电力电子技术 作者 程显吉 第1章 电力电子器件.pptVIP

1.4　全控型电力电子器件 1.4.2　电力晶体管 　　电力晶体管是一种双极型大功率高反压晶体管，简称GTR，欧美国家习惯于用BJT来代表电力晶体管。它具有自关断能力，并具有开关时间短、饱和压降低、安全工作区宽等特点。近年来由于GTR实现了高频化、模块化、廉价化，因此被广泛用于交流电动机调速、不间断电源和中频电源等电力电子装置中。1.GTR的结构、特性与主要参数(1)GTR的结构　GTR是由三层半导体(两个PN结)组成的。 (2)GTR的工作原理　在电力电子技术中，GTR主要工作在开关状态，常用开通、导通、关断、阻断四个术语表示不同的工作状态，导通和阻断是表示GTR接通和断开的两种稳态工作情况，开通和关断表示GTR由断到通和由通到断的动态工作过程。 1.4　全控型电力电子器件 图1-11　GTR的外形、结构和电气图形符号a)外形　b)结构　c)电气图形符号 1.4　全控型电力电子器件 2. GTR的特性与主要参数(1)GTR共射电路输出特性　在共射电路中,GTR的集电极电压UCE与集电极电流IC的关系曲线称为输出特性曲线，如图1-12所示。 (2)GTR的主要参数1)共射极电流放大倍数β。2)最高工作电压。3)集电极最大允许电流ICM。4)集电极最大耗散功率PCM。5)开关参数。 图1-12　GTR共射电路输出特性曲线 1.4　全控型电力电子器件 3.GTR的应用 GTR具有自关断能力，并有开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽等特点。近几年来，由于GTR实现了高频化、模块化、廉价化，因此被广泛用于交流电动机调速、不间断电源和中频电源等电力变流装置中。在使用时必须注意如下事项：1)GTR是大功率器件，必须选配合适的散热器。2)GTR关断时，需要提供足够大的反向基极电流，因此应选择合适的基极驱动电路。3)GTR不能承受超过其额定值的浪涌电压与电流的冲击，使用时必须要有电压及电流缓冲保护措施。 1.4　全控型电力电子器件 1.4.3　电力场效应晶体管 　　场效应晶体管分为结型场效应晶体管和绝缘栅型场效应晶体管，电力场效应晶体管常指绝缘型中的MOS型，简称电力MOSFET。它是一种单极型电压控制器件，具有输入阻抗高(可达40MΩ以上)、工作速度快(开关频率可达500kHz以上)、驱动功率小且电路简单、热稳定性好等优点。目前电力MOSFET的耐压可达1000V，电流为200A，开关时间仅13ns。因此它在小容量机器人传动装置、荧光灯镇流器及各类开关电路中应用极为广泛。 1.4　全控型电力电子器件 1.电力MOSFET的结构、特性与参数(1)电力MOSFET的结构　电力MOSFET可分为N沟道和P沟道两种类型，其外形、结构和电气图形符号如图1-13所示。 　　N沟道增强型MOSFET只有在栅极电压大于零时才存在导电N沟道。MOSFET采用了垂直导电结构，大大提高了器件的耐压能力；采用由许多个小MOSFET元组成的多元集成结构，大大提高了器件的耐电流能力。 1.4　全控型电力电子器件 (2)电力MOSFET的工作原理　当栅源电压UGS≤0时，漏源极之间无电流流过；当UGS≤UT(UT为开启电压)时，漏源极之间仍无电流流过，电力MOSFET处于截止状态。 图1-13　电力MOSFET的外形、结构和电气图形符号a)外形　b)结构　c)电气图形符号 1.4　全控型电力电子器件 2. 电力MOSFET的特性与参数(1)静态输出特性　在不同的UGS下，漏极电流ID与漏极电压UDS间的关系曲线族称为电力MOSFET的输出特性曲线。 (2)电力MOSFET的主要参数1)跨导Gfs。2)漏极电压UDS。3)漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM。4)栅源电压UGS。5)开关特性与参数。 图1-14　电力MOSFET的输出特性曲线 1.4　全控型电力电子器件 3. 电力MOSFET的使用注意事项1)不使用时，须将三个电极短接在一起，以免由于静电的作用造成管子损坏。2)焊接时，应将电烙铁可靠接地，以免感应击穿。3)使用时，要注意UDS、UGS和PDM等不要超过规定的最大允许值。 1.4　全控型电力电子器件 1.4.4　绝缘栅双极型晶体管 　　绝缘栅双极型晶体管简称IGBT，是一种复合型电力电子器件。由于它结合了电力MOSFET和GTR的特点，既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有输入通态电压低、耐压高和承受电流大的特点，其导通电阻是同一耐压规格的电力MOSFET的1/10，开关时间是同容量GTR的1/10，这些都使IGBT比GTR有更大的吸引力。在变频器驱动电动机、中频和开关电源以及要求快速、低损耗的领域，IGBT有着主导地位。1.IGBT的基本结构及工