电力电子技术 第2章_电力电子器件0911231

第2章 电力电子器件,2.1 电力电子器件概述 2.2 不可控器件电力二极管 2.3 半控型器件晶闸管 2.4 典型全控型器件 本章小结,2.1 电力电子器件的概述,2.1.1 电力电子器件的概念和特征 2.1.2 应用电力电子器件的系统组成 2.1.3 电力电子器件的分类 2.1.4 本章内容和学习要点,2.1.1电力电子器件的概念和特征,电力电子电路的基础 电力电子器件 1.概念: 电力电子器件（power electronic device）直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制 主电路（main power circuit）电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路,2.广义上分为两类:电真空器件 (汞弧整流器、闸流管等电真空器件)半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅),3. 同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一般特征：,能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力，是最重要的参数。 电力电子器件一般都工作在开关状态。 实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。 为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热器。,2.1.1电力电子器件的概念和特征,主 要 损 耗,通态损耗：,断态损耗：,开关损耗：,开通损耗：在器件开通的转换过程中产生的损耗,关断损耗：在器件关断的转换过程中产生的损耗,对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是造成器件发热的原因之一 通常电力电子器件的断态漏电流极小，因而通态损耗是器件功率损耗的主要成因 器件开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素,导通时器件上有一定的通态压降,阻断时器件上有微小的断态漏电流流过,2.1.1电力电子器件的概念和特征,应用电力电子器件的系统组成,电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成,图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成,2.1.2,控制电路按系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的通或断，来完成整个系统的功能。,有的电力电子系统中，还需要有检测电路。广义上往往其和驱动电路等主电路之外的电路都归为控制电路，从而粗略地说电力电子系统是由主电路和控制电路组成的。,主电路中的电压和电流一般都较大，而控制电路的元器件只能承受较小的电压和电流，因此在主电路和控制电路连接的路径上，如驱动电路与主电路的连接处，驱动电路与控制信号的连接处，以及主电路与检测电路的连接处，一般需要进行电气隔离，可通过其它手段如光、磁等来传递信号,应用电力电子器件的系统组成,2.1.2,由于主电路中往往有电压和电流的过冲，而电力电子器件一般比主电路中普通的元器件要昂贵，但承受过电压和过电流的能力却要差一些，因此，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行，也往往是非常必要的。,器件一般有三个端子（或称极或管角），其中两个联结在主电路中，而第三端被称为控制端（或控制极）。器件通断是通过在其控制端和一个主电路端子之间加一定的信号来控制的，这个主电路端子是驱动电路和主电路的公共端，一般是主电路电流流出器件的端子。,应用电力电子器件的系统组成,2.1.2,电力电子器件的分类,按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类：,半控型器件,2.1.3,绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar TransistorIGBT） 电力场效应晶体管（电力MOSFET） 门极可关断晶闸管（GTO）,3）不可控器件,电力二极管（Power Diode） 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电 流决定的。,通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。,晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件 器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定,全控型器件,通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。,不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱动电路。,按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类：,按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类：,1) 电流驱动型,1) 单极型器件,电力电子器件的分类,2.1.3,2) 电压驱动型,通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制,仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制,2) 双极型器件,3) 复合型器件,由一种载流子参与导电的器件,由电子和空穴两种载流子参与导电的器件,由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件,本章内容,2.1.4,本章内容:,介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。,不可控器件电力二极管,2.2.1 电力二极管的基本结构 2.2.2 电力二极管的基本特性 2.2.3 电力二极管在电力电子电路中的应用 2.2.4 电力二极管的主要类型,2.2,电力二极管基本结构,基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样，以半导体PN结为基础，由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装,图2-2 电力二极管的外形、结构和电气图形符号a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号,2.2.1,电力二极管的基本特性,1. 静态特性 主要指其伏安特性,图2-3 电力二极管的伏安特性,2.2.2,当电力二极管承受的正向电压大到一定值（门槛电压UTO），正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。与正向电流IF对应的电力二极管两端的电压UF即为其正向电压降。当电力二极管承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。,2. 动态特性,电力二极管的基本特性,2.2.2,动态特性,关断过程：,开关特性,须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。,反映通态和断态之间的转换过程,因结电容的存在，三种状态之间的转换必然有一个过渡过程，此过程中的电压电流特性是随时间变化的。,延迟时间：td= t1- t0, 电流下降时间：tf= t2- t1反向恢复时间：trr= td+ tf,图2-5 电力二极管的动态过程波形a) 正向偏置转换为反向偏置 b) 零偏置转换为正向偏置,电力二极管的基本特性,2.2.2,图2-4 PN结的形成,电力二极管在电力电子电路中的应用,1. 整流利用二极管正偏时导通,反偏时截止的不对称非线性特性来实现整流变换. 2. 续流,2.2.3,-,+,图2-6 逆变回路a) 无二极管 b)有续流二极管,电力二极管在电力电子电路中的应用,3. 限幅,2.2.3,-,+,图2-7 限幅电路图a) 电路 b)波形,电力二极管在电力电子电路中的应用,3. 限幅,2.2.3,-,+,图2-7 限幅电路图a) 电路 b)波形,电力二极管的主要类型,1. 普通二极管（General Purpose Diode） 又称整流二极管（Rectifier Diode） 多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中 其反向恢复时间较长，一般在5s以上，这在开关频率不高时并不重要。 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上。,2.2.4,2. 快恢复二极管（Fast Recovery DiodeFRD） 恢复过程很短特别是反向恢复过程很短（5s以下）的二极管，也简称快速二极管，但其反相耐压能力较弱 从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到2030ns。,3. 肖特基二极管 以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管（Schottky Barrier DiodeSBD），简称为肖特基二极管 20世纪80年代以来，由于工艺的发展得以在电力电子电路中广泛应用 肖特基二极管的弱点 当反向耐压能力弱，因此多用于200V以下 反向漏电流较大且对温度敏感，因此断态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度 肖特基二极管的优点 反向恢复时间很短（1040ns） 正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲 在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管 其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高,电力二极管的主要类型,2.2.4,半控器件晶闸管,2.3.1 晶闸管的结构与工作原理 2.3.2 晶闸管的基本特性 2.3.3 晶闸管的主要参数 2.3.4 晶闸管的派生器件,2.3,晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR） 1956年美国贝尔实验室（Bell Lab）发明了晶闸管 1957年美国通用电气公司（GE）开发出第一只晶闸管产品 1958年商业化 开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代 20世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代 能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场合具有重要地位 晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型普通晶闸管，广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件,半控器件晶闸管,2.3,晶闸管的结构与工作原理,1.SCR结构 外形有螺栓型和平板型两种封装 引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端,图2-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号 （a） 小电流塑封式 （200A) （e） 图形符号,2.3.1,晶闸管的结构与工作原理,对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便 平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间,2.3.1,图2-7 晶闸管安装 （a） 螺栓式晶闸管 （b）平板式晶闸管,（a),（b),晶闸管的结构与工作原理,2.3.1,图2-8 晶闸管模块 （a） 晶闸管模块 （b）等效电路图,式中， 为J2漏电流,设1和2分别是晶体管V1和V2的共基极电流增益.,图2-9 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 a) 双晶体管模型 b) 工作原理,晶闸管的结构与工作原理,2.3.1,2.SCR工作原理,（2-1）,（2-2）,（2-3）,晶体管的特性是：在低发射极电流下 是很小的，而当发射极电流建立起来之后， 迅速增大。 阻断状态：IG=0，1+2很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。 开通（门极触发）：注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致1+2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA（阳极电流）将趋近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。,晶闸管的结构与工作原理,2.3.1,晶闸管的结构与工作原理,2.3.1,其他几种可能导通的情况： 阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应 阳极电压上升率du/dt过高 结温较高 光直接照射硅片，即光触发 光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中，其它都因不易控制而难以应用于实践，称为光控晶闸管（Light Triggered ThyristorLTT）。,晶闸管的结构与工作原理,2.3.1,总结：承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。 要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下 。,晶闸管的结构与工作原理,2.3.1,1 静态特性（伏安特性）第I象限的是正向特性第III象限的是反向特性,图2-10 晶闸管的伏安特性 IG2IG1IG,晶闸管的基本特性,2.3.2,2. 动态特性,图2-11 晶闸管的开通和关断过程波形,晶闸管的基本特性,2.3.2,1) 开通过程 延迟时间td：门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的10%的时间。 上升时间tr：阳极电流从10%上升到稳态值的90%所需的时间。 开通时间tgt以上两者之和， tgt=td+ tr （1-6） 普通晶闸管延迟时为0.51.5s，上升时间为0.53s。,晶闸管的开通和关断过程波形,晶闸管的基本特性,2.3.2,2) 关断过程 反向阻断恢复时间trr：正向电流降为零到反向恢复电流衰减至接近于零的时间 正向阻断恢复时间tgr：晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间 在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正向导通。 实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作。关断时间tq：trr与tgr之和，即 tq=trr+tgr （1-7)）普通晶闸管的关断时间约几百微秒。,晶闸管的开通和关断过程波形,晶闸管的基本特性,2.3.2,1. 电压定额,晶闸管的主要参数,2.3.3,在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的 正向峰值电压。, 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。,2) 断态重复峰值电压Udrm,3) 反向不重复峰值电压Ursm,1) 断态不重复峰值电压Udsm,SCR两端出现的任何不重复最大瞬时值的瞬变断态电压,4) 反向重复峰值电压Urrm,SCR反相阻断时两端出现的任何不重复最大瞬时值的瞬变断态电压,1. 电压定额,晶闸管的主要参数,2.3.3,选用：,晶闸管通以某一规定倍 数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。,5) 通态（峰值）电压UTM,额定电压,标定：,2. 电流定额,晶闸管的主要参数,2.3.3,使晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安，与结温有关。结温越高，则IH越小。,晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通所需的最小电流对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的24倍。,2) 擎住电流 IL,1) 维持电流 IH,国标规定，晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。,3) 通态平均电流 ITa,晶闸管的主要参数,2.3.3,3. 动态参数,晶闸管的主要参数,2.3.3,指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。,指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。,(2) 通态电流临界上升率di/dt,(1) 断态电压临界上升率du/dt,除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：,如何选择晶闸管？,电流定额:,额定电压:,为晶闸管实际承受的（正向或反向）电压峰值,晶闸管的型号,KP300-18F 表示额定电流为300A，额定电压为1800V，管压降为0.8V的普通型晶闸管晶闸管的种类较多，其他代号还有：K快速型、S双向型 、N逆导型、G可关断型。如KS10012G表示额定电流为100A，额定电压为1200V，管压降为1V的双向型晶闸管。,国标规定，晶闸管型号： KP型普通型晶闸管,KP,通态平均电压组别(小于100A的元件不标),额定电压级别,额定电流,普通型晶闸管,晶闸管的派生器件,1. 快速晶闸管（Fast Switching ThyristorFST) 包括所有专为快速应用而设计的晶闸管，有快速晶闸管和高频晶闸管。 管芯结构和制造工艺进行了改进，开关时间以及du/dt和di/dt耐量都有明显改善。 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10s左右。 高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。 由于工作频率较高，选择通态平均电流时不能忽略其开关损耗的发热效应。,2.3.4,2.双向晶闸管（Triode AC SwitchTRIAC或Bidirectional triode thyristor）,图2-10 双向晶闸管的电气图形符号和伏安特性 a) 电气图形符号 b) 伏安特性,晶闸管的派生器件,2.3.4,可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。 有两个主电极T1和T2，一个门极G。 正反两方向均可触发导通，所以双向晶闸管在第和第III象限有对称的伏安特性。 与一对反并联晶闸管相比是经济的，且控制电路简单，在交流调压电路、固态继电器（SSR）和交流电机调速等领域应用较多。 通常用在交流电路中，因此不用平均值而用有效值来表示其额定电流值。,3. 逆导晶闸管（Reverse Conducting ThyristorRCT）,图1-11 逆导晶闸管的电气图形符号和伏安特性 a) 电气图形符号 b) 伏安特性,晶闸管的派生器件,2.3.4,将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。 逆导晶闸管的额定电流有两个，一个是晶闸管电流，一个是反并联二极管的电流。,4. 光控晶闸管（Light Triggered ThyristorLTT）,图1-12 光控晶闸管的电气图形符号和伏安特性 a) 电气图形符号 b) 伏安特性,晶闸管的派生器件,2.3.4,又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。 小功率光控晶闸管只有阳极和阴极两个端子。 大功率光控晶闸管则还带有光缆，光缆上装有作为触发光源的发光二极管或半导体激光器。 光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响，因此目前在高压大功率的场合，如高压直流输电和高压核聚变装置中，占据重要的地位。,典型全控型器件,2.4.1 门极可关断晶闸管2.4.2 电力晶体管2.4.3 电力场效应晶体管2.4.4 绝缘栅双极晶体管,2.4,1956-1979 传统电力电子器件（ SCR及 派生器件）：半控，多用于AC-DC整流及 AC-AC 变流器中；可承受 功率大，但工作频率低；电路功率因数低，存在谐波污染 。,典型全控型器件,2.4,典型全控型器件,2.4,12kV, 1500A高压晶闸管,1980-至今 现代电力电子器件（GTO，BJT,MOSFET,IGBT）：全控，多用于DC-AC逆变器及 DC-DC 斩波器中；工作频率高，开关损耗大；电路功率因数高。 。,典型全控型器件,2.4,门极可关断晶闸管,门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor GTO）,2.4.1,6kV, 6kA GTO ( Mitsubishi),1. GTO的结构和工作原理 结构(与普通晶闸管相比) 相同点： PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。 不同点：内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元,a)实物图 b) 剖面示意图 c)电气图形符号 图 GTO,门极可关断晶闸管,2.4.1,GTO开关特性 开通：P给门极注入电流。 关断：给门极加负脉冲，即从门极抽出电流优点：可关断、电流大、耐压高。 缺点：驱动困难，门极驱动复杂，关断增益小；工作频率低（0.5-2kHz) 导通后管压降高，吸收缓冲电路损耗大造价高,门极可关断晶闸管,2.4.1,3. GTO的主要参数,门极可关断晶闸管,2.4.1,许多参数和普通晶闸管相应的参数意义相同，以下只介绍意义不同的参数。 1）最大可关断阳极电流ITGQM GTO额定电流 可以通过门极关断的最大主回路电流 2）维持电流I H 阳极电流减小至开始出现部分GTO元不能在维持导通状态的阳极电流值 触发导通后仍需提供一定的门极电流,3)擎住电流IL ：GTO经门极触发后，阳极电流上升到能够保证所有GTO元导通的最小主回路电流。,门极可关断晶闸管,2.4.1,电流关断增益off,off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A 。,。,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。,门极可关断晶闸管,2.4.1,在低于4500V的某些领域已被MOSFET，IGBT取代，但在大功率牵引中还存在一定的优势，但其它的期间也在提高容量，因此，GTO需要寻求新的定位。 发展方向：1）7000V方向2）发展性能更好而且可以把吸收电路省 掉的IGCT,术语用法： 电力晶体管（Giant TransistorGTR，直译为巨型晶体管） 耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction TransistorBJT），英文有时候也称为Power BJT。 在电力电子技术的范围内，GTR与BJT这两个名称等效。 1948年BELL实验室发明，并获NOBEL奖，目前容量可达1800V/1000A，工作频率可达5-20kHz.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。,电力晶体管,2.4.2,1. GTR的结构和工作原理,图 GTR 结构示意图 图 电气图形符号,电力晶体管,2.4.2,与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的。 主要特性是耐压高、电流大, 工作于开关状态。 通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构。,在应用中，GTR一般采用共发射极接法。 GTR的电流放大系数，反映了基极电流对集电极电流的控制能力 单管GTR的 值比小功率的晶体管小得多，通常为10左右，采用达林顿接法可有效增大电流增益。,电力晶体管,2.4.2,2. GTR的基本特性静态特性 共发射极接法时的典型输出特性：截止区、放大区和饱和区。 在电力电子电路中GTR工作在开关状态，即工作在截止区或饱和区 在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，要经过放大区,图2-16 共发射极接法时GTR的输出特性,电力晶体管,2.4.2,3. GTR的主要参数 1) 最高工作电压 GTR上电压超过规定值时会发生击穿 击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关。 BUcbo BUcex BUces BUcer Buceo 实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比BUceo低得多。,电力晶体管,2.4.2,2) 集电极最大允许电流IcM 实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一点。,电力晶体管,2.4.2,4. 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Ic增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降。 常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变 。,电力晶体管,2.4.2,开关特性：开通：注入足够的基极电流关断：提供反向基流维持通态：保证有足够的基极电流特点： 电流控制型器件，驱动功率大； 导通电阻小，通态压降小； 开关频率小，典型开关频率只有5kHz. 有二次击穿现象,电力晶体管,2.4.2,1. 电力MOSFET的结构和工作原理电力MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道 电力MOSFET主要是N沟道增强型,电力场效应晶体管,2.4.3,导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。,图 电力MOSFET的结构和电气图形符号,3. 电力MOSFET的主要参数,电力场效应晶体管,2.4.3,电力MOSFET电压定额，具有正温度系数，结温每升高1000C，UDS增加10%,1) 漏极电压UDS,2) 漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM,电力MOSFET电流定额,3) 栅源电压UGS,栅源之间的绝缘层很薄， UGS20V将导致绝缘层击穿 。,电力场效应晶体管,特点用栅极电压来控制漏极电流 驱动电路简单，需要的驱动功率小。 开关速度快，工作频率高。 温度稳定性好。 导通电阻大，但通态电阻有正温度系数。 电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置 。,2.4.3,绝缘栅双极晶体管,2.4.4,容量水平：1200-1600A/1800-4500V，工作频率可达40kHz 在高频应用领域，可工作与150kHz的IGBT已经商品化，6.5kV的高压IGBT也走向应用,绝缘栅双极晶体管,GTR和GTO的特点双极型，电流驱动，有电导调制效应，通流能力很强，开关速度较低，所需驱 动功率大，驱动电路复杂。 MOSFET的优点单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。 两类器件取长补短结合而成的复合器件Bi-MOS器件绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor IGBT或IGT）GTR和MOSFET复合，结合二者的优点，具有好的特性。1986年投入市场后，取代了GTR和一部分MOSFET的市场,中小功率电力电子设备的主导器件。继续提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位。,2.4.4,1. IGBT的结构和工作原理 三端器件：栅极G、集电极C和发射极E,图2-22 IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号 a) 内部结构断面示意图 b) 简化等效电路 c) 电气图形符号,绝缘栅双极晶体管,2.4.4,IGBT的结构 IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区，形成了一个大面积的P+N结J1。使IGBT导通时由P+注入区向N基区发射少子，从而对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的通流能力。 简化等效电路表明，IGBT是GTR与MOSFET组成的达林顿结构，一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。RN为晶体管基区内的调制电阻。,绝缘栅双极晶体管,2.4.4,IGBT的原理驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，通断由栅射极电