第2章2器件——全控型器件.pptVIP

自动化与信工程学院电气系 --电力电子技术-- 全控型器件 Full-controlled Devices 主讲：伍文俊 目录 门极可关断晶闸管 电力晶体管 电力MOSFET 绝缘栅双极晶体管 其他全控型器件 * * §2.2 门极可关断晶闸管GTO(Gate-Turned-Off Thyristor) 一、结构与工作原理 1、结构： 多元集成元件，放射门极结构。它可以等效成多个小GTO元的集成(并联)---可实现门极控制关断。 对比晶闸管：中央门极结构 * 2、工作原理 与普通晶闸管相同，可采用双晶体管模型分析。开关速度高于普通晶闸管，di/dt承受能力大于晶闸管。 3、电气符号 晶闸管？ * 二、工作特性 1、特点 1）门极可以控制开通，也可以控制关断； ----全控型 流控型器件 脉冲控制型 2）开通条件：正向阳极电压，正向门极电压； 关断条件：门极加负脉冲（不能通过门极电流为零关断） 3）开关速度及di/dt承受能力高于晶闸管 4）单向导电性。 2、静态特性 伏安特性同晶闸管 * 3、动态特性 1）开通过程： 开通时间： ton=td+tr O t 0 t i G i A I A 90% I A 10% I A t t t f t s t d t r t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 抽取饱和导通时储存的大量载流子的时间 等效晶体管从饱和区退至放大区，阳极电流逐渐减小时间 残存载流子复合所需时间 * 2）关断过程： 关断时间: toff=ts+tf+tt 存储时间ts :IA—0.9IA 下降时间tf: 0.9IA—0.1IA 拖尾时间tt:远大ts 门极负脉冲电流幅值越大，前沿越陡。抽走存储载流子的速度越快，ts越小。若使门极负脉冲的后沿缓慢衰减，在tt阶段仍能保持适当的负电压，则tt越小。 三、可关断晶闸管的主要参数 1、开通时间ton 2、关断时间toff * 3、最大可关断阳极电流IATO GTO通过负脉冲能够关断的最大阳极电流。它是GTO的额定电流。 4、电流关断增益βoff 最大可关断电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比。 一般很小，5~10。若1000A的GTO，门极负脉冲为200~100A，很大，这是GTO的缺点。 Back * 1、结构 普通晶体管结构 GTR结构 符号 §2.3 电力晶体管GTR(Giant Transistor—Power BJT) 一、结构与工作原理 由至少两个晶体管按达林顿接法组成，同GTO一样采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成。 2、工作原理 同普通的双极结型晶体管 3、电气符号 Bipolar junction transistor * 二、工作特性 2、静态特性 3）开关频率较高、动态性能好、承受功耗小、控制方便。阻断能力差、瞬态过电压及过载能力差。 1、特点 1）门极可以控制开通，也可以控制关断； ----全控型 流控型器件 电平控制型 2）开通条件：正向集射极电压，正向基极电流； 关断条件：基极加负脉冲 截止区，饱和区，放大区。 * 3、动态特性 ts：存储时间 tf：集电极电流下降时间 开通时间： ton=td+tr td：延迟时间； tr：集电极电流上升时间； 关断时间： toff=ts+tf 无拖尾----开关速度快，在80年代是主要的功率控制器件 * 1） 一次击穿 一次击穿后，无措施，集电极电流继续增大到某值，集射极电压陡然下降，产生局部过热击穿，称二次击穿，元件损坏 。 4、二次击穿与安全工作区 集射极电压升至某一值时，集电极电流迅速增大，产生雪崩击穿，此时集电极电流不超过允许电流，称一次击穿。即：AB段。 2） 二次击穿 3） 二次击穿临界线 * 4） 安全工作区 安全工作区SOA(Safe Operation Area)是指在输出特性曲线图上GTR能够安全运行的电流、电压的极限范围。 最高电压UceM、 集电极最大电流IcM、 最大耗散功率PcM、 二次击穿临界线限定。 * 三、主要参数 （1）最高工作电压 集电极额定电压 UCEM 应 小于 UCEO UCEO 基极开路，集电极电流较大时，集射极间的击穿电压。 （2）集电极额定电流 集电极最大允许电流ICM 。 （3）集电极最大耗散功率PCM Back * §2.4 电力MOSFET(Power Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor) 一、结构与工作原理