【正文】
。v 散熱系統(tǒng) 、電力電子器件的驅動與保護、電力電子器件的驅動與保護v 驅動電路v 保護電路 （ 5）散熱系統(tǒng)： 散發(fā)開關器件和其他部件的功耗發(fā)熱，減小開關器件的熱心力，降低開關器件的結溫。l （ 3）緩沖器： 在開通和關斷過程中防止開關管過壓和過 流，減小 、 減小開關損耗。檢測開關器件的電流、電壓，保護主電路中的開關器件，防止過流、過壓損壞開關器件。v 、電力場效應晶體管 v 、絕緣柵雙極型晶體管 v 、其它新型電力電子器件v 、電力電子器件的驅動與保護第二章、 電力電子器件 、電力電子器件的驅動與保護l 電力電子電路的驅動、保護與控制包括如下內容：l （ 1）電力電子開關管的驅動： 驅動器接收控制系統(tǒng)輸出的控制信號，經(jīng)處理后發(fā)出驅動信號給開關管，控制開關器件的通、斷狀態(tài)。v 、 晶閘管v 、 可關斷晶閘管 功率模塊與功率集成電路 v 、電力電子器件的基本模型 216。216。PIC （ Power Integrated Circuit）：v 類似功率集成電路的還有許多名稱，但實際上各有側重 :216。? 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 ）。? 可縮小裝置體積，降低成本，提高可靠性。l 靜電感應晶體管 l 靜電感應晶閘管 l MOS控制晶閘管 l 集成門極換流晶閘管 l 功率模塊與功率集成電路 、其它新型電力電子器件 功率模塊與功率集成電路 216。 ? 20世紀 90年代后期出現(xiàn)。 MOS控制晶閘管（ MCT） 圖 MCT的 RBSOA MCT的特性l 靜電感應晶體管 l 靜電感應晶閘管 l MOS控制晶閘管 l 集成門極換流晶閘管 l 功率模塊與功率集成電路 其它新型電力電子器件 MOS控制晶閘管（ IGCT/GCT） 216。 （ 8）保護裝置： MCT可用簡單的熔斷器進行 短路保護 。 RBSOA與結溫有關，反映MCT關斷時電壓和電流的極限容量。 MOS控制晶閘管（ MCT） l MCT的特性 （兼有 MOS器件和雙極型器件的優(yōu)點） 216。 216。216。216。216。216。 MOS控制晶閘管（ MCT） 圖 PMCT的結構、 等效電路和符號2）工作原理（ PMCT）216。 2）使 PMCT觸發(fā)導通的柵極相對陽極的負脈沖幅度一般為 5～ 15V，使其關斷的柵極相對于陽極的正脈沖電壓幅度一般為 +10V。 關斷： 當柵極相對于陽極施加正脈沖電壓時， OFFFET導通， PNP晶體管基極電流中斷 , PNP晶體管中電流的中斷破壞了使 MCT導通的正反饋過程，于是 MCT被關斷。 導通： 當柵極相對于陽極加負脈沖電壓時， ONFET導通，其漏極電流使 NPN晶體管導通。 MOS控制晶閘管（ MCT） 圖 PMCT的結構、 等效電路和符號 MCT的工作原理216。 圖 (a)為 PMCT的典型結構，圖(b)為其等效電路，圖 (c)是它的表示符號 (NMCT的表示符號箭頭反向 )。216。216。216。 特點： 耐高電壓、大電流、通態(tài)壓降低、輸入阻抗高、驅動功率小、開關速度高； l 1）結構：216。 MCT自 20世紀 80年代末問世，已生產(chǎn)出300A/2023V、 1000A/1000V的器件； 216。 SITH的電導調制作用使它比 SIT的通態(tài)電阻小、壓降低、電流大，但因器件內有大量的存儲電荷， 所以它的關斷時間比 SIT要長、工作頻率要低。柵極負壓 UGK可控制陽極電流關斷，已關斷的 SITH， AK間只有很小的漏電流存在。l 2）三極： 陽極 A、陰極、柵極 G，l 3）原理：l 柵極開路，在陽極和陰極之間加正向電壓，有電流流過 SITH； l 在柵極 G和陰極 K之間加負電壓， GK之間 PN結反偏，在兩個柵極區(qū)之間的導電溝道中出現(xiàn)耗盡層， AK間電流被夾斷， SITH關斷；l 柵極所加的負偏壓越高，可關斷的陰極電流也越大。缺點： SITH制造工藝復雜，成本高； l SITH的工作原理 優(yōu)點： 與 GTO相比， SITH的 通態(tài)電阻小、通態(tài)壓降低、開關速度快、損耗小、 及 耐量高等； 216。 SIT的 柵極驅動電路比較簡單 ：關斷 SIT需加數(shù)十伏的負柵壓 UGS , 使 SIT導通，也可以加 5～ 6V的正柵偏壓 +UGS,以降低器件的通態(tài)壓降； 靜電感應晶體管（ SIT）l SIT的特性 圖 SIT的 安全工作區(qū)l 靜電感應晶體管 l 靜電感應晶閘管 l MOS控制晶閘管 l 集成門極換流晶閘管 l 功率模塊與功率集成電路 、其它新型電力電子器件 靜電感應晶閘管（ SITH） 216。SIT的漏極電流通路上不存在 PN結 ,一般不會發(fā)生熱不穩(wěn)定性和二次擊穿現(xiàn)象 ,其 安全工作區(qū) 范圍較寬； 216。 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 UGS=UP(夾斷電壓 )時，導電溝道被耗盡層所夾斷，SIT關斷 。則SIT導通 ；當加上負柵源電壓 UGS時，柵源間 PN結產(chǎn)生耗盡層。l 2）分類： SIT分 N溝道、 P溝道 兩種，箭頭向外的為 N─SIT ，箭頭向內的為 P─SIT 。l SIT的工作原理l 1）結構： SIT為 三層結構 ，其元胞結構圖如圖 (a)所示，其三個電極分別為 柵極 G，漏極 D和源極 S。 廣泛用于高頻感應加熱設備 (例如200kHz、 200kW的高頻感應加熱電源 )。v 、電力場效應晶體管 v 、絕緣柵雙極型晶體管 v 、其它新型電力電子器件v 、電力電子器件的驅動與保護第二章、 電力電子器件 、其它新型電力電子器件l 靜電感應晶體管 l 靜電感應晶閘管 l MOS控制晶閘管 l 集成門極換流晶閘管 l 功率模塊與功率集成電路 靜電感應晶體管（ SIT）216。v 、 晶閘管v 、 可關斷晶閘管 緣柵雙極型晶體管的特性與主要參數(shù) IGBT的主要參數(shù)v 、電力電子器件的基本模型 (7) 最高允許結溫 TjM： IGBT的最高允許結溫 TjM為 150℃ 。 在使用中一般通過選擇適當?shù)?UCE和柵極驅動電阻控制 ，避免 IGBT因 過高而產(chǎn)生擎住效應。IGBT的導通時間越長，發(fā)熱越嚴重，安全工作區(qū)越小。252。 緣柵雙極型晶體管的特性與主要參數(shù) l IGBT的主要參數(shù)l IGBT的主要參數(shù)v (5) 安全工作區(qū)252。v （ 3）集電極電流最大值 ICM：? IGBT的 IC增大，可至器件發(fā)生擎住效應，此時為防止 發(fā)生擎住效應，規(guī)定的集電極電流最大值 ICM。 緣柵雙極型晶體管的特性與主要參數(shù) 圖 IGBT的開關特性 v （ 1）最大集射極間電壓 UCEM： ? IGBT在關斷狀態(tài)時集電極和發(fā)射極之間能承受的最高電壓。l 關斷時間 toff： 關斷延遲時間與電流下降之和。l 開通時間 ton ：l ton = td(on) + tr 緣柵雙極型晶體管的特性與主要參數(shù) 圖 IGBT的開關特性 l 開通延遲時間 td(on) ： 從 10%U GEM到 10%I CM所需時間。圖 IGBT的伏安特性和轉移特性 IGBT的伏安特性和轉移特性 UGEUGE(TH)(開啟電壓 ,一般為 3～ 6V) ；其輸出電流 Ic與驅動電壓 UGE基本呈線性關系； 圖 IGBT的伏安特 性和轉移特性 緣柵雙極型晶體管的特性與主要參數(shù) IGBT的伏安特性和轉移特性（ 2） IGBT的轉移特性曲線（如圖 b）IGBT關斷：IGBT開通：UGEUGE(TH)；l IGBT的開關特性 252。 、絕緣柵雙極型晶體管 緣柵雙極型晶體管的特性與主要參數(shù) （ 1） IGBT的伏安特性（如圖 a)252。l 關斷： 柵射極間施加反壓或不加信號時， MOSFET內的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷， IGBT關斷。l 導通： UGE大于開啟電壓 UGE(th)時， MOSFET內形成溝道，為晶體管提供基極電流， IGBT導通。l IGBT有三個電極 : 集電極Ｃ、發(fā)射極Ｅ和柵極Ｇ 。l 簡化等效電路如圖 (b)所示。 、絕緣柵雙極型晶體管 絕緣柵雙極型晶體管及其工作原理l 1. IGBT的結構 在電機控制、中頻電源、各種開關電源以及其它高速低損耗的中小功率領域， IGBT取代了 GTR和一部分MOSFET的市場。 目前 IGBT產(chǎn)品已系列化，最大電流容量達 1800A，最高電壓等級達 4500V，工作頻率達 50kHZ。 IGBT于 1982年開始研制， 1986年投產(chǎn)，是發(fā)展最快而且很有前途的一種混合型器件。 兼具功率 MOSFET高速 開關特性和 GTR的 低導通壓降 特性兩者優(yōu)點的一種復合器件。 IGBT：絕緣柵雙極型晶體管 (Insulated Gate Bipolar Transistor) 。v 、電力場效應晶體管 v 、絕緣柵雙極型晶體管 v 、 晶閘管v 、 可關斷晶閘管 l如圖 v 、電力電子器件的基本模型 開關安全工作區(qū) (SSOA) 開關安全工作區(qū) (SSOA)反應VDMOS在關斷過程中的參數(shù)極限范圍； 由最大峰值漏極電流 IDM、最小漏源擊穿電壓 BUDS和最高結溫 TJM所決定；l 在換向速度 (寄生二極管反向電流變化率 )一定時，CSOA由漏極正向電壓 UDS(即二極管反向電壓 UR)和二極管的正向電流的安全運行極限值 IFM來決定。曲線的應用條件是：結溫 TJ＜ 150℃ ， ton與 toff均小于 1μs。 1）漏源通態(tài)電阻限制線 I(由于通態(tài)電阻 Ron大，因此器件在低壓段工作時要受自身功耗的限制 )； 2）最大漏極電流限制線 Ⅱ ； 3）最大功耗限制線 Ⅲ ； 4）最大漏源電壓限制線 Ⅳ ； 電力場效應晶體管的特性與主要參數(shù) 圖 VDMOS的 FBSOA曲線安全工作區(qū)lVDMOS開關頻率高，常處于動態(tài)過程，它的安全工作區(qū)分為三種情況：① 　正向偏置安全工作區(qū) (FBSOA)：四條邊界極限：導通時間越短，最大功耗耐量越高。關斷時間 :l 存儲 ts時間： 對應柵極電容存儲電荷的l消失過程。（ ）（ ）l(8)? 開關時間 ton與 toff開通時間： 延遲時間 td： 對應輸入電壓信號上升沿幅度為 10%Uim 到輸出電壓信號下降沿幅度為 10%Uom 的時間間隔。(6) 最大漏極電流 IDM 電力場效應晶體管的特性與主要參數(shù) 圖 VDMOS極間 電容等效電路 （ ）主要參數(shù)l(7) 最高工作頻率 fml定義；式中 CIN為器件的輸入電容 , 一般說來，器件的極間電容如圖 所示。一般 BUGS=177。l(4) 漏源擊穿電壓 BUDS BUDS決定了 VDMOS的最高工作電壓，它是為了避免器件進入雪崩區(qū)而設立的極限參數(shù)。（續(xù)）l(3) 跨導 gml跨導 gm定義 表示 UGS對 ID的控制能力的大小。當 UGS=10V， UDS為某一數(shù)值時，漏源間允許通過的最大電流稱為最大漏極電流。v 在相同條件下，耐壓等級越高的器件其 Ron值越大，另外 Ron隨 ID的增加而增加，隨 UGS的升高而減小。 電力場效應晶體管的特性 與主要參數(shù) 主要參數(shù)(1)? 通態(tài)電阻 Ron v 在確定的柵壓 UGS下， VDMOS由可調電阻區(qū)進入飽和區(qū)時漏極至源極間的直流電阻稱為通態(tài)電阻 Ron。v UT還與結溫 Tj有關， Tj升高， UT將下降 (大約 Tj每增加 45℃， UT下降 10%，其溫度系數(shù)為 ／ ℃) 。v 一般情況下將漏極短接條件下， ID=1mA時的柵極電壓定義為 UT。又叫歐姆工作區(qū)； 3）飽和區(qū) (又叫有源區(qū) )： 在 UGS＞ UT時， 且隨著 UDS的增大， ID幾乎不變 。電力場效應管的工作原理（ 1）截止：l柵（源）電壓 UGS≤ 0 或 0＜ UGS≤