【正文】 10. 試述靜電感應(yīng)晶閘管 SITH的性能特點(diǎn)。 7. 與 GTR相比， IGBT管有何特點(diǎn)？ 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(jí)電流容量 IGBT管的柵極電阻推薦值 。 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(chǔ)電荷 ， 所以它的關(guān)斷時(shí)間比 SIT要慢 ， 工作頻率要低 。 已關(guān)斷的 SITH， AK之間只有很小的漏電流存在 。 由該圖可知 ， 特性曲線的正向偏置部分與 SIT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 。 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(gè)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 。 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(hào) 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(kāi)型器件 。 與 GTO相比 ， SITH有許多優(yōu)點(diǎn) ， 比如通態(tài)電阻小 ， 通態(tài)壓降低 ， 開(kāi)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 。 第 4章 全控型電力電子器件 靜電感應(yīng)晶閘管 （ Static Induction THyristor） 簡(jiǎn)稱(chēng) SITH。 SIT的柵極驅(qū)動(dòng)電路比較簡(jiǎn)單 。 它的開(kāi)關(guān)速度相當(dāng)快 ， 適用于高頻場(chǎng)合 。 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(chǎng)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 ID不但受柵極電壓 UGS控制 ， 同時(shí)還受漏極電壓 UDS控制 ， 當(dāng)柵 —源電壓 UGS 一定時(shí) ， 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 。 當(dāng)漏 —源電壓 UDS一定時(shí) ， 對(duì)應(yīng)于漏極電流 ID為零的柵源電壓稱(chēng)為夾斷電壓 UP。 當(dāng) UGS =UP（ 夾斷電壓 ） 時(shí) ，導(dǎo)電溝道被耗盡層夾斷 ， SIT關(guān)斷 。 當(dāng)加上負(fù)柵 —源電壓 UGS時(shí) ， 柵源間 PN結(jié)產(chǎn)生耗盡層 。 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 。 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(kāi)關(guān)特性好 ， 熱穩(wěn)定性好以及抗幅射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) 。 3) 利用溫度傳感器檢測(cè) IGBT的殼溫，當(dāng)超過(guò)允許溫度時(shí)， 主電路跳閘以實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。 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(duì)緩沖電路的要求 。 這種保護(hù)方案要求保護(hù)電路在 1～ 2 μ s內(nèi)響應(yīng) 。 只要檢測(cè)出過(guò)流信號(hào) ， 就在 2μs內(nèi)迅速撤除柵極信號(hào) 。 第 4章 全控型電力電子器件 圖 428 EXB8 驅(qū)動(dòng)模塊框圖 過(guò) 流 保 護(hù)5 4 61514AME2319第 4章 全控型電力電子器件 表 42 EXB系列驅(qū)動(dòng)器管腳功能 第 4章 全控型電力電子器件 表 43 額 定 參 數(shù) 第 4章 全控型電力電子器件 圖 429 集成驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用電路 EX B8 5 08 5 18 4 08 4 1615 25 4319C2C1 RGI G B TUCC0 VIj驅(qū) 動(dòng) 信 號(hào)過(guò) 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(duì)于正常過(guò)載 （ 如電機(jī)啟動(dòng) 、 濾波電容的合閘沖擊以及負(fù)載的突變等 ） ， 系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制 ， 不至損壞 IGBT。 第 4章 全控型電力電子器件 圖 427 推挽輸出柵極驅(qū)動(dòng)電路 V1V2VDW 1VDW 2R3RGR2RUCCR5I G B TR4第 4章 全控型電力電子器件 3） EXB系列 IGBT專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)模塊是日本富士公司出品的 ， 它們性能好 ， 可靠性高 ， 體積小 ， 得到了廣泛的應(yīng)用 。 當(dāng)控制脈沖使光耦合關(guān)斷時(shí) ， 光耦合輸出低電平 ， 使 V1截止 ， V2導(dǎo)通 ， IGBT在 VDW1的反偏作用下關(guān)斷 。 R1限制柵極驅(qū)動(dòng)電流的大小 ， R1兩端并接了加速二極管 ， 以提高開(kāi)通速度 。 其工作原理是：控制脈沖 ui經(jīng)晶體管 V放大后送到脈沖變壓器 ，由脈沖變壓器耦合 ， 并經(jīng) VDW VDW2穩(wěn)壓限幅后驅(qū)動(dòng) IGBT。 第 4章 全控型電力電子器件 圖 425 IGBT (a) 伏安特性； (b) 轉(zhuǎn)移特性 0ICUGE增加UBMUC E OUCE( a ) ( b )IC0 UG E ( T H )UGE第 4章 全控型電力電子器件 1． 柵極驅(qū)動(dòng)電路 由于 IGBT的輸入特性幾乎和 PMOSFET相同 ， 因此 PMOSFET的驅(qū)動(dòng)電路同樣適用于 IGBT。 與普通晶體管的伏安特性一樣 ， IGBT的伏安特性分為截止區(qū) 、 有源放大區(qū) 、 飽和區(qū)和擊穿區(qū) 。 第 4章 全控型電力電子器件 圖 423 IGBT的簡(jiǎn)化等效電路 GRBCP N PJ1N P NJ2J3ERBE第 4章 全控型電力電子器件 圖 424 IGBT的圖形符號(hào) GECV1第 4章 全控型電力電子器件 IGBT的特性 IGBT的伏安特性 （ 又稱(chēng)靜態(tài)輸出特性 ） 如圖 425（ a） 所示 ， 它反映了在一定的柵 —射極電壓 UGE下器件的輸出端電壓UCE與電流 IC的關(guān)系 。 在柵極上施以負(fù)電壓時(shí) ， PMOSFET內(nèi)的溝道消失 ， PNP晶體管的基極電流被切斷 ， IGBT關(guān)斷 。 柵極施以正向電壓時(shí) ， PMOSFET內(nèi)形成溝道 ，為 PNP型的晶體管提供基極電流 ， 從而使 IGBT導(dǎo)通 。 在應(yīng)用電路中 ，IGBT的 C接電源正極 ， E接電源負(fù)極 。 第 4章 全控型電力電子器件 絕緣柵雙極型晶體管 IGBT的工作原理 IGBT的結(jié)構(gòu)是在 PMOSFET結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上作了相應(yīng)的改善 ， 相當(dāng)于一個(gè)由 PMOSFTET 驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū) GTR ， 其簡(jiǎn)化等效電路如圖 423 所示 ， 電氣符號(hào)如圖 424 所示 。 由于 PMOSFET器件可直接用集成電路的邏輯信號(hào)驅(qū)動(dòng) ， 而且開(kāi)關(guān)速度快 ， 工作頻率高 ， 大大改善了變換器的功能 ， 因而在計(jì)算機(jī)接口電路中獲得了廣泛的應(yīng)用 。 目前 ， PMOSFET器件已在數(shù)十千瓦的開(kāi)關(guān)電源中使用 ， 正逐步取代 GTR。 第 4章 全控型電力電子器件 PMOSFET在電力變流技術(shù)中主要有以下應(yīng)用： (1) 在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓調(diào)壓電源方面 ， 可使用 PMOSFET器件作為主開(kāi)關(guān)功率器件可大幅度提高工作頻率 ， 工作頻率一般在200～ 400 kHz。 當(dāng)輸入電壓 Ui＝ 0時(shí) ， PM PM3截止 ， 電容 C1沿 V2和 CI3（ PMOSFET柵極輸入電容 ） 放電 ， 驅(qū)動(dòng)PM2導(dǎo)通；當(dāng) Ui ＞ 0時(shí) ， PM1導(dǎo)通 ， UF≈ 0， V2截止 ， 電容 CI3上的電荷沿 VD PM1放電 ， VD2的導(dǎo)通保證了 V2可靠截止 。 當(dāng) PM2關(guān)斷時(shí) ， VD4續(xù)流 ， 直到 Io＝ 0， VD4斷開(kāi) ， 接著 PM3導(dǎo)通 。Ⅰ Ⅱ0 . 0 1 ? F1 0 0 k ?1 M ?第 4章 全控型電力電子器件 圖 422所示為直流斬波的驅(qū)動(dòng)電路 。 第 4章 全控型電力電子器件 圖 421 PMOSFET逆變器 PM1Uo＋ 1 2 VPM2amp。 當(dāng)門(mén) Ⅰ 輸入高電平時(shí) ， 電路起振時(shí) ， 在 PM PM2的柵極分別產(chǎn)生高 、 低電平 ， 使它們輪流導(dǎo)通 ， 將直流電壓變?yōu)榻涣麟妷?， 實(shí)現(xiàn)逆變 。 第 4章 全控型電力電子器件 t0uGTUG1UG2圖 420 理想的柵極控制電壓波形 第 4章 全控型電力電子器件 3． 驅(qū)動(dòng)電路舉例 圖 421是一種數(shù)控逆變器 ， 兩個(gè) PMOSFET的柵極不用任何接口電路直接與數(shù)字邏輯驅(qū)動(dòng)電路連接 。 理想的柵極控制電壓波形如圖 420所示 ， 提高柵極電壓上升率 duG/dt可縮短開(kāi)通時(shí)間 ， 但過(guò)高會(huì)使管子在開(kāi)通時(shí)承受過(guò)高的電流沖擊 。 (3) 實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路間的電隔離 。 第 4章 全控型電力電子器件 2． 對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)電路的要求 (1) PMOSFETR的柵極提供所需要的柵壓 ， 以保證 PMOSFET可靠導(dǎo)通 。 (3) 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路： PM1與 PM2輪流驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通可構(gòu)成半橋式逆變器 ， 如圖 419(c)所示 。 PMOSF