【正文】 s ， 常在較高頻率 (400Hz)的整流 、 逆變和變頻等電路中使用 ， 它的基本結(jié)構(gòu)和伏安特性與普通晶閘管相同 。s ～ 50181。 (2)雙向晶閘管 雙向晶閘管不論從結(jié)構(gòu)還是從特性 方面來說 ， 都可以看成是一對反向并 聯(lián)的普通晶閘管 。 ? 雙向晶閘管在第 Ⅰ 和第 Ⅲ 象限有對稱的伏安特性 。 ? 由于逆導(dǎo)晶閘管等效于 反并聯(lián)的普通晶閘管和整 流管，因此在使用時，使 器件的數(shù)目減少、裝置體 積縮小、重量減輕、價格 降低和配線簡單，特別是 消除了整流管的配線電感 ，使晶閘管承受的反向偏 置時間增加 。 ? 光控晶閘管符號和等效電路 ? 光控晶閘管的伏安特性 光控晶閘管的符號及等效電路 光控晶閘管的伏安特性 可關(guān)斷晶閘管 GTO ? 可關(guān)斷晶閘管 GTO(Gate TurnOff Thyristor)，門極信號不僅能控制其導(dǎo)通，也能控制其關(guān)斷。 ? 可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)、等效電路和符號 可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)、等效電路和符號 2. 可關(guān)斷晶閘管的工作原理 (1) 開通過程 ? GTO也可等效成兩個晶體管 P1N1P2和 N1P2N2互連 ， GTO與晶閘管最大區(qū)別就是導(dǎo)通后回路增益 α1+α2數(shù)值不同 。 因而 GTO處于臨界飽和狀態(tài) 。 (2) 關(guān)斷過程 ? 當(dāng) GTO已處于通態(tài)時 ， 對門極加負(fù)的關(guān)斷脈沖 ， 形成－ IG， 相當(dāng)于將IC1的電流抽出 ， 使晶體管 N1P2N2的基極電流減小 ， 使 IC2和 IK隨之減小 ， IC2減小又使 IA和 IC1減小 ， 這是一個正反饋過程 。 ? 由于 GTO處于臨界飽和狀態(tài)，用抽走陽極電流的方法破壞臨界飽和狀態(tài)，能使器件關(guān)斷。 (1) GTO的陽極伏安特性 GTO的陽極伏安特性 (2) GTO的開通特性 ? 開通時間 ton由延遲時間 td和上升時間 tr組成 。 (3) GTO的關(guān)斷特性 ? 關(guān)斷 過程 toff由儲存時間 ts、下降時間 tf、 尾部時間 tt組成 。 GTO的開關(guān)特性 4. 可關(guān)斷晶閘管的主要參數(shù) GTO有許多參數(shù)與晶閘管相同，這里只介紹一些與晶閘管不同的參數(shù)。 (2) 關(guān)斷增益 ?off ? GTO的關(guān)斷增益 ?off為最大可關(guān)斷陽極電流 IATO與門極負(fù)電流最大值 IgM之比 ?off通常只有 5左右。 2. 雙極型功率晶體管的工作原理 ? 與三極管的工作原理相同 ? 單個 BJT電流增益較低 ， 驅(qū)動時需要較大的驅(qū)動電流 ， 為了提高電流增益 ，常采用達(dá)林頓結(jié)構(gòu) 。 BJT的開關(guān)響應(yīng)特性 (2) BJT的開關(guān)特性 (3)雙極型功率晶體管的安全工作區(qū) ① 正向偏置安全工作區(qū) ? BJT的正向偏置安全工作區(qū)是由集電極最大電流 ICM、 集電極最大允許耗散功率 PCM、 二次擊穿耐量有關(guān)的 PSB和集射極最大電壓 UCEO所組成的區(qū)域 。 ② 反向偏置安全工作區(qū) ? 為了使晶體管截止而不被擊穿 ， 電壓與電流的工作點必須選在反向安全工作區(qū)之內(nèi) 。 BJT的 正向偏置安全工作區(qū) BJT反向偏置安全工作區(qū) (4) 雙極型功率晶體管的二次擊穿 ① 一次擊穿 ? 集電極電壓升高至擊穿電壓時， Ic迅速增大，出現(xiàn)雪崩擊穿 ? 只要 Ic不超過限度， BJT一般不會損壞，工作特性也不變 ②二次擊穿 ? 一次擊穿發(fā)生時 Ic增大到某個臨界點時會突然急劇上升，并伴隨電壓的陡然下降 ? 常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變 4. 雙極型功率晶體管的主要參數(shù) (1) 最高工作電壓 即最高集電極電壓的額定值。 ? UEBO是集電極開路時射基極間的反向擊穿電壓； ? UCBO是發(fā)射極開路時集基極間的反向擊穿電壓。 （ 2）集電極最大電流 ICM 即集電極允許流過的最大電流值。實際使用中要留有裕量，通常只用到 ICM值的（ 1/3~1/2）。 產(chǎn)品手冊中給出 PCM參數(shù)時 ，總是同時給出殼溫 TC， 間接表示了最高工作溫度 。 （ 5） BJT的反向電流 BJT的反向電流會消耗一部分電源能量 ， 會影響管子的穩(wěn)定性 。 有 ICBO、 ICEO和 IEBO。 是晶體管能正常工作的最高允許結(jié)溫 。 ? 根據(jù)導(dǎo)電溝道的類型可分為 N溝道和 P溝道兩大類； ? 根據(jù)零柵壓時器件的導(dǎo)電狀態(tài)又可分為耗盡型和增強型兩類； ? 電力 MOSFET主要是 N溝道增強型 1. 功率場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu) 功率 MOSFET在特性上的優(yōu)越 之處在于沒有熱電反饋引起的二 次擊穿 、 輸入阻抗高 、 跨導(dǎo)的線 性度好和工作頻率高 。 此時即使在漏源之間施加電壓也不會形成 P區(qū)內(nèi)載流子的移動 ， 即 VMOS管保持關(guān)斷狀態(tài) 。 ? 當(dāng)柵源極電壓 UGS＞ 0且不夠充分時 ， 柵極下面的 P型區(qū)表面呈現(xiàn)耗盡狀態(tài) ， 還是無法溝通漏源 ， 此時 VMOS管仍保持關(guān)斷狀態(tài) 。 通常把導(dǎo)電的反型層稱作溝道 。 (1) 功率 MOSFET的轉(zhuǎn)移特性 ? 轉(zhuǎn)移特性表示功率 MOSFET的輸入柵源電壓 UGS與輸出漏極電流 ID之間的關(guān)系 。 功率場效應(yīng)晶體管的 轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 (2) 功率 MOSFET的輸出特性 ? 當(dāng)柵源電壓 UGS一定時 ， 漏極電流 ID與漏源電壓 UDS間關(guān)系曲線稱為VMOSFET的輸出特性 。 柵源電壓 UGS越大 ， 漏極電流越大 ， 可見漏極電流 ID受柵源電壓 UGS的控制 。 ? 可調(diào)電阻區(qū) Ⅰ ， 器件的電阻值是變化的 。 ? 飽和區(qū) Ⅱ ， 當(dāng) UGS不變時 ， ID趨于不變 。 使用時應(yīng)避免出現(xiàn)這種情況 。 只有當(dāng)柵源電壓 UGS超過 U G ( t h )時 ， 使MOSFET進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài) 。 輸出特性分為三個區(qū)域 ， 可調(diào)電阻區(qū) 、 飽和區(qū)和雪崩區(qū) 。 當(dāng)柵源電壓 UGS一定時 ， 器件內(nèi)的溝道已經(jīng)形成 ， 若漏源電壓 UDS很小時 ， 對溝道的影響可忽略 ，溝道的寬度和電子的遷移率幾乎不變 ， 所以 ID與 UDS幾乎呈線性關(guān)系 。 ? 雪崩區(qū) Ⅲ ， 當(dāng) UDS增大至使漏極 PN結(jié)反偏電壓過高 ， 發(fā)生雪崩擊穿 ，ID突然增加 ， 此時進(jìn)入雪崩區(qū) Ⅲ ， 直至器件損壞 。 (3) 功率 MOSFET的開關(guān)特性 ① 開通特性 ? 在 t＝ t0時 ， 加?xùn)艠O電壓信號 uGG， 通過 RG對柵源電容 CGS充電 ， 柵極電流 iG呈指數(shù)曲線下降 ， 柵極電壓 uGS呈指數(shù)曲線上升 。 當(dāng) t＝ t2時 ， 漏極電流上升到 iD＝ Io， 此時 ， 柵極電壓達(dá)到恒定值 ， uGS≈uGG， iG下降到接近 0。 ? 當(dāng) t﹥ t3時 ， 漏源極電壓保持通態(tài)最小值 UDS(ON) ， 此時柵極電流 iG繼續(xù)對 CGD充電 ， 柵極電壓 uGS按指數(shù)曲線上升 ， 直到 t4時刻 ， uGS達(dá)到 uGG，iG＝ 0， 器件進(jìn)入完全導(dǎo)通狀態(tài) 。 ? 當(dāng) t﹥ t7時 ， 柵極電壓 uGS繼續(xù)按指數(shù)曲線下降到零 ， 此時柵極電流 iG為零 。 從脈沖電壓下降到零到漏極電流開始減小 。 功率場效應(yīng)晶體管的 開關(guān)特性 ① 開通時間 從脈沖電壓的前沿到 iD出現(xiàn) ， 這段時間用 ⊿ t10＝ t1t0表示 ， 也稱為開通延遲時間 td， 從 iD開始上升到 iD達(dá)到穩(wěn)態(tài)值所用時間用 ⊿ t21＝ t2t1表示 ，也稱為上升時間 tr。 toff＝ ts＋ tf ? 由于 MOSFET只靠多數(shù)載流子導(dǎo)電 ， 不存在儲存效應(yīng) ， 因此開關(guān)過程比較快 ， 開關(guān)時間在 10100ns之間 ， 是常用電力電子器件中開關(guān)頻率最高的 。 ① 正向偏置安全工作區(qū) (FBSOA) ? 正向偏置安全工作區(qū)由四條邊界極限所包圍的區(qū)域 。 ② 開關(guān)安全工作區(qū) (SSOA) ? 開關(guān)安全工作區(qū) (SSOA)表示器件工作的極限范圍 。 二極管反向恢復(fù)期內(nèi)漏源極的電壓上升率稱為二極管恢復(fù)耐量 ， 二極管恢復(fù)耐量是功率MOSFET可靠性的一個重要參數(shù) 。 （ 2）柵源擊穿電壓 BUGS 該電壓表征了功率 MOSFET柵源之間能承受的最高電壓。 （ 4）開啟電壓 UG(th) 又稱閾值電壓，它是指功率 MOSFET流過一定量的漏極電流時的最小柵源電壓。 (6) 極間電容 是影響其開關(guān)速度的主要因素。 絕緣柵雙極型晶體管 IGBT ? 絕緣柵雙極型晶體管 IGBT是 80年代中期問世的一種新型復(fù)合電力電子器件，由于它兼有 MOSFET的快速響應(yīng)、高輸入阻抗和 BJT的低通態(tài)壓降、高電流密度的特性，這幾年發(fā)展十分迅速。從圖中我們還可以看到在集電極和發(fā)射極之間存在著一個寄生晶閘管，寄生晶閘管有擎住作用。 IGBT的低摻雜 N漂移區(qū)較寬，因此可以阻斷很高的反向電壓。 ? 當(dāng) UCE＞ 0時 ， 分兩種情況： ① 若門極電壓 UGE＜開啟電壓 UG(th)， IGBT呈正向阻斷狀態(tài) 。 IGBT的結(jié)構(gòu)、符號及等效電路 2. 絕緣柵雙極型晶體管的工作原理 (1) IGBT的伏安特性 伏安特性分 3個區(qū)域：正向阻斷區(qū) 、 有源放大區(qū)和飽和區(qū) 。 當(dāng) U GE U G ( t h ) ， VMOS 溝道體區(qū)內(nèi)形成導(dǎo)電溝道 ， IGBT 進(jìn)人正向?qū)顟B(tài) 。 在規(guī)定的集電極電流范圍內(nèi) ， 這個正偏置電壓不會使 NPN晶體管導(dǎo)通；當(dāng) IC大到一定程度時 ，該偏置電壓使 NPN晶體管開通 ， 進(jìn)而使 NPN和 PNP晶體管處于飽和狀態(tài) 。 (5) 安全工作區(qū) IGBT的安全工作區(qū) 4. 絕緣柵雙極型晶體管的主要參數(shù) (1) 集射極額定電壓 UCEO ? IGBT最大耐壓值 。 只有柵射極電壓小于額定電壓值 ， 才能使 IGBT導(dǎo)通而不致?lián)p壞 。 (4) 集電極額定電流 IC ? 在額定的測試溫度 (殼溫為 25℃ )條件下， IGBT所允許的集電極最大直流電流。通常 IGBT的集射極飽和電壓在 ～ 3V之間。 驅(qū)動電路一般分為是單電源驅(qū)動還是雙電源驅(qū)動 ，是直接驅(qū)動還是隔離驅(qū)動 。 晶閘管的門極驅(qū)動電路 ① 驅(qū)動信號可以是交流 、 直流或脈沖 ， 為了減小門極的損耗 ， 驅(qū)動信號常采用脈沖形式 。 驅(qū)動電壓和驅(qū)動電流應(yīng)大于晶閘管的門極觸發(fā)電壓和門極觸發(fā)電流 。 觸發(fā)脈沖的寬度一般應(yīng)保證晶閘管陽極電流在脈沖消失前能達(dá)到擎住電流 ， 使晶閘管導(dǎo)通 ， 這是最小的允許寬度 。s 或800mA/181。 。 ? 基于脈沖變壓器 Tr和晶體管放大器的驅(qū)動電路如圖所示，當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出的高電平信號加至晶體管 V1后，變壓器輸出電壓經(jīng) VD2輸出脈沖電流 IG觸發(fā) SCR導(dǎo)通。 ? 變壓器原邊上面接的是強觸發(fā)環(huán)節(jié) 帶 脈沖變壓器 的驅(qū)動電路 可關(guān)斷晶閘管的門極驅(qū)動電路 1. 對門極驅(qū)動信號的要求 ? 根據(jù) GTO的特性，在其門極加正的驅(qū)動電流， GTO將導(dǎo)通；要使GTO關(guān)斷，需要在其門極加很大的負(fù)電流。 ? 門極驅(qū)動信號要足夠大，脈沖前沿越陡越有利，而后沿平緩些好。 2. 門極驅(qū)動電路型式 （ 1） 恒壓源關(guān)斷控制 晶體管 V1控制 GTO觸發(fā)導(dǎo)通； V2控制 GTO關(guān)斷 。 （ 2） 變壓源關(guān)斷控制 ? 晶體管 V通過電容 C供給 GTO觸發(fā)脈沖信號 ，GTO導(dǎo)通時 ， 電容 C充電 。 恒壓源關(guān)斷控制 電路 變壓源關(guān)斷控制 電路 雙極型功 率晶體管的基極驅(qū)動電路 1. BJT的驅(qū)動電路的重要性 ? 驅(qū)動電路性能不好 ， 輕則使 BJT不能正常工作 ， 重則導(dǎo)致 BJT損壞 。 ? 增加基極驅(qū)動電流使電流上升率增大 ， 使 BJT飽和壓降降低 ， 從而減小開通損耗 。 ? 驅(qū)動電路是否具有快速保護(hù)功能 ， 是決定 BJT在過電壓或過電流后是否損壞的關(guān)鍵因素之一 。 ② BJT關(guān)斷時 ， 反向注入的基極電流峰值及下降率應(yīng)充分大 ， 以縮短關(guān)斷時間 。 ④ BJT瞬時過載時 ， 驅(qū)動電路應(yīng)能相應(yīng)地提供足夠大的驅(qū)動電流 ，保證 BJT不因退出飽和區(qū)而損壞 。 ? 為了提高工作速度 ， 降低開關(guān)損耗 ， 多采用抗飽和措施；為了確保器