗高等一系列優(yōu)點，目前已在雷達通信設備、超聲波功率放大、脈沖功率放大和高頻感應加熱等某些專業(yè)領域獲得了較多的應用。 門極可關斷晶閘管 靜電感應晶閘管 (Static Induction Thyristor， SITH)亦稱作場控晶閘管(Field Controlled Thyristor，