全控型电力电子器件

1、导通：同晶闸管，导通：同晶闸管，AK正偏，正偏，GK正偏正偏关断：门极加负脉冲电流关断：门极加负脉冲电流3.特点n全控型n容量大n off5n电流控制型电流关断增益电流关断增益 off ： 最大可关最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流断阳极电流与门极负脉冲电流最大值最大值IGM之比称为电流关断之比称为电流关断增益增益GMATOoffII 1000A的的GTO关断时门极关断时门极负脉冲电流峰值要负脉冲电流峰值要200A 。电力晶体管电力晶体管GTR （Giant Transistor，巨型晶体管），巨型晶体管）图1-15a)基极bP基区N漂移区N+衬底基极b 发射极 c集电极 cP+P+N+b)b

2、ec空穴流电子流c)EbEcibic=ibie=(1+ib1.1.单管单管GTR n单管单管GTRGTR的基本工作原理与晶体管相同的基本工作原理与晶体管相同n作为大功率开关管应用时，作为大功率开关管应用时，GTRGTR工作在工作在截止和导通两种状态。截止和导通两种状态。n主要特性是耐压高、电流大、开关特主要特性是耐压高、电流大、开关特性好性好2达林顿GTRn单管单管 GTR GTR的电流增益低，将给基极驱动电的电流增益低，将给基极驱动电路造成负担。达林顿结构是路造成负担。达林顿结构是一种有效方式。一种有效方式。n达林顿结构由两个或多个晶体管复合而成，达林顿结构由两个或多个晶体管复合而成，可以是

3、可以是PNPPNP型也可以是型也可以是NPNNPN型，其性质由驱型，其性质由驱动管来决定动管来决定n 达林顿达林顿GTRGTR的开关速度慢，损耗大的开关速度慢，损耗大 3GTR 模块n将将 GTR GTR管芯、稳定电阻、加速二极管、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据不同用途将几个单元电路组装在一个外壳之内构成外壳之内构成GTRGTR模块。模块。n目前生产的目前生产的GTRGTR模块可将多达模块可将多达6 6个互相绝个互相绝缘的单元电路做在同一模块内，可很方缘的单元电路做在同一模块内，可很方便地组成

4、三相桥式电路。便地组成三相桥式电路。 一次击穿一次击穿v集电极电压升高至击穿电压时，集电极电压升高至击穿电压时，IcIc迅速增大，迅速增大，出现雪崩击穿；出现雪崩击穿；v只要只要IcIc不超过限度，不超过限度，GTRGTR一般不会损坏，工作一般不会损坏，工作特性也不变。特性也不变。 二次击穿二次击穿v一次击穿发生时，如果继续增高外接电压，一次击穿发生时，如果继续增高外接电压，则则IcIc继续增大，当达到某个临界点时，继续增大，当达到某个临界点时，UceUce会会突然降低至一个小值，同时导致突然降低至一个小值，同时导致IcIc急剧上升，急剧上升，这种现象称为二次击穿这种现象称为二次击穿。v二次击

5、穿的持续时间很短，一般在纳秒至微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。必秒范围，常常立即导致器件的永久损坏。必需避免。需避免。N+GSDP沟道b)N+N-SGDPPN+N+N+沟道a)GSDN沟道图1-19 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 电力电力MOSFET的种类的种类 按导电沟道可分为 P沟道沟道 和N沟道沟道 耗尽型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 电力MOSFET主要是N沟道增强型沟道增强型第四节第四节 绝缘栅双极

6、晶体管绝缘栅双极晶体管IGBT n 绝 缘 栅 双 极 型 晶 体 管 简 称 为绝 缘 栅 双 极 型 晶 体 管 简 称 为 I G B T（ I n s u l a t e d G a t e B i o p o l a r Transistor）,是是80年代中期发展起来的年代中期发展起来的一种新型一种新型。nIGBT综合了综合了和和的输入阻抗的输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、阻断电压高、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。导体器件的发展方向。1. 结构结构n复合结构（复合结构（= 栅极栅极本章

7、小结本章小结1、根据开关器件是否可控分类、根据开关器件是否可控分类（1）不可控器件：二极管）不可控器件：二极管VD（2）半控器件：普通晶闸管）半控器件：普通晶闸管SCR（3）全控器件：）全控器件：GTO、GTR、电力、电力MOSFET、IGBT等。等。 P46:表2-2（1）电流控制器件：驱动功率大，驱动电）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）电压控制器件：驱动功率小，驱动电路简单可靠，工作频率高。该类器件有路简单可靠，工作频率高。该类器件有MOSEET、IGBT。2、根据门极、根据门极(栅极栅极)驱动信号的不同驱动信号的不同开通的正驱动电压 MOSFET：1015V IGBT：15 20V关断的负驱动电压 -5 -15V（有利于减小