可关断晶闸管【PPT课件】

电 力 电 子 技 术,Power Electronics,门极可关断晶闸管（GTO，Gate Turn off Thyristor），具有普通晶闸管的全部优点，如耐压高、电流大等，同时它又是全控型器件，即在门极正脉冲电流触发下导通，在负脉冲电流触发下关断。GTO开关时间在几s至几十s之间，是目前容量唯一与晶闸管接近的全控型器件，适用于开关频率为数百至几千Hz的大功率场合。目前GTO已被广泛应用于电力机车的逆变器、电网动态无功补偿和大功率直流斩波调速装置中。,2.5 可关断晶闸管（GTO）,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.5.1基本结构和工作原理 2.5.2可关断晶闸管特性 2.5.3可关断晶闸管的驱动 2.5.4可关断晶闸管的应用特点2.6 电力晶体管2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,GTO的外部管脚与普通晶闸管相同，也有阳极A、阴极K和门极G三个电极，其外形、结构断面示意图和电气符号如图2-18所示。和普通晶闸管的不同：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。,图2-18 GTO的外形、结构断面示意图和电气图形符号a) 封装 b) 结构断面示意 c) 电气图形符号,2.5.1 基本结构和工作原理,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.5.1基本结构和工作原理 2.5.2可关断晶闸管特性 2.5.3可关断晶闸管的驱动 2.5.4可关断晶闸管的应用特点2.6 电力晶体管2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,工作原理：与普通晶闸管一样，可以用下图所示的双晶体管模型来分析1+2=1是器件临界导通的条件。当1+21时，两个等效晶体管过饱和而使器件导通；当1+21时，不能维持饱和导通而关断在GTO的等效晶体管结构中，根据式（2-6）可推导出在门极电流为负时，,2.5.1 基本结构和工作原理,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.5.1基本结构和工作原理 2.5.2可关断晶闸管特性 2.5.3可关断晶闸管的驱动 2.5.4可关断晶闸管的应用特点2.6 电力晶体管2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,2.5.1 基本结构和工作原理,off定义为GTO的电流关断增益。若off太大，则GTO处于深度饱和，不能用门极抽取电流的方法来关断。因此在允许范围内，要求1+2尽可能接近1，且2要大。导通过程:与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅。关断过程：强烈正反馈门极加负脉冲即从门极抽出电流，则Ib2减小，使IK和Ic2减小，Ic2的减小又使IA和Ic1减小，又进一步减小V2的基极电流当IA和IK的减小使1+21时，器件退出饱和而关断多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程快，承受di/dt能力强,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.5.1基本结构和工作原理 2.5.2可关断晶闸管特性 2.5.3可关断晶闸管的驱动 2.5.4可关断晶闸管的应用特点2.6 电力晶体管2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,2.5.1 基本结构和工作原理,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.5.1基本结构和工作原理 2.5.2可关断晶闸管特性 2.5.3可关断晶闸管的驱动 2.5.4可关断晶闸管的应用特点2.6 电力晶体管2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别：（1）设计电流增益2较大，使晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断（2）导通时1+2更接近1（1.05，普通晶闸管1+21.15）导通时饱和不深，接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大（3）多元集成结构使GTO元阴极面积很小，门、阴极间距大为缩短，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流,图2-19 GTO的开通和关断过程电流波形,GTO的特性与晶闸管大多相同，但也有其特殊性。开通过程与普通晶闸管类似，开通过程中需要经过延迟时间td和上升时间tr。关断过程则有所不同： 首先需要经历抽取饱和导通时储存的大量载流子的储存时间ts，从而使等效晶体管退出饱和状态； 然后是等效晶体管从饱和区退至放大区，阳极电流逐渐减小的下降时间tf； 最后还有残存载流子复合所需的尾部时间tt。,2.5.2 可关断晶闸管特性,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.5.1基本结构和工作原理 2.5.2可关断晶闸管特性 2.5.3可关断晶闸管的驱动 2.5.4可关断晶闸管的应用特点2.6 电力晶体管2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,门极负脉冲电流与时间量的关系：脉冲电流的幅值愈大、前沿越陡，存储时间ts 就越短；脉冲电流后沿陡度越缓慢，门极依然保持适当负电压，则复合时间tt可以缩短。,储存时间,下降时间,尾部时间,GTO也是电流型驱动器件，用门极正脉冲可使GTO开通，门极负脉冲可以使其关断，这是GTO最大的优点。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。,2.5.2 可关断晶闸管特性,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.5.1基本结构和工作原理 2.5.2可关断晶闸管特性 2.5.3可关断晶闸管的驱动 2.5.4可关断晶闸管的应用特点2.6 电力晶体管2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,根据GTO的导通和关断机理，GTO要求有正的触发脉冲电流使其导通，有负的脉冲电流使其关断，并不需要有持续的正、负电流保持其通态和断态。 但在实际应用中，在GTO正常导通情况下，为降低GTO的正向压降，可继续维持一定的门极驱动电流，这对于克服GTO的擎住电流较大的缺点也是有利的。关断后还应在门阴极施加约5V的负偏压以提高抗干扰能力。,2.5.3 可关断晶闸管的驱动,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.5.1基本结构和工作原理 2.5.2可关断晶闸管特性 2.5.3可关断晶闸管的驱动 2.5.4可关断晶闸管的应用特点2.6 电力晶体管2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,理想的GTO的门极电压和电流波形如图2-20b所示。门极负脉冲电流幅值越大，前沿越陡，抽走储存载流子的速度越快，储存时间就越短。若使门极负脉冲的后沿缓慢衰减，在尾部时间阶段仍能保持适当的负电压，可以缩短尾部时间。,理想的门极电流波形,2.5.3 可关断晶闸管的驱动,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.5.1基本结构和工作原理 2.5.2可关断晶闸管特性 2.5.3可关断晶闸管的驱动 2.5.4可关断晶闸管的应用特点2.6 电力晶体管2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,GTO的驱动电路如图所示，开关S1闭合时，门极正电流流通，GTO导通；开关S2闭合时，门极反电流流过，GTO关断。在GTO关断时，门极驱动电路的阻抗要极小，以便获得较陡的峰值高的门极反电流。,驱动电路,2.5.3 可关断晶闸管的驱动,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.5.1基本结构和工作原理 2.5.2可关断晶闸管特性 2.5.3可关断晶闸管的驱动 2.5.4可关断晶闸管的应用特点2.6 电力晶体管2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,GTO保留了晶闸管的大部分特点，是高压大功率领域难得的全控性器件。但其控制灵活性差、对驱动电路要求很高，器件很小的引线电感都会影响驱动效果，而且工作频率较低，同时GTO的通态管压降比较大，导通损耗大，因此通常只在特大功率场合使用GTO。,2.5.4 可关断晶闸管的应用特点,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.5.1基本结构和工作原理 2.5.2可关断晶闸管特性 2.5.3可关断晶闸管的驱动 2.5.4可关断晶闸管的应用特点2.6 电力晶体管2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,电力晶体管（GTR，Giant Transistor），是一种双极（结）型大功率高反压晶体管，因此电力晶体管也简称BJT。国际电工委员会（IEC）已规定电力晶体管用BJT缩写来表示，但由于GTR叫法已成习惯，故本书也遵循此习惯。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和功率MOSFET取代与普通的双极结型晶体管基本原理一样主要特性是耐压高、电流大、开关特性好目前常用GTR器件：单管、达林顿管、模块。,2.6 电力晶体管,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管 2.6.1基本结构和工作原理 2.6.2GTR特性及主要参数 2.6.3电力晶体管的驱动 2.6.4电力晶体管的应用特点2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,图2-21 GTR的外形、结构断面示意图和电气图形符号 a) 封装 b) 结构断面示意 c) 电气图形符号,GTR属于全控型器件，工作频率可达10kHz，被广泛用于不间断电源和交流电机调速等电力变流装置中。 GTR的外形、结构断面示意图和电气符号如图2-21所示。多为NPN结构，也有基极b、集电极c和发射极e三个电极。,2.6.1 基本结构和工作原理,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管 2.6.1基本结构和工作原理 2.6.2GTR特性及主要参数 2.6.3电力晶体管的驱动 2.6.4电力晶体管的应用特点2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,掺杂浓度低的N-,2.6.1 基本结构和工作原理,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管 2.6.1基本结构和工作原理 2.6.2GTR特性及主要参数 2.6.3电力晶体管的驱动 2.6.4电力晶体管的应用特点2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,一般采用共发射极接法，集电极电流ic与基极电流ib之比为,（1-9）, 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,当考虑到集电极和发射极间的漏电流Iceo时，ic和ib的关系为 ic= ib +Iceo （1-10）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。 hFE是直流工作情况下集电极电流与基极电流之比。一般可认为hFE,达林顿接法BJT, =M D + M + D,2.6.2 GTR特性及主要参数,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管 2.6.1基本结构和工作原理 2.6.2GTR特性及主要参数 2.6.3电力晶体管的驱动 2.6.4电力晶体管的应用特点2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,(1) 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1-16 共发射极接法时GTR的输出特性,2.6.2 GTR特性及主要参数,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管 2.6.1基本结构和工作原理 2.6.2GTR特性及主要参数 2.6.3电力晶体管的驱动 2.6.4电力晶体管的应用特点2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,（2）动态特性：开通过程,当基极输入正脉冲或正电平时，发射结转入正偏状态，基极电流随之迅速上升至幅值Ib1，引起集电极电流Ic的上升。当Ic达到其幅值Ics时，GTR被驱动到饱和工作区。,开通时间ton=延迟时间td + 上升时间tr,2.6.2 GTR特性及主要参数,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管 2.6.1基本结构和工作原理 2.6.2GTR特性及主要参数 2.6.3电力晶体管的驱动 2.6.4电力晶体管的应用特点2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,动态特性：关断过程,关断时间toff=储存时间ts+下降时间tf,GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多,从饱和状态转入截止状态；关断过程从基极电压反向，正向基极电流迅速被反向电流取代，直到ic降为零时结束。,ts是用来除去饱和导通时储存在基区的载流子的，是关断时间的主要部分。,2.6.2 GTR特性及主要参数,3其它主要参数前已述及：电流放大倍数、直流电流增益hFE、集射极间漏电流Iceo、集射极间饱和压降Uces、开通时间ton和关断时间toff 此外还有：(1)最高工作电压 UceM GTR的集电极与发射极之间的电压超过规定值时会发生击穿；-安全工作区 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。 设计时要考虑1.52倍的裕量。(2)集电极最大允许电流IcM 在规定的功耗值和散热条件下，值不低于规定值时的最大允许的集电极电流； 实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一点。(3) 集电极最大耗散功率PcM 最高工作温度下允许的耗散功率； 产品说明书中给PcM时同时给出壳温TC，间接表示了最高工作温度 。,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管 2.6.1基本结构和工作原理 2.6.2GTR特性及主要参数 2.6.3电力晶体管的驱动 2.6.4电力晶体管的应用特点2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,4二次击穿和安全工作区电压承受能力是电力电子器件的重要工作特性之一。GTR在其开关应用中的电压承受能力主要由它的集电结击穿特性决定的。一次击穿：集电极电压Uce升高至击穿电压时，Ic迅速增大，出现雪崩击穿, 但此时集电结的电压基本保持不变。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：如果Uce继续升高，外部电路又不限制Ic增大， Ic到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降，持续时间很短，一般在ns至s范围，会导致器件的永久损坏。,2.6.2 GTR特性及主要参数,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管 2.6.1基本结构和工作原理 2.6.2GTR特性及主要参数 2.6.3电力晶体管的驱动 2.6.4电力晶体管的应用特点2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,将不同基极电流下二次击穿的临界点连接起来，就构成了二次击穿临界线，临界线上的点反映了二次击穿功率PSB。GTR工作时不仅不能超过最高电压、集电极最大电流和最大耗散功率，而且不能超过二次击穿临界线。这些条件就规定了GTR的安全工作区（Safe Operating AreaSOA），如图2-24中的阴影区所示。,2.6.2 GTR特性及主要参数,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管 2.6.1基本结构和工作原理 2.6.2GTR特性及主要参数 2.6.3电力晶体管的驱动 2.6.4电力晶体管的应用特点2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,图2-24 GTR的安全工作区,集电极最大允许电流,最大耗散功率,最高工作电压,为防止二次击穿，必须在器件关断过程中尽量避免同时处于高电压、大电流的状态下运行，因为器件大电流下的耐压值大大降低。,二次击穿功率功率,开通驱动电流应使GTR处于准饱和导通状态，使之不进入放大区和深饱和区一个好的驱动电路应具有以下特征：开通时有较高的基极驱动电流脉冲以减小开通时间开通后在通态下iB要适当减小，以减小通态时基-射结损耗，同时防止GTR过饱和（过饱和时其关断时间比临界饱和时长得多，不利于关断）。,2.6.3 电力晶体管的驱动,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管 2.6.1基本结构和工作原理 2.6.2GTR特性及主要参数 2.6.3电力晶体管的驱动 2.6.4电力晶体管的应用特点2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,3. 关断时应施加反向基极电流，可进一步减小关断时间和关断损耗。4.关断后最好外加反向基射极电压，能增加GTR的集-射极间电压阻断能力。,理想的GTR基极驱动电流波形,电流控制型器件，掌握合理的驱动方法较困难,当光耦输入ui无信号时，+Vcc通过R1驱动，使V1导通，V2关断，+Vcc通过晶体管V1和基极电阻Rb驱动V导通；当光耦输入ui有信号时，晶体管V2导通，V1关断，V关断。,GTR的一种基极驱动电路,2.6.3 电力晶体管的驱动,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管 2.6.1基本结构和工作原理 2.6.2GTR特性及主要参数 2.6.3电力晶体管的驱动 2.6.4电力晶体管的应用特点2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,采用分立元件组成的GTR的一种驱动电路，包括电气隔离（光耦）和晶体管放大电路两部分。,箝位二极管VD2的作用是抗饱和，使GTR导通时处于临界饱和状态，减小储存时间ts。,GTR,图2-25 改进的 GTR基极驱动电路,2.6.3 电力晶体管的驱动,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管 2.6.1基本结构和工作原理 2.6.2GTR特性及主要参数 2.6.3电力晶体管的驱动 2.6.4电力晶体管的应用特点2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,ui,2.6.4 电力晶体管的应用特点,2.6.4 电力晶体管的应用特点,18V,2.6.4 电力晶体管的应用特点,曾经是最主要的全控型电力电子器件，由于其属于电流控制型器件，掌握合理的驱动方法较困难，合理利用安全工作区、避免二次击穿也并不容易，故电力晶体管在比较先进的电力电子装置和高功率、高速开关设计方面已逐步退出应用。由于其制造工艺简单、价格低廉，控制线路较成熟，目前在一些传统电力电子电路中还有一定的应用。,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管 2.6.1基本结构和工作原理 2.6.2GTR特性及主要参数 2.6.3电力晶体管的驱动 2.6.4电力晶体管的应用特点2.7 功率场效应晶体管2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,MOSFET是一种单极型(只有多子导电)电压全控器件。输入阻抗高开关速度快，开关时间短，一般为纳秒级，工作频率高（开关频率可达500kHz以上）驱动电路简单，特点用栅极电压来控制漏极电流无二次击穿问题、安全工作区宽等优点热稳定性优于GTR电流容量小，在各类开关电路中应用极为广泛。,2.7 功率场效应晶体管(Power MOSFETs),目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管2.7 功率场效应晶体管 2.7.1基本结构和工作原理 2.7.2功率MOSFET特性及主要参数 2.7.3功率MOSFET的驱动 2.7.4功率MOSFET的应用特点2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,2.7 功率场效应晶体管,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管2.7 功率场效应晶体管 2.7.1基本结构和工作原理 2.7.2功率MOSFET特性及主要参数 2.7.3功率MOSFET的驱动 2.7.4功率MOSFET的应用特点2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,Metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFETs),功率场效应管分为结型和绝缘栅型结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction TransistorSIT）。利用PN结的反向电压对耗尽层厚度的控制来改变漏、源极之间导电沟道的宽度，从而控制漏、源极之间的等效电阻和电流的大小。绝缘栅型一般称作绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）。利用栅极、源极之间电压形成电场来改变半导体表面感生电荷的多少，改变导电沟道的导电能力，控制漏、源极之间的等效电阻和电流。通常主要指绝缘栅型,简称功率MOSFET（Power MOSFET）,功率MOSFET的种类按导电沟道可分为 N沟道 和 P沟道耗尽型当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道增强型对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道功率MOSFET主要是N沟道增强型小功率MOS管采用的是平面水平沟道作用，电流方向与芯片表面平行。功率MOSFET具有垂直于芯片表面的导电路径，也称VMOS。其源极和漏极分置于芯片两个表面，具有较高的通流能力和耐压能力。,2.7.1 基本结构和工作原理,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管2.7 功率场效应晶体管 2.7.1基本结构和工作原理 2.7.2功率MOSFET特性及主要参数 2.7.3功率MOSFET的驱动 2.7.4功率MOSFET的应用特点2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,图2-26 功率MOSFET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,2.7.1 基本结构和工作原理,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管2.7 功率场效应晶体管 2.7.1基本结构和工作原理 2.7.2功率MOSFET特性及主要参数 2.7.3功率MOSFET的驱动 2.7.4功率MOSFET的应用特点2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,N沟道增强型VMOS（N+PN-N+）,栅极,漏极,源极,2.7.1 基本结构和工作原理,目录2.1电力电子器件的特点与分类2.2电力电子器件基础 2.3功率二极管2.4 晶闸管 2.5 可关断晶闸管（GTO） 2.6 电力晶体管2.7 功率场效应晶体管 2.7.1基本结构和工作原理 2.7.2功率MOSFET特性及主要参数 2.7.3功率MOSFET的驱动 2.7.4功率MOSFET的应用特点2.8 绝缘栅双极型晶体管*2.9 其它新型电力电子器件2.10 电力电子器件的发展趋势2.11 电力电子器件应用共性问题小结,栅氧化层（silicon dioxide,绝缘了Gate和body）,功率MOSFET漏源极之间有寄生二极管，漏源极间加反向电压时器件导通，因此功率MOSFET可看作是逆导器件。,2.7.1 基本结构和工作原理,UGS=0,截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零P基区与N区之间形成的PN结反偏，漏源极之间无电流流过,+,-,2.7.1 基本结构和工作原理,0UGSUT,+,-,多数载流子导电,加大栅源极间正电压UGS（UGG3UGG1),当UGS大于UT（开启电压或阈值电压）时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结消失，漏极和源