[工学]电力电子技术.ppt

第1章 电力电子器件 1.1 电力电子器件概述 1 电力电子系统 1 电力电子系统 2 电力电子系统的隔离 4 电力电子器件的分类 1.2 不可控器件——电力二极管 1.2.1 电力二极管的结构与工作原理 PN结的形成 PN 结加反压截止 PN 结加反压截止 1.2.2 电力二极管的基本特性 1.2.3 电力二极管的主要参数 1.2.4 电力二极管的主要类型 1.3 半控器件—晶闸管 1.3.1晶闸管的结构与工作原理 常用晶闸管的结构 1.3.2晶闸管的基本特性 1.电流定额 2．电压定额 通态平均电压UT(AV) 在规定环境温度、标准散热条件下， 元件通以正弦半波额定电流时，阳极与阴极间电压降的平均值，称通态平均电压(又称管压降) 3．动态参数 1.3.4 晶闸管的派生器件 快速晶闸管 双向晶闸管 逆导晶闸管 光控晶闸管（光触发晶闸管） 1.4 典型全控型器件 1 门极可关断晶闸管 1. GTO的结构和工作原理 导通过程与SCR一样，只是导通时饱和程度较浅。 需经过延迟时间td和上升时间tr。 2）关断过程：与普通晶闸管不同 储存时间ts ：抽取饱和导通时储存的大量载流子，使等效晶体管退出饱和。 下降时间tf ：等效晶体管从饱和区退至放大区，阳极电流逐渐减小。 尾部时间tt ：残存载流子复合。 3. GTO的主要参数 2 电力晶体管 1. GRT的结构和工作原理 2. GRT的基本特性 静态特征 动态特征 3. GRT的主要参数 4. GRT的二次击穿现象与安全工作区 3 电力场效应晶体管 1.电力MOSFET的结构和工作原理 早期的电力场效应管采用水平结构(PMOS)，器件的源极S、栅极G和漏极D均被置于硅片的一侧(与小功率MOS管相似)。存在通态电阻大、频率特性差和硅片利用率低等缺点。 20世纪70的代中期将LSIC垂直导电结构应用到电力场效应管的制作中，出现了VMOS结构。大幅度提高了器件的电压阻断能力、载流能力和开关速度。 20世纪80年代以来，采用二次扩散形成的P形区和N+型区在硅片表面的结深之差来形成极短沟道长度(1～2μm)，研制成了垂直导电的双扩散场控晶体管，简称为VDMOS。 目前生产的VDMOS中绝大多数是N沟道增强型，这是由于P沟道器件在相同硅片面积下，其通态电阻是N型器件的2～3倍。因此今后若无特别说明，均指N沟道增强型器件。 2.电力MOSFET的基本特征 静态特征 动态特征 动态特征 3.电力MOSFET的主要参数 1）漏源通态电阻限制线I(由于通态电阻Ron大，因此器件在低压段工作时要受自身功耗的限制)； 2）最大漏极电流限制线Ⅱ； 3）最大功耗限制线Ⅲ； 4）最大漏源电压限制线Ⅳ； 在换向速度 di/dt(寄生二极管反向电流变化率)一定时，CSOA由漏极正向电压UDS(即二极管反向电压UR)和二极管的正向电流的安全运行极限值IFM来决定。 4 绝缘栅双极晶体管 1. IGBT的结构和工作原理 1. IGBT的基本特征 静态特征 动态特征 动态特征 动态特征 3. IGBT的主要参数 4. IGBT的安全区 1.5 其他新型电力电子器件 1 静电感应晶体管SIT 2 静电感应晶闸管SITH 3 MOS控制晶闸管MCT 4 集成门极换流晶闸管IGCT 1 静电感应晶体管SIT SIT的工作原理 1）结构： SIT为三层结构， 三个电极分别为栅极G，漏极D和源极S。 2）分类：SIT分N沟道、P沟道两种，箭头向内的为N─SIT，箭头向外的为P─SIT。 3）导通、关断： 栅源电压为零时，两栅极之间的导电沟道使漏极D-S之间的导通。则SIT导通； 加上负栅源电压UGS时，栅源间PN结产生耗尽层。随着负偏压UGS的增加，其耗尽层加宽，漏源间导电沟道变窄。当UGS=UP(夹断电压)时，导电沟道被耗尽层所夹断，SIT关断。 2 静电感应晶闸管SITH SITH的工作原理 1）结构：在SIT的结构的基础上再增加一个P+层即形成了SITH的元胞结构。 2）三极：阳极A、阴极、栅极G， 3）原理： 栅极开路，在阳极和阴极之间加正向电压，有电流流过SITH； 在栅极G和阴极K之间加负电压，G-K之间PN结反偏，在两个栅极区之间的导电沟道中出现耗尽层，A-K间电流被夹断，SITH关断； 栅极所加的负偏压越高，可关断的阴极电流也越大。 3 MOS控制晶闸管MCT 1、结构： MCT是在SCR结构中集成一对MOSFET构成的，通过MOSFET来控制SCR的导通和关断。 使MCT导通的M