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第二章全控型电力电子器件,GTO门极可关断晶闸管GTR电力晶体管MOSFET电力场效应晶体管IGBT门极绝缘栅双极晶体管,模块,IGBT,1.1什么是电力电子技术-电力电子器件,开关器件IGCT＝驱动电路＋GCT,4kA/4.5kVIGCT,663A/4.5kVIGCT,GCT分解部件,1.1什么是电力电子技术-开关器件,第一节门极可关断（GTO）晶闸管,1.结构,与普通晶闸管的相同点PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极；,和普通晶闸管的不同点GTO是一种多元的功率集成器件，内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极则在器件内部并联在一起。,2.导通关断条件,导通同晶闸管，AK正偏，GK正偏关断门极加负脉冲电流,3.特点,全控型容量大off≈5电流控制型,电流关断增益off最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益,1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A。,第二节GTR电力晶体管,电力晶体管GTR（GiantTransistor，巨型晶体管）耐高电压、大电流的双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistorBJT），英文有时候也称为PowerBJT在电力电子技术的范围内，GTR与BJT这两个名称等效。应用20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代,1.单管GTR,单管GTR的基本工作原理与晶体管相同作为大功率开关管应用时，GTR工作在截止和导通两种状态。主要特性是耐压高、电流大、开关特性好,2．达林顿GTR,单管GTR的电流增益低，将给基极驱动电路造成负担。达林顿结构是提高电流增益一种有效方式。达林顿结构由两个或多个晶体管复合而成，可以是PNP型也可以是NPN型，其性质由驱动管来决定达林顿GTR的开关速度慢，损耗大,3．GTR模块,将GTR管芯、稳定电阻、加速二极管、续流二极管等组装成一个单元，然后根据不同用途将几个单元电路组装在一个外壳之内构成GTR模块。目前生产的GTR模块可将多达6个互相绝缘的单元电路做在同一模块内，可很方便地组成三相桥式电路。,3.GTR的二次击穿现象,一次击穿集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大，出现雪崩击穿；只要Ic不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变。二次击穿一次击穿发生时，如果继续增高外接电压，则Ic继续增大，当达到某个临界点时，Uce会突然降低至一个小值，同时导致Ic急剧上升，这种现象称为二次击穿，二次击穿的持续时间很短，一般在纳秒至微秒范围，常常立即导致器件的永久损坏。必需避免。,安全工作区,防止二次击穿，采用保护电路，同时考虑器件的安全裕量，尽量使GTR工作在安全工作区。,4.特点,全控型，电流控制型二次击穿（工作时要防止）中大容量，开关频率较低,第三节功率场效应晶体管（MOSFET）,G栅极D漏极S源极,电力MOSFET的结构和电气图形符号a内部结构断面示意图b电气图形符号,1.导通关断条件,漏源极导通条件在栅源极间加正电压UGS漏源极关断条件栅源极间电压UGS为零,2.特点,控制级输入阻抗大驱动电流小防止静电感应击穿中小容量，开关频率高导通压降大（不足）,第四节绝缘栅双极晶体管IGBT）,绝缘栅双极型晶体管简称为IGBT（InsulatedGateBiopolarTransistor）,是80年代中期发展起来的一种新型复合器件。IGBT综合了MOSFET和GTR的输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大的优点。成为当前电力半导体器件的发展方向。,1.结构,复合结构（MOSFETGTR）,栅极,集电极,发射极,2.导通关断条件,驱动原理与电力MOSFET基本相同，属于场控器件，通断由栅射极电压uGE决定导通条件在栅射极间加正电压UGEUGE大于开启电压UGEth时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。关断条件栅射极反压或无信号栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。,3.特点,高频，容量大反向耐压低（必须反接二极管）模块化驱动和保护有专用芯片,其他电力电子器件,MCTMOS控制晶闸管SIT静电感应晶体管SITH静电感应晶闸管,本章小结,1、根据开关器件是否可控分类（1）不可控器件二极管VD（2）半控器件普通晶闸管SCR（3）全控器件GTO、GTR、功率MOSFET、IGBT等。2、根据门极栅极驱动信号的不同（1）电流控制器件驱动功率大，驱动电路复杂，工作频率低。该类器件有SCR、GTO、GTR。（2）电压控制器件驱动功率小，驱动电路简单可靠，工作频率高。该类器件有P-MOSEET、IGBT。,