电子器件3功率器件

1、*第三编 功率器件*要求：高电压、大电流、快速度、易控制要求苛刻，各有长短第九章 功率晶体管(GTR)(Giant Transistor：压降小，速度快)9.1 特性与保护一、特性参数结构特性：（增加注入点，以增大电流）GTR结构 符号 共射极伏安特性 共射极电流增益特性（电导调制效应。饱和区：n已饱和。线性区：n未饱和。截止区：n极小。击穿区：n急增）（ 调浓度n r常数 nIc r极大 r极小 ）主要参数：放大系数：hFE=ICIB最大电流：ICM （常指hFE降半处Ic值）饱和压降：VCE(sat) （饱和应适度，准饱和）最大功耗：PCMICVon（TjmTC) RjC，因此： IC（T

2、jmTC) （RjCVon )击穿电压：VCEX等 （反偏最高）维持电压：VCEX(sus)等 （大电流耐压）dvdt、didt耐量：即最大允许值 （dv/dt过大，易误导通；di/dt过大，易局部烧坏）开关时间：ton，toff （影响开关速度、开关损耗） tontdtr (即0.1 IB0.9 IC); toff tstf (即0.9 IB0.1 IC); 开关损耗：PSWPonPoff (理想开关：iv0，P0；实际开关：Pivdt0)安全工作区：SOA (I、V、P应在SOA内)GTR开关过程的电流波形 GTR的二次击穿特性（参看UJT）开通损耗 关断损耗 正偏SOA 开关损耗 安全工

3、作区二、驱动与保护驱动电路：准饱和 速度较快、效率较高 。（欠饱和：Von大，功耗大。过饱和：toff大，即关断速度慢。准饱和：较适中。）最优驱动电流波形 抗饱和电路两路：VVD2VCEVVD1VBE，而VVD2VVD1，于是VCEVBE：即VCE不会降到VBE以下( 若VBC 0，则ID2 0 导通) GTR的典型驱动电路互补抗饱和驱动电路 磁耦隔离驱动电路保护电路：缓冲保护 过流保护9.2 应用举例一、逆变电路单相逆变电路三相逆变电路二、电机驱动单端正负电平驱动电机正反转电路（C何用？）三、其他应用举例恒流充电电路自动延时门铃电路第十章 门极关断晶闸管(GTO)( Gate Turn-of

4、f thyristor：高电压、大电流 )( GTO：103A/103V以上，GTR：102A/103V以上，VMOS：101A/103V以上 )10.1 特性与保护一、特性参数结构特性：GTO结构 等效电路 符号 （IG+IA导致IA开通） （受VA、IA影响） （正反向不对称）GTO阳极特性 GTO门极特性 门极控制信号主要参数： 最大可关断阳极电流：IATO 关断增益：offIATO / |IGM| 浪涌电流：最大通态过载电流 擎住电流：阳极电流保持全面导通的最低值 峰值电压：（超过则不触发即导通，会局部过热等损坏GTO） dv/dt、di/dt耐量：能承受的最大电压上升率、电流上升率（

5、dv/dt过高易误导，有充电电流；di/dt过大易局部过热而损坏） 开关时间：tontdtr ，toff tstf (影响开关速度、开关损耗)二、驱动与保护驱动电路：GTO由门极正脉冲开通、负脉冲关断，门极反偏提高阳极dv/dt耐量（因结区展宽）。门极驱动电路结构及示例（C储能关断GTO）门极驱动电路实例保护电路：缓冲电路可用L限制di/dt，用C限制dv/dt。为减小关断时的尖峰电压，引线要短，C应采用无感电容。（用D1后，可充快放慢以减小di/dt。）GTO的缓冲电路 GTO的过流保护10.2 应用举例一、斩波电路降压斩波电路 升压斩波电路（便于控制、不生电弧） （L1储能释放产生高压）二

6、、逆变电路单相逆变（只要一对开关，桥式需要两对）：GTO单相逆变电路 汽油点火电路（D为L续流） （L储能开通GTO、C储能关断GTO）三、开关电路直流双位开关电路（C储能开通、关断GTO）开关过程：S1、C1放电 GTO1通、GTO2断RL1通、RL2断，C2充电 S2、C2放电 GTO2通、GTO1断RL2通、RL1断，C1充电GTO交流断路器习题五1、简述开关损耗是如何形成的，并说明图9-16电路的逆变原理和GTR反向并接VD的作用。2、简述GTO缓冲电路的工作原理和图10-115电路的斩波原理。 第十一章 功率场效应管(VMOS)(Vertical Diffusion Metal-Ox

7、ide Semiconductor：速度快，易驱动，SOA宽，功率小)11.1 特性与保护一、特性参数结构特性：VMOS结构 等效电路 符号 输出特性 VMOS的结构、符号及伏安特性（符号区别：nMOS流向源极，pMOS流自源极。类似于NPN管与PNP管）MOSFET结构、符号 JFET结构、符号* 对照：栅型场效应管和结型场效应管的结构及符号主要参数： 通态电阻：RDS(on) （随结温Tj而增大） 最大功耗：PDMID2RDS（TjmTC) / Rjc 漏源电压：VDS (最高工作电压) 栅源阈值电压：VGS(th) (最低导通电压) 栅源额定电压：VGS (一般20V，常用小R抑制) 太

8、高击穿 开关时间：tontdtr，tofftstf (影响开关速度和开关损耗，越短越好) 安全工作区：SOA (I、V、P应在SOA内)二、驱动与保护驱动：（加V可加速关断）晶体管互补 MOS管互补互补驱动电路电磁隔离 光电隔离隔离驱动电路 保护：（栅极易坏）防止静电击穿，防止偶然振荡，防止过压过流等。几种典型的缓冲电路(a) RC缓冲 (b) RCD缓冲 (c) 共用RCD缓冲 (d) 交叉RCD缓冲过压保护电路 过流保护电路11.2 应用举例一、逆变电路由VMOS和GTR组成的混合逆变器（小信号驱动-VMOS过渡-大电流驱动。驱动简化，关断续流通过寄生二极管）二、开关电源 UiUTUO开关

9、电源（体积小、效率高，=7090%） 线性电源（体积大、效率低，=3040%）（电容分压不耗能） （电压波动全落在UT上）三、其他应用模拟开关电路及其电压波形电池充电电路（RP设定充电阈值，假设12.6V充电结束）功率MOSFET构成的大功率电机驱动电路第十二章 绝缘栅晶体管(IGBT)(Insulated Gate Bipolar Transistor：高电压，大电流，快速度，易驱动，SOA宽)(GTR：压降小，电流控。MOS：易驱动，电阻大。)鱼熊兼得，杂交优势12.1 特性与保护一、特性参数结构特性：IGBT结构 符号 伏安特性 主要参数：最大电压：VCEM门极电压：VGE （一般15V

10、左右，太大易坏，太小Von大）耗散功率：PCMICVCE（TjmTC) / Rjc *注意：IC随VGE及VCE的增大而上升。开关时间：tontdtr，tofftstf 安全工作区：SOA 二、驱动与保护驱动：光电隔离（互补驱动） 电磁隔离（变压器驱动） 保护：防静电，防干扰，防止过压、过流等。加接RG以减小di/dt，防止振荡；加接RGE以减小干扰，防止误导通等。IGBT的缓冲保护电流识别法IBGT过流保护电路电压识别法IBGT过流保护电路（过流时，VCE升高，D2击穿，T3导通，IGBT关断）12.2 应用举例IGBT广泛应用于开关电源、电机控制及其他要求速度快、损耗低的场合等。一、逆变电

11、路串联谐振式IGBT变频电路IGBT逆变弧焊电源主电路（全桥全压，半桥半压）二、斩波电路直流斩波 互补放大三、放大电路 （失真小、效率高） （保真：前放线性、功放线性）*甲类放大：全波通，失真小、效率低。 乙类放大：半导通，有失真、效率高。 甲乙类：较佳丙类放大：小半通（高频），失真大、效率高、。丁类放大：开关型，失真小、高效率。（稳压特性：U微增 I 剧增）采用IGBT的功率放大电路（恒压偏置，过0线性好）正半周：IGBT1导通放大，负半周：IGBT2导通放大。VT5稳定正负偏压。*对照：采用VMOS的高保真功率放大器*对照：甲乙类功率放大电路放大原理：假定偏置为：UG102V，UG202V，此时VF1和VF2均处于临界导通状态。（即刚要导通）若U10，则UG1UG10U12V，UG2UG20U12V，则VF1和VF2均处于临界导通状态；若U11V，则UG1UG10U13V，UG2UG20U11V，则VF1导通、VF2截止，正向放大；若U11V，则UG1UG10U11V，UG2UG20U13V，则VF1截止、VF2导通，负向放大。 脉宽调制 （变成高频方波） 驱动电路 功率放大 低通滤波