第1章 电力电子器件改

1、第第1 1章章不可控不可控二极管二极管半控半控晶闸管晶闸管全控型全控型器件器件新型电力新型电力电子器件电子器件电力电子器电力电子器件的概述件的概述 电子电路的基础电子电路的基础 介绍各种常用电力电子器件的介绍各种常用电力电子器件的工作原理、基本工作原理、基本特性、主要参数特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些以及选择和使用中应注意的一些问题问题 简要概述电力电子器件的概念、简要概述电力电子器件的概念、特点特点和分类等和分类等问题问题本章主要内容本章主要内容： 电力电子器件电力电子器件 电力电子电路的基础电力电子电路的基础电子器件：晶体管和集成电路电子器件：晶体管和集成电路 第1章1.11.

2、1.1能处理电功率的大小，即能处理电功率的大小，即承受电压承受电压和和电流电流的能的能力，是最重要的参数。该能力远大于处理信息力，是最重要的参数。该能力远大于处理信息的电子器件。的电子器件。电力电子器件一般都工作在电力电子器件一般都工作在开关开关状态。状态。实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制路来控制(驱动电路驱动电路)。为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度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，不仅在过高而损坏，不仅在器件封装器件封装上讲究上讲究散热设计散热设计，在其在其工作时工作时一般都要一般都要安装散热器安装散热器。1.

3、1.1主主要要损损耗耗通态损耗：通态损耗：断态损耗：断态损耗：开关损耗：开关损耗：开通损耗：开通损耗：在器件开通的转换过程中产生的损耗关断损耗：关断损耗：在器件关断的转换过程中产生的损耗通常电力电子器件的断态漏电流极小，因而通态损耗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 1.1.1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对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率驱动电路向其注入的功率也是造成器件发热的原因之一控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成1.1.2

4、主电路中的电压和电流一般都较大，而控制电路的元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，因此器件只能承受较小的电压和电流，因此在主电路和控在主电路和控制电路连接的路径制电路连接的路径上，如驱动电路与主电路的连接处，上，如驱动电路与主电路的连接处，或者驱动电路与控制信号的连接处，以及主电路与检或者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，一般需要进行测电路的连接处，一般需要进行电气隔离电气隔离，而通过其，而通过其它手段如光、磁等来传递信号它手段如光、磁等来传递信号1.1.2 器件一般有三个端子（或称极或管角），其中两个联器件一般有三个端子（或称极

5、或管角），其中两个联结在结在主电路主电路中，而第三端被称为中，而第三端被称为控制端控制端（或控制极）。（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。主电路的公共端，一般是主电路电流流出器件的端子。 1.1.21)半控型器件半控型器件1.1.3绝缘栅双极晶体管（绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar TransistorIGBT）电力场效应晶体管（电力电力场效应晶体管（电力M

6、OSFET）门极可关断晶闸管（门极可关断晶闸管（GTO）3)不可控器件不可控器件电力二极管（电力二极管（Power Diode）。它只有两个端子，器件）。它只有两个端子，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。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（晶闸管（ThyristorThyristor）及其大部分派生器件，它的关）及其大部分派生器件，它的关断由其在断由其在主电路中承受的电压和电流决定主电路中承受的电压和电流决定2)全控型器件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

7、断, 因此也就不需要驱动电路。 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的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情况分为三类三类： 1) 电流驱动型电流驱动型 1) 单极型器件单极型器件1.1.32) 电压驱动型电压驱动型通过从控制端注入或者抽出电流来实现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电压信号就可实现导通或者关断的控制 2) 双极型器件双极型器件3) 复合型器件复合型器件由一种载流子参与导电的器件由一种载流子参与导电的器件由电子和空穴两种

8、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由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件的器件 1.1.41.21.2AKAKa)IKAPNJb)c)图图1-2 电力二极管的外形、结构和电气图形符号电力二极管的外形、结构和电气图形符号 a) 外形外形 b) 结构结构 c) 电气图形符号电气图形符号1.2.1图1-3 PN结的形成 扩散运动和漂移运动最终达到动态平衡，正、负空间电荷量达到稳定值，形成了一个稳定的由空间电荷构成的范围，被称为空间电荷区空间电荷区，按所强调的角度不同也被称为耗尽层耗尽层、阻挡层阻挡层或势垒区势垒区。 空间电荷建立的电场被称

9、为内电场内电场或自建电场自建电场，其方向是阻止扩散运动的，另一方面又吸引对方区内的少子（对本区而言则为多子）向本区运动，即漂移运动漂移运动。 交界处电子和空穴的浓度差别，造成了各区的多子向另一区的扩散运动扩散运动，到对方区内成为少子，在界面两侧分别留下了带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些不能移动的正、负电荷称为空间电荷空间电荷。1.2.11.2.11.2.1扩散电容扩散电容仅在仅在正向偏置正向偏置时起作用。在正向偏置时，当时起作用。在正向偏置时，当正向电压较低时，势垒电容为主；正向电压较高时，正向电压较低时，势垒电容为主；正向电压较高时，扩散电容为结电容主要成分。扩散电容为结电容主要成

10、分。结电容结电容影响影响PN结的工作频率，特别是在高速开关的状结的工作频率，特别是在高速开关的状态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作，应态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能工作，应用时应加以注意。用时应加以注意。IOIFUTOUFU图1-4 电力二极管的伏安特性1.2.2正向电压降正向电压降1.2.2动态特性（开关特性）动态特性（开关特性）反映通态和断态之间的转反映通态和断态之间的转换过程换过程关断过程关断过程：须经过一段短暂的时间才能重新获得须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断反向阻断能力，能力，进入进入截止截止状态。状态。 因结电容的存在，三种状态之间的转换必然有一个因结电容的

11、存在，三种状态之间的转换必然有一个过渡过程，相应的过渡过程，相应的电压电压电流特性是随时间变化电流特性是随时间变化的。的。2. 动态特性动态特性1.2.21.2.21.2.31.2.31.2.31.2.41.2.4恢复过程很短特别是恢复过程很短特别是反向恢复过程很短（反向恢复过程很短（5 s以下）以下）的二的二极管，也简称快速二极管极管，也简称快速二极管 从性能上可分为从性能上可分为快速恢复快速恢复和和超快速恢复超快速恢复两个等级。前者两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，以下，甚至达到甚至达到2030ns。 工艺上多采用了工

12、艺上多采用了掺金掺金措施，有的采用措施，有的采用PN结型结构，有的结型结构，有的采用改进的采用改进的PiN结构结构 采用外延型采用外延型PiN结构的的快恢复外延二极管（结构的的快恢复外延二极管（Fast Recovery Epitaxial DiodesFRED），其反向恢复时间更短（可低于），其反向恢复时间更短（可低于50ns），正向压降也很低（），正向压降也很低（0.9V左右），但其反向耐压多在左右），但其反向耐压多在1200V以下以下1.2.41.31.3AAGGKKb)c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J31.3.1图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号a) 外形 b)

13、结构 c) 电气图形符号图1-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理1.3.11.3.11.3.11.3.2图图1-8 晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性1.3.2IG2IG1IG100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA图图1-9 1-9 晶闸管的开通和关断过程波形晶闸管的开通和关断过程波形1.3.21.3.21.3.2 1.3.3 在在门极断路门极断路而结温为额定值时，允许而结温为额定值时，允许 加在器加在器件上的件上的正向正向峰值电压。峰值电压。通常取晶闸管的通常取晶闸管的UDRM和和URRM中较小的标值作为该器件中较

14、小的标值作为该器件的额定电压。的额定电压。选用时，额定电压要留有一定裕量选用时，额定电压要留有一定裕量,一般取一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍倍。 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器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。件上的反向峰值电压。晶闸管通以某一规定倍数的晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流额定通态平均电流时的时的瞬态峰值电压瞬态峰值电压。1) 断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM2) 反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM3) 通态（峰值）电压通态（峰值）电压UTM频率为频率为50H

15、Z，每次持，每次持续时间不超过续时间不超过10ms重复重复 1.3.3 晶闸管在环境温度为晶闸管在环境温度为40 C和规定的冷却状态下，稳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最大工频正弦半波电流的平均值电流的平均值。标称其额定电流的参数。标称其额定电流的参数。使晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到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。几百毫安，与结温有关。结温越高，则结温越高，则IH越小越小。晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维能维持导通

16、所需的最小电流。对同一晶闸管来说，通常持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说，通常IL约为约为IH的的24倍。倍。指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流不重复性最大正向过载电流 。 4) 浪涌电流浪涌电流ITSM 3) 擎住电流擎住电流 IL 2) 维持电流维持电流 IH 使用时应按实际电流与通态平均电流使用时应按实际电流与通态平均电流有效值相等的原有效值相等的原则则来选取晶闸管。应留一定的裕量，一般取来选取晶闸管。应留一定的裕量，一般取1.52倍倍。 1) 通态平均电流通态平均电流 IT(AV) 返回 1.3.3

17、指在指在额定结温额定结温和和门极开路门极开路的情况下，不导致晶闸管从的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。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指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大最大通态电流上升率通态电流上升率。 (2) 通态电流临界上升率通态电流临界上升率di/dt (1) 断态电压临界上升率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： 1.3.4图1-10 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a)b)IOUIG=0GT1T21.3.4可认为是一对可认为是一对反

18、并联联接反并联联接的普通晶闸管的集成。的普通晶闸管的集成。有两个主电极有两个主电极T T1 1和和T T2 2，一个门极，一个门极GG。正反两方向均可触发导通，所以双向晶闸管在正反两方向均可触发导通，所以双向晶闸管在第和第第和第IIIIII象限有象限有对称对称的伏安特性的伏安特性。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（压电路、固态继电器（SSRSSR）和交流电机调速等领域应用较多。）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不用平均值

19、而用有效值来表示其额定电流值电流值。b)a)UOIKGAIG=0图图1-11 逆导晶闸管的电气逆导晶闸管的电气图形符号和伏安特性图形符号和伏安特性a) 电气图形符号电气图形符号 b) 伏安特性伏安特性1.3.4将晶闸管将晶闸管反并联一个二极管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。制作在同一管芯上的功率集成器件。具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点。具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点。逆导晶闸管的额定电流有两个，一个是逆导晶闸管的额定电流有两个，一个是晶闸管电流晶闸管电流，一个是，一个是反并联反并联二极管的电流二极管的电流。光强度强弱b)AGK

20、a)OUAKIA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1.3.4又称光触发晶闸管，是利用又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。的晶闸管。小功率光控晶闸管只有阳极和阴极两个端子。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触发光源的发光二极管或半导体激光器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光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可，且可避免避免电磁干扰电磁干扰的的影影响响，因此目前在

21、高压大功率的场合，如高压直流输电和高压核聚变装置，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。中，占据重要的地位。1.41.41.4.1c)图1-13AGKGGKN1P1N2N2P2b)a)AGK图1-13 GTO的内部结构和电气图形符号 a) 各单元的阴极、门极间隔排列的图形 b) 并联单元结构断面示意图 c) 电气图形符号1.4.1图1-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 1+ 2=1是器件临界导通是器件临界导通的的条件条件。 当当 1+ 21时，两个等效晶体管过饱和而使器件导通时，两个等效晶体管过饱和而使器件导通； 当当 1+ 21时，不能维持饱和导通

22、而关断时，不能维持饱和导通而关断。 由由P1N1P2和和N1P2N2构成的两个晶体管构成的两个晶体管V1、V2分别具有分别具有共基极电流增益共基极电流增益 1和和 。1.4.11.4.1 （1）设计设计 2较大较大，使晶体管，使晶体管V2控控 制灵敏，易于制灵敏，易于GTO关断关断。 (2)导通时导通时 1+ 2更接近更接近1（ 1.05，普通晶闸管普通晶闸管 1+ 2 1.15），接近），接近临临界饱和界饱和，有利门极控制关断，但，有利门极控制关断，但导通时管压降增大。导通时管压降增大。 （3）多元集成结构使多元集成结构使GTO元阴极面积很小，门、阴极间距大为元阴极面积很小，门、阴极间距大为

23、缩短，使得缩短，使得P2基区横向电阻很小基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。，能从门极抽出较大电流。1.4.1 图1-14 GTO的开通和关断过程电流波形1.4.1Ot0t图1-14iGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6 GTO的开通和关断过程电流波形的开通和关断过程电流波形1.4.11.4.1 延迟时间与上升时间之和。延迟时间一般约延迟时间与上升时间之和。延迟时间一般约12 s，上升时间则随通态阳极电流值的增大而增大上升时间则随通态阳极电流值的增大而增大。 一般指一般指储存时间和下降时间之和储存时间和下降时间之和，不包括尾部时，不包括尾部时间。间

24、。GTO的储存时间随阳极电流的增大而增大的储存时间随阳极电流的增大而增大，下降，下降时间一般小于时间一般小于2 s。2) 关断时间关断时间toff1) 开通时间开通时间ton 不少不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承受反压时，应和承受反压时，应和电力二极管串联电力二极管串联 。 以下只介绍意义与普通晶闸管不同的参数。1.4.14) 电流关断增益电流关断增益 off off一般很小，只有一般很小，只有5左右，这是左右，这是GTO的一个主要缺点。的一个主要缺点。1000A的的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要关断时门极负脉冲电流峰值要200A 。 GT

25、O额定电流额定电流。利用门级负电流脉冲可以关断的。利用门级负电流脉冲可以关断的最大阳极电流的限制，最大阳极电流的限制，由由GTO的临界饱和导通条件所限制的临界饱和导通条件所限制。 最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为之比称为电流关断增益电流关断增益。ATOoffGMII电力晶体管（电力晶体管（GTR或或BJT）1.4.2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)bec空穴流电子流c)EbEcibic=ibie=(1+ib图1-15 GTR的结构、电气图形符号和内部载流子的流动 a) 内部结构断面示

26、意图 b) 电气图形符号 c) 内部载流子的流动电力晶体管电力晶体管1.4.2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、开关特性好。通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法达林顿接法组成的单元结构。采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成 。电力晶体管电力晶体管1.4.2截止区放大区饱和区图1-16OIcib3ib2ib1ib1ib220V将导将导致绝缘层击穿致绝缘层击穿 。 输入电容可近似用输入电容可近似用Ciss代替。代替。 这些电容都是非线性的。这些电容都是非线性的。电力场效应晶体管电力场效应晶体管1.4.3 极间电容极间电容CGS、CGD和和CDS 厂家提供：漏源极短

27、路时的输入电容厂家提供：漏源极短路时的输入电容Ciss、共源极输出电容、共源极输出电容Coss和反向转移电容和反向转移电容CrssCiss= CGS+ CGD （1-14）Crss= CGD （1-15）Coss= CDS+ CGD （1-16）u漏源间的耐压、漏极最大允许电流和最大耗散功率决定了电力漏源间的耐压、漏极最大允许电流和最大耗散功率决定了电力MOSFET的安全工作区。的安全工作区。u 实际使用中仍应注意留适当的裕量。实际使用中仍应注意留适当的裕量。u 一般来说，电力一般来说，电力MOSFET不存在二次击穿问题，这是它的一大不存在二次击穿问题，这是它的一大优点。优点。1.4.4EGC

28、N+N-a)PN+N+PN+N+P+发射极 栅极集电极注入区缓冲区漂移区J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)图1-22 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1.4.4EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+发 射 极 栅 极集 电 极注 入 区缓 冲 区漂 移 区J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)图1-22 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1.4.41.4.4O有源区正向阻断区饱和

29、区反向阻断区a)b)ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加图1-23 IGBT的转移特性和输出特性a) 转移特性 b) 输出特性1.4.4O有源区正向阻断区饱和区反向阻断区a )b )ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加图1-23 IGBT的转移特性和输出特性a) 转移特性 b) 输出特性1.4.4图1-24 IGBT的开关过程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM1.

30、4.4图1-24 IGBT的开关过程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM1.4.4图1-24 IGBT的开关过程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM1.4.41.4.4 通过对IGBT的基本特性的分析，可以看出：1.4.4正常工作温度下允许的最大功耗正常工作温度下允许的最大功耗

31、。3) 最大集电极功耗最大集电极功耗PCM包括额定直流电流包括额定直流电流IC和和1ms脉宽最大电流脉宽最大电流ICP 。 2) 最大集电极电流最大集电极电流由内部由内部PNP晶体管的击穿电压确定。晶体管的击穿电压确定。1) 最大集射极间电压最大集射极间电压UCES1.4.4(1) 开关速度高，开关损耗小。在电压开关速度高，开关损耗小。在电压1000V以上时，开关损以上时，开关损耗只有耗只有GTR的的1/10，与电力，与电力MOSFET相当。相当。(2) 相同电压和电流定额时，安全工作区比相同电压和电流定额时，安全工作区比GTR大，且具有大，且具有耐脉冲电流冲击能力。耐脉冲电流冲击能力。(3)

32、 通态压降比通态压降比VDMOSFET低，特别是在电流较大的区域。低，特别是在电流较大的区域。(4) 输入阻抗高，输入特性与输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似。类似。(5) 与与MOSFET和和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点提高，同时保持开关频率高的特点 。 寄生晶闸管寄生晶闸管由一个N-PN+晶体管和作为主开关器件的P+N-P晶体管组成。EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+发射极 栅极集电极注入区缓冲区漂移区J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)图1-22 IGBT的结构、简化等效

33、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1.4.41.4.4 动态擎住效应比静态擎住效应所允许的集电极电流小，动态擎住效应比静态擎住效应所允许的集电极电流小，故所允许的最大集电极电流实际上是根据动态故所允许的最大集电极电流实际上是根据动态擎住效应而擎住效应而确定的。确定的。 擎住效应曾限制擎住效应曾限制IGBT电流容量提高，电流容量提高，20世纪世纪90年代中年代中后期开始逐渐解决。后期开始逐渐解决。NPN晶体管基极与发射极之间存在体区短路电阻，晶体管基极与发射极之间存在体区短路电阻，P形体区的形体区的横向空穴电流会在该电阻上产生压降，相当于对横向空穴

34、电流会在该电阻上产生压降，相当于对J3结施加正偏压，结施加正偏压，一旦一旦J3开通，栅极就会失去对集电极电流的控制作用，电流失控。开通，栅极就会失去对集电极电流的控制作用，电流失控。集电极电流过大集电极电流过大(静态擎住效应静态擎住效应)。duCE/dt过大过大(动态擎住效应动态擎住效应)。1.4.4 IGBT往往与反并联的快速二极管封装在一起，制往往与反并联的快速二极管封装在一起，制 成模块，成为逆导器件成模块，成为逆导器件 。最大集电极电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率最大集电极电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率duCE/dt确定。确定。反向偏置安全工作区反向偏置安全工作区

35、（RBSOA）最大集电极电流、最大集射极间电压和最大集电极功耗确定。最大集电极电流、最大集射极间电压和最大集电极功耗确定。正偏安全工作区正偏安全工作区（FBSOA）思考思考MCTIGBT功率 MOSFET功率 SIT肖特基势垒二极管SITHGTORCTTRIACLTT晶闸管电力二极管双极型单极型混合型复合型（图1-42GTR电力电子器件类型归纳 单极型：电力MOSFET和SIT 双极型：电力二极管、晶闸管、GTO、GTR和SITH 复合型：IGBT和MCT图1-42电力电子器件分类“树” 当当PN结上流过的结上流过的正向电流较小正向电流较小时，二极管的电阻主时，二极管的电阻主要是作为基片的低掺杂要是作为基片的低掺杂N区的欧姆电阻，区的欧姆电阻，其阻值较高且为其阻值较高且为常数常数；当；当PN结上流过的结上流过的正向电流较大正向电流较大时，注入并积累在时，注入并积累在低掺杂低掺杂N区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中区的少子空穴浓度将增大，为了维持半导体电中性，其多子浓度也相应大幅增加，使得性，其多子浓度也相应大幅增加，使得电阻明显下降电阻明显下降，也，也就是电导率增大，这就是电导调制效应。就是电导率增大，这就是电导调制效应。电导调制效应电导调制效应返回 掺杂浓度较低的掺杂浓度