【正文】 開關損耗小 。 高電壓 ， 大電流 、 高載流密度 ， 低導通壓降 。 一個 MCT器件由數(shù)以萬計的 MCT元組成 。 每個元的組成為：一個 PNPN晶閘管 ， 一個控制該晶閘管開通的 MOSFET， 和一個控制該晶閘管關斷的MOSFET。 其關鍵技術問題沒有大的突破 ， 電壓和電流容量都遠未達到預期的數(shù)值 ， 未能投入實際應用 。 MCT（ MOS Controlled Thyristor） ——MOSFET與晶閘管的復合 (DATASHEET) 第1章電力電子器件 84 靜電感應晶體管 SIT 多子導電的器件 ， 工作頻率與電力 MOSFET相當 ， 甚至更高 ， 功率容量更大 ， 因而適用于高頻大功率場合 。 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領域獲得應用 。 缺點 ： 柵極不加信號時導通 ， 加負偏壓時關斷 ， 稱為 正常導通型 器件 ， 使用不太方便 。 通態(tài)電阻較大 ， 通態(tài)損耗也大 ， 因而還未在大多數(shù)電力電子設備中得到廣泛應用 。 SIT（ Static Induction Transistor） ——結型場效應晶體管 第1章電力電子器件 85 靜電感應晶閘管 SITH SITH是兩種載流子導電的雙極型器件 ， 具有電導調制效應 ， 通態(tài)壓降低 、 通流能力強 。 其很多特性與 GTO類似 ， 但開關速度比 GTO高得多 ， 是大容量的快速器件 。 SITH一般也是正常導通型 ， 但也有正常關斷型 。 此外 ，電流關斷增益較小 ， 因而其應用范圍還有待拓展 。 SITH（ Static Induction Thyristor） ——場控晶閘管（ Field Controlled Thyristor—FCT） 第1章電力電子器件 86 集成門極換流晶閘管 IGCT 20世紀 90年代后期出現(xiàn) ， 結合了 IGBT與 GTO的優(yōu)點 ，容量與 GTO相當 ， 開關速度快 10倍 。 可省去 GTO復雜的緩沖電路 ， 但驅動功率仍很大 。 目前正在與 IGBT等新型器件激烈競爭 ， 試圖最終取代 GTO在大功率場合的位臵 。 DATASHEET 1 2 IGCT（ Integrated GateCommutated Thyristor） ——GCT（ GateCommutated Thyristor） 第1章電力電子器件 87 功率模塊與功率集成電路 20世紀 80年代中后期開始 ， 模塊化趨勢 ， 將多個器件封裝在一個模塊中 ， 稱為 功率模塊 。 可縮小裝臵體積 ， 降低成本 ， 提高可靠性 。 對工作頻率高的電路 ， 可大大減小線路電感 ， 從而簡化對保護和緩沖電路的要求 。 將器件與邏輯 、 控制 、 保護 、 傳感 、 檢測 、 自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上 ， 稱為 功率集成電路（ Power Integrated Circuit——PIC） 。 DATASHEET 基本概念 第1章電力電子器件 88 功率模塊與功率集成電路 高壓集成電路 （ High Voltage IC——HVIC） 一般指橫向高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成 。 智能功率集成電路 （ Smart Power IC——SPIC） 一般指縱向功率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和驅動電路的單片集成 ， 也稱智能 IGBT（ Intelligent IGBT） 。 實際應用電路 第1章電力電子器件 89 功率模塊與功率集成電路 功率集成電路的主要技術難點： 高低壓電路之間的絕緣問題 以及 溫升和散熱的處理 。 以前功率集成電路的開發(fā)和研究主要在中小功率應用場合 。 智能功率模塊在一定程度上回避了上述兩個難點 ,最近幾年獲得了 迅速發(fā)展 。 功率集成電路實現(xiàn)了電能和信息的集成 ， 成為機電一體化的理想接口 。 發(fā)展現(xiàn)狀 第1章電力電子器件 90 電力電子器件器件的驅動 電力電子器件驅動電路概述 晶閘管的觸發(fā)電路 典型全控型器件的驅動電路 第1章電力電子器件 91 電力電子器件驅動電路概述 使電力電子器件工作在較理想的開關狀態(tài) ， 縮短開關時間 ， 減小開關損耗 。 對裝臵的運行效率 、 可靠性和安全性都有重要的意義 。 一些保護措施也往往設在驅動電路中 ， 或通過驅動電路實現(xiàn) 。 驅動電路的基本任務 ： 按控制目標的要求施加開通或關斷的信號 。 對半控型器件只需提供開通控制信號 。 對全控型器件則既要提供開通控制信號 ， 又要提供關斷控制信號 。 驅動電路 —— 主電路與控制電路之間的接口 第1章電力電子器件 92 電力電子器件驅動電路概述 驅動電路還要提供控制電路與主電路之間的 電氣隔離 環(huán)節(jié) ， 一般采用光隔離或磁隔離 。 光隔離一般采用光耦合器 磁隔離的元件通常是 脈沖變壓器 ERERERa ) b ) c )UinUoutR1ICIDR1R1圖 125 光耦合器的類型及接法 a) 普通型 b) 高速型 c) 高傳輸比型 第1章電力電子器件 93 電力電子器件驅動電路概述 按照驅動信號的性質分 ， 可分為 電流驅動型 和 電壓驅動型 。 驅動電路具體形式可為 分立元件 的 ， 但目前的趨勢是采用 專用集成驅動電路 。 雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內的混合集成電路 。 為達到參數(shù)最佳配合 ， 首選所用器件生產(chǎn)廠家專門開發(fā)的集成驅動電路 。 分類 第1章電力電子器件 94 晶閘管的觸發(fā)電路 作用 ： 產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖 ， 保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉為導通 。 晶閘管觸發(fā)電路應滿足下列要求 ： 脈沖的寬度應保證晶閘管可靠導通 。 觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度 。 不超過門極電壓 、 電流和功率定額 ， 且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內 。 有良好的抗干擾性能 、 溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離 。 t I I M t 1 t 2 t 3 t 4 圖 126 理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形 t1~t2?脈沖前沿上升時間（ 1?s） t1~t3?強脈寬度 IM?強脈沖幅值（ 3IGT~5IGT） t1~t4?脈沖寬度 I?脈沖平頂幅值（ ~2IGT） 晶閘管的觸發(fā)電路 第1章電力電子器件 95 晶閘管的觸發(fā)電路 V V2構成 脈沖放大環(huán)節(jié) 。 脈沖變壓器 TM和附屬電路構成 脈沖輸出環(huán)節(jié) 。 V V2導通時，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。 圖 127 常見的晶閘管觸發(fā)電路 常見的晶閘管觸發(fā)電路 第1章電力電子器件 96 典型全控型器件的驅動電路 (1) GTO GTO的 開通控制 與普通晶閘管相似 。 GTO關斷控制 需施加負門極電流 。 圖 128 推薦的 GTO門極電壓電流波形 O t t O u G i G 1) 電流驅動型器件的驅動電路 正的門極電流 5V的負偏壓 GTO驅動電路通常包括開通驅動電路 、 關斷驅動電路 和 門極反偏電路三部分 ， 可分為 脈沖變壓器耦合式 和 直接耦合式 兩種類型 。 第1章電力電子器件 97 典型全控型器件的驅動電路 直接耦合式驅動電路可避免電路內部的相互干擾和寄生振蕩 ， 可得到較陡的脈沖前沿 。 目前應用較廣 ， 但其功耗大 ， 效率較低 。 圖 129 典型的直接耦合式 GTO驅動電路 第1章電力電子器件 98 典型全控型器件的驅動電路 開通驅動電流應使 GTR處于準飽和導通狀態(tài) ， 使之不進入放大區(qū)和深飽和區(qū) 。 關斷 GTR時 ， 施加一定的負基極電流有利于減小關斷時間和關斷損耗 。 關斷后同樣應在基射極之間施加一定幅值 （ 6V左右 ） 的負偏壓 。 t O i b 圖 130 理想的 GTR基極驅動電流波形 (2) GTR 第1章電力電子器件 99 典型全控型器件的驅動電路 GTR的一種驅動電路 ， 包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分 。 VD1AVVS0 V+ 10V+ 15VV1VD2VD3VD4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2圖 131 GTR的一種驅動電路 驅動 GTR的集成驅動電路中， THOMSON公司的 UAA4002和三菱公司的 M57215BL較為常見。 第1章電力電子器件 100 典型全控型器件的驅動電路 電力 MOSFET和 IGBT是電壓驅動型器件 。 為快速建立驅動電壓 ， 要求驅動電路輸出電阻小 。 使 MOSFET開通的驅動電壓一般 10~15V， 使 IGBT開通的驅動電壓一般 15 ~ 20V。 關斷時施加一定幅值的負驅動電壓 （ 一般取 5 ~ 15V）有利于減小關斷時間和關斷損耗 。 在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩 。 2) 電壓驅動型器件的驅動電路 第1章電力電子器件 101 典型全控型器件的驅動電路 (1) 電力 MOSFET的一種驅動電路： 電氣隔離 和 晶體管放大電路 兩部分 圖 132 電力 MOSFET的一種驅動電路 專為驅動電力 MOSFET而設計的混合集成電路有三菱公司的 M57918L，其輸入信號電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為 +2A和 3A，輸出驅動電壓 +15V和 10V。 第1章電力電子器件 102 典型全控型器件的驅動電路 (2) IGBT的驅動 圖 133 M57962L型 IGBT驅動器的原理和接線圖 常用的有三菱公司的 M579系列（如 M57962L和 M57959L）和富士公司的 EXB系列（如 EXB8EXB84 EXB850和 EXB851）。 多采用專用的混合集成驅動器。 第1章電力電子器件 103 電力電子器件器件的保護 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護 過電流保護 緩沖電路 第1章電力電子器件 104 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護 外因過電壓： 主要來自雷擊和系統(tǒng)操作過程等外因 操作過電壓 ：由分閘 、 合閘等開關操作引起 雷擊過電壓 ：由雷擊引起 內因過電壓： 主要來自電力電子裝臵內部器件的開關過程 換相過電壓 ：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結束后 ， 反向電流急劇減小 ， 會由線路電感在器件兩端感應出過電壓 。 關斷過電壓 ：全控型器件關斷時 ， 正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓 。 電力電子裝臵可能的過電壓 —— 外因過電壓 和 內因過電壓 第1章電力電子器件 105 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護 過電壓保護措施 圖 134 過電壓抑制措施及配臵位臵 F?避雷器 D?變壓器靜電屏蔽層 C?靜電感應過電壓抑制電容 RC1?閥側浪涌過電壓抑制用 RC電路 RC2?閥側浪涌過電壓抑制用反向阻斷式 RC電路 RV?壓敏電阻過電壓抑制器 RC3?閥器件換相過電壓抑制用 RC電路 RC4?直流側 RC抑制電路 RCD?閥器件關斷過電壓抑制用 RCD電路 電力電子裝臵可視具體情況只采用其中的幾種。 其中 RC3和 RCD為抑制內因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。 第1章電力電子器件 106 過電流保護 過電流 —— 過載 和 短路 兩種情況 保護措施 負載 觸發(fā)電路 開關電