【正文】 EX B8 5 08 5 18 4 08 4 1615 25 4319C2C1 RGI G B TUCC0 VIj驅(qū) 動 信 號過 流 保 護(hù)2 0 V隔 離 電 源＋＋第 4章 全控型電力電子器件 表 44 推薦的柵極電阻和電流損耗（ EXB850） 第 4章 全控型電力電子器件 表 45 推薦的柵極電阻和電流損耗（ EXB840） 第 4章 全控型電力電子器件 2． IGBT的保護(hù) 1) IGBT應(yīng)用于電力電子系統(tǒng)中 ， 對于正常過載 （ 如電機(jī)啟動 、 濾波電容的合閘沖擊以及負(fù)載的突變等 ） ， 系統(tǒng)能自動調(diào)節(jié)和控制 ， 不至損壞 IGBT。 對于不正常的短路故障 ， 要實行過流保護(hù) ， 通常的做法是： (1) 切斷柵極驅(qū)動信號 。 只要檢測出過流信號 ， 就在 2μs內(nèi)迅速撤除柵極信號 。 (2) 當(dāng)檢測到過流故障信號時 ， 立即將柵極電壓降到某一電平 ， 同時啟動定時器 ， 在定時器到達(dá)設(shè)置值之前 ， 若故障消失 ， 則柵極電壓恢復(fù)正常工作值；若定時器到達(dá)設(shè)定值時故障仍未消除 ， 則使柵極電壓降低到零 。 這種保護(hù)方案要求保護(hù)電路在 1～ 2 μ s內(nèi)響應(yīng) 。 第 4章 全控型電力電子器件 2) 利用緩沖電路能對 IGBT實行過電壓抑制并限制過量的電壓變化率 du/dt。 但由于 IGBT的安全工作區(qū)寬 ， 因而改變柵極串聯(lián)電阻的大小可減弱 IGBT對緩沖電路的要求 。 然而 ， 由于IGBT控制峰值電流的能力比 PMOSFET強(qiáng) ， 因而在有些應(yīng)用中可不用緩沖電路 。 3) 利用溫度傳感器檢測 IGBT的殼溫，當(dāng)超過允許溫度時， 主電路跳閘以實現(xiàn)過熱保護(hù)。 第 4章 全控型電力電子器件 圖 430 (a) 單管模塊； (b) 輸出特性 ECEG( a ) ( b )0 2 4 6 8 101 6 03 2 04 8 06 4 020 1512108UCE / VUGE＝ 7 VTC＝ 25 ℃IC / A IGBT的功率模塊 第 4章 全控型電力電子器件 圖 431 (a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)； (b) 輸出特性 C1E1( a )G2E1 / C2G2E2E2( b )0 2 4 6 8 107 V1012152020406080UCE / VUGE＝ 8 VTC＝ 25 ℃IC / A第 4章 全控型電力電子器件 圖 432 六管模塊的內(nèi)部電路 GAEAGXEXGBEBGYEYGCECGZEZABC第 4章 全控型電力電子器件 表 46 東芝 MG25N2S1的最大額定值（ TC＝ 25℃ ） 第 4章 全控型電力電子器件 表 47 東芝 MG25N2S1的電氣特性（ TC＝ 25℃ ） 第 4章 全控型電力電子器件 圖 433 智能模塊內(nèi)部框圖 過 流 保 護(hù)短 路 保 護(hù) 層驅(qū) 動 器欠 壓 保 護(hù)控 制 輸 入D過 流 保 護(hù)短 路 保 護(hù) 層驅(qū) 動 器欠 壓 保 護(hù)控 制 輸 入故障輸出過 流 保 護(hù)第 4章 全控型電力電子器件 （ SIT） 靜電感應(yīng)晶體管 （ Static Induction Transistor） 簡稱 SIT，從 20世紀(jì) 70年代開始研制 ， 發(fā)展到現(xiàn)在已成為系列化的電力電子器件 。 它是一種多子導(dǎo)電的單極型器件 ， 具有輸出功率大 ，輸入阻抗高 ， 開關(guān)特性好 ， 熱穩(wěn)定性好以及抗幅射能力強(qiáng)等優(yōu)點 。 現(xiàn)已商品化的 SIT可工作在幾百 kHz， 電流達(dá) 300A， 電壓達(dá)2022 V， 已廣泛用于高頻感應(yīng)加熱設(shè)備 （ 如 200 kHz、 200 kW的高頻感應(yīng)加熱電源 ） 中 。 SIT還適用于高音質(zhì)音頻放大器 、 大功率中頻廣播發(fā)射機(jī) 、 電視發(fā)射機(jī)以及空間技術(shù)等領(lǐng)域 。 其它新型電力電子器件 第 4章 全控型電力電子器件 1． SIT的工作原理 圖 434 SIT (a) 結(jié)構(gòu)； (b) 符號 DSGDSG( b )( a )N＋N＋N－SDP＋P＋第 4章 全控型電力電子器件 SIT為常開器件 ， 以 NSIT為例 ， 當(dāng)柵 —源電壓 UGS大于或等于零 ， 漏 —源電壓 UDS為正向電壓時 ， 兩柵極之間的導(dǎo)電溝道使漏 —源之間導(dǎo)通 。 當(dāng)加上負(fù)柵 —源電壓 UGS時 ， 柵源間 PN結(jié)產(chǎn)生耗盡層 。 隨著負(fù)偏壓 UGS的增加 ， 其耗盡層加寬 ， 漏 —源間導(dǎo)電溝道變窄 。 當(dāng) UGS =UP（ 夾斷電壓 ） 時 ，導(dǎo)電溝道被耗盡層夾斷 ， SIT關(guān)斷 。 第 4章 全控型電力電子器件 2． SIT的待性 圖 435所示為 N溝道 SIT的靜態(tài)伏安特性曲線 。 當(dāng)漏 —源電壓 UDS一定時 ， 對應(yīng)于漏極電流 ID為零的柵源電壓稱為夾斷電壓 UP。 在不同 UDS下有不同的 UP ， 漏源極電壓 UDS越大 ， UP的絕對值越大 。 SIT的漏極電流 ID不但受柵極電壓 UGS控制 ， 同時還受漏極電壓 UDS控制 ， 當(dāng)柵 —源電壓 UGS 一定時 ， 隨著漏 —源電壓 UDS的增加 ， 漏極電流 ID也線性增加 ， 其大小由 SIT的通態(tài)電阻決定 。 因此 ， SIT不但是一個開關(guān)元件 ， 而且是一個性能良好的放大元件 。 第 4章 全控型電力電子器件 圖 435 NSIT靜態(tài)伏安特性 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0－ 3 5 V－ 3 0 V0 V － 1 0 V－ 2 0 VUGS＝－ 2 5 VUDS / VIDS / A1234第 4章 全控型電力電子器件 SIT的導(dǎo)電溝道短而寬 ， 適應(yīng)于高電壓 、 大電流的場合；它的漏極電流具有負(fù)溫度系數(shù) ， 可避免因溫度升高而引起的惡性循環(huán) 。 SIT的漏極電流通路上不存在 PN結(jié) ， 一般不會發(fā)生熱不穩(wěn)定和二次擊穿現(xiàn)象 ， 其安全工作區(qū)范圍較寬 。 它的開關(guān)速度相當(dāng)快 ， 適用于高頻場合 。 例如 2SK183U（ 60 A/1500 V）的開通和關(guān)斷時間分別為 ton＝ 250ns， toff＝ 300 ns； TS300U（ 180 A/1500 V） 為 ton＝ 359 ns， toff＝ 350 ns。 SIT的柵極驅(qū)動電路比較簡單 。 一般來說 ， 關(guān)斷 SIT需要加數(shù)十伏的負(fù)柵壓 (UGS)， 使 SIT導(dǎo)通可以加 5～ 6 V的正柵極偏壓 (＋ UGS)， 以降低器件的通態(tài)壓降 。 第 4章 全控型電力電子器件 靜電感應(yīng)晶閘管 （ Static Induction THyristor） 簡稱 SITH。 它屬于雙極型開關(guān)器件 ， 自 1972年開始研制并生產(chǎn) ， 發(fā)展至今已初步趨于成熟 ， 有些已經(jīng)商品化 。 與 GTO相比 ， SITH有許多優(yōu)點 ， 比如通態(tài)電阻小 ， 通態(tài)壓降低 ， 開關(guān)速度快 ， 損耗小 ， di/dt及 du/dt耐量高等 ， 現(xiàn)有產(chǎn)品容量已達(dá) 1000 A/2500 V、 2200 A/450 V、 400 A/4500 V， 工作頻率可達(dá) 100 kHz以上 。 它在直流調(diào)速系統(tǒng) 、 高頻加熱電源和開關(guān)電源等領(lǐng)域已發(fā)揮著重要作用 ， 但制造工藝復(fù)雜 、成本高是阻礙其發(fā)展的重要因素 。 靜電感應(yīng)晶閘管（ SITH） 第 4章 全控型電力電子器件 1． SITH的工作原理 圖 436 SITH (a) 結(jié)構(gòu)； (b) 符號 GKA( b )(a )P＋P＋P＋P＋NGP＋N＋AK第 4章 全控型電力電子器件 和 SIT一樣 ， SITH也為常開型器件 。 柵極開路 ， 在陽極和陰極間加正向電壓 ， 有電流流過 SITH， 其特性與二極管正向特性相似 。 在柵極 G和陰極 K之間加負(fù)電壓 ， GK之間 PN結(jié)反偏 ， 在兩個柵極區(qū)之間的導(dǎo)電溝道中出現(xiàn)耗盡層 ， AK之間電流被夾斷 ， SITH關(guān)斷 。 這一過程與 GTO的關(guān)斷非常相似 。 柵極所加的負(fù)偏壓越高 ， 可關(guān)斷的陰極電流也越大 。 第 4章 全控型電力電子器件 2． SITH 圖 437所示為 SITH的靜態(tài)伏安特性曲線 。 由該圖可知 ， 特性曲線的正向偏置部分與 SIT相似 。 柵極負(fù)壓 UGK可控制陽極電流關(guān)斷 。 已關(guān)斷的 SITH， AK之間只有很小的漏電流存在 。 SITH為場控少子器件 ， 其動態(tài)特性比 GTO優(yōu)越 。 SITH的電導(dǎo)調(diào)制作用使它比 SIT的通態(tài)電阻 、 通態(tài)壓降低 ， 通態(tài)電流大；但因器件內(nèi)有大量的存儲電荷 ， 所以它的關(guān)斷時間比 SIT要慢 ， 工作頻率要低 。 第 4章 全控型電力電子器件 圖 437 SITH的靜態(tài)伏安特性曲線 0反向 正向|UGK| 增加UAKIAK第 4章 全控型電力電子器件 1. 什么叫 GTR的一次擊穿和二次擊穿 ？ 2. 怎樣確定 GTR的安全工作區(qū) SOA？ 3. GTR對基極驅(qū)動電路的要求是什么 ？ 4. 在大功率 GTR組成的開關(guān)電路中為什么要加緩沖電路 ？ 5. 與 GTR相比 ， 功率 MOS管有何優(yōu) 、 缺點 ？ 6. 試簡述功率場效應(yīng)管 IGBT在應(yīng)用中的注意事項。 7. 與 GTR相比， IGBT管有何特點？ 習(xí)題及思考題 第 4章 全控型電力電子器件 8. 下表給出了 1200 V和不同等級電流容量 IGBT管的柵極電阻推薦值 。 試說明為什么隨著電流容量的增大 ， 柵極電阻值相應(yīng)減小 ? 9. 試述靜電感應(yīng)晶體管 SIT的性能特點 。 10. 試述靜電感應(yīng)晶閘管 SITH的性能特點。