电力电子器件特性介绍及对比.doc

晶闸管SCR/ThyristorSilicon Controlled Rectifier门极可关断晶闸管GTOGate-Turn-Off Thyristor电力晶体管GTRGiant Transistor电力场效应晶体管Power MOSFET绝缘栅双极晶体管IGBTInsulated-gate Bipolar Transistor伏安特性正向特性反向特性输出特性（共射接法）截止区放大区饱和区工作于截止区和饱和区，但开关时要经过放大区输出特性（漏极伏安特性）截止区饱和区：UDS增加时ID不再增加非饱和区：UDS增加时ID相应增加工作于截止区和非饱和区输出特性（伏安特性）正向阻断区有源区饱和区工作于正向阻断区和饱和区电压定额1. 断态重复峰值电压2. 反向重复峰值电压3. 额定电压电压定额1. 断态重复峰值电压2. 反向重复峰值电压3. 额定电压电压定额1. 最高工作电压 BUcex BUces BUcer BUceo电压定额1. 开启电压2. 漏极电压3. 栅源电压电压定额1. 最大集射极间电圧Uces电流定额1. 通态平均电流（额定电流）2. 维持电流3. 擎住电流4. 浪涌电流电流定额1. 通态平均电流（额定电流）2. 维持电流3. 擎住电流4. 浪涌电流5. 最大可关断阳极电流（GTO额定电流）6. 电流关断增益off电流定额1. 集射极间漏电流2. 集电极最大允许电流电流定额1. 漏极直流电流2. 漏极脉冲电流幅值电流定额1. 最大集电极电流额定直流电流Ic1ms脉宽最大电流Icp动态参数1. 开通时间=延迟时间+上升时间2. 关断时间=反向阻断恢复时间+正向阻断恢复时间3. 断态电压临界上升率du/dt4. 通态电流临界上升率di/dt动态参数1. 开通时间=延迟时间+上升时间2. 关断时间=储存时间+下降时间3. 断态电压临界上升率du/dt4. 通态电流临界上升率di/dt动态参数1. 开通时间=延迟时间+上升时间2. 关断时间=储存时间+下降时间动态参数1. 开通时间=延迟时间+上升时间2. 关断时间=关断延时时间+下降时间动态参数1. 开通时间=开通延迟时间+电流上升时间+电压下降时间2. 关断时间=关断延迟时间+电压上升时间+电流下降时间电流放大倍数=Ic/Ib直流电流增益hfe集电极最大允许耗散功率跨导：Gfs=dID/dUGS最大集电极功耗PcM极间电容：Ciss=Cgs+CgdCrss=CgdCoss=Cds+Cgd晶闸管SCR/ThyristorSilicon Controlled Rectifier门极可关断晶闸管GTOGate-Turn-Off Thyristor电力晶体管GTRGiant Transistor电力场效应晶体管Power MOSFET绝缘栅双极晶体管IGBTInsulated-gate Bipolar Transistor晶闸管导通条件：1. 门极注入触发电流；2. 阳极电压升至相当高造成雪崩效应；3. 阳极电压上升率du/dt过大；4. 结温较高；5. 光直接照射硅片，即光触发；GTO能够通过门极关断：(1) 设计时使a2较大，可使晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断；(2) 导通时饱和不深，a1+a2更接近于1，有利于门极控制关断；(3) 多元集成结构使GTO单元阴极面积很小，门阴极间距离大为缩短，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流，导通时饱和程度较浅一次击穿（雪崩击穿）：只要限制电流就不会损坏，工作特性不变二次击穿：永久损坏，或工作特性明显衰弱安全工作区SOA：由最高电压、集电极最大电流、最大耗散功率、二次击穿临界线确定N-漂移区（低掺杂N区）：能够承受高电压，但无电导调制效应，通态电阻增大，损耗增加双极型PNP晶体管的存在，带来电导调制效应的好处，但引入了少子储存现象，因而开关速度低于电力MOSFET，通态电阻具有正温度系数，对器件并联均流有利通态压降在电流较大（接近额定值）时具有正温度系数，并联使用时具有自动调节均流能力正常工作特性：1. 承受反压时，不论门极是否有触发电流，都不导通；2. 承受正压时，仅在门极有触发电流时，才能导通；3. 一旦导通，门极失去控制作用，无论触发电流是否存在，都保持导通；4. 若要关断，只能利用外加电压或外电路作用使晶闸管的电流降到维持电流以下；寄生二极管：在漏极和源极之间由P区、N-漂移区和N+区形成的与MOSFET反并联的二极管，使得在源、漏极间加反向电压时器件导通；擎住效应：IGBT内部寄生着一个N-PN+晶体管，与作为主开关器件的P+NP-晶体管组成了寄生晶闸管。NPN晶体管基射极间的体区电阻上，P区的横向电流会产生一定压降，相当于在NPN基射极加一个正向偏置电压。当集电极电流大到一定程度时，此电压使NPN晶体管导通，进而使NPN和PNP型晶体管互锁，进入饱和状态，于是寄生晶闸管开通，栅极失去控制作用。产生原因：1. 集电极通态连续电流大于临界值（静态）2. 关断时，内部MOSFET关断迅速，总电流很快下降，主电路分布电感在IGBT集射极上产生高压，电压上升率大，在J2结电容上产生充电电流（位移电流）CJ2dUce/dt，流过电阻Rbr时，产生正向偏置电压，使寄生晶闸管满足开通条件（动态）3. 温度升高加重危险虽然电力MOSFET是场控器件，静态时几乎不需要输入电流，但在开关过程中需对输入电容充放电，仍需一定的驱动功率。开关频率越高，需要的驱动功率越大。加正向电压时，为正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过。若正向电压超过临界值，即正向转折电压，则漏电流急剧增大，器件迅速开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。此为硬开通。反向电压超过一定的限度，到反向击穿电压后，外电路如不采取措施，则反向漏电流急剧增大，导致晶闸管发热损坏。电力MOSFET特性：1. 工作频率高；2. 驱动功率小；3. 无二次击穿现象；4. 安全工作区宽；5. 压控型，输入阻抗高，输入电流小；IGB