全控型电力电子器件.docx

1、全控型电力电子器件按照电力电子器件的受控方式，可将其分为不可控、半 可控和全控器件三类。不可控器件：器件本身没有导通、关断控制能力，需要 根据电路条件决定其导通、关断状态，如整流二极管。半可控器件：通过控制信号只能控制其导通，不能控制 其关断，如普通晶闸管、双向晶闸管等。全控器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关 断。如门极可关断晶闸管GTO、大功率晶体管GTR、功率MOSFET、 绝缘栅双极晶体管IGBT等均属于全控型器件。二、大功率 晶体管GTR1、大功率晶体管的构造和特性通常把集电极最大允许耗散功率在1W以上，或最大集 电极电流在1A以上的三极管称为大功率晶体管，其构造和 工作原理

2、都和小功率晶体管非常相似。由三层半导体、两个 PN结组成，有PNP和NPN两种构造。一些常见大功率晶体三极管的外形如图2所示。从图可 见，大功率晶体三极管的外形除体积比拟大外，其外壳上都 有安装孔或安装螺钉，便于将三极管安装在外加的散热器上。 因为对大功率三极管来讲，单靠外壳散热是远远不够的。例 如，50W的硅低频大功率晶体三极管，如果不加散热器工作， 其最大允许耗散功率仅为23WO图2常见大功率三极管外形在电力电子技术中，GTR主要工作于导通和截止的开关 状态，通常采用共发射极接法。其特性和主要参数与模电课 程中所学三极管一样，如工作区有截止区、放大区、饱和区。 极限参数最高工作电压、最大工

3、作电流和最大耗散功率构成 了平安工作区，即等一次击穿工作区，如图3所示。2、GTR的二次击穿实践说明，GTR即使工作在最大耗散功率范围内，仍有 可能突然损坏，其原因一般是由二次击穿引起的，二次击穿 是影响GTR平安可靠工作的一项重要因素。二次击穿是由于集电极电压升高到一定值（未到达极限 值）时，发生雪崩效应造成的。照理，只要功耗不超过极限， 管子是可以承受的，但是在实际使用中，出现负阻效应，Ie 进一步剧增。由于管子结面的缺陷、构造参数的不均匀，使 局部电流密度剧增，形成恶性循环，使管子损坏。二次击穿的持续时间在纳秒到微秒之间完成，由于管子 的材料、工艺等因素的分散性，二次击穿难以计算和预测。

4、 防止二次击穿的方法是：应使实际使用的工作电压比反向 击穿电压低得多。必须有电压电流缓冲保护措施（如图4 所示）。以USB （二次击穿电压）与ISB （二次击穿电流）组成 的PSB （二次击穿功率）如图3中虚线所示，它是一个不等 功率曲线。以3DD8E晶体管测试数据为例，其PcM=100W,BUceo 三200V,但由于受到击穿的限制，当Uce=100V时，PSB为 60W, Uce=200V时PSB仅为28W!所以，为了防止二次击穿，要选用足够大功率的管子，实际使用的最高电压通常比管子 的极限电压低很多。平安工作区是在一定的温度条件下得出的，例如环境温 度25七或壳温75。等，使用时假设超过

5、上述指定温度值，允 许功耗和二次击穿耐量都必须降额。图3 GTR平安工作区(a)(b)(c)图4 GTR的缓冲保护电路3、GTR的驱动对基极驱动电路的要求由于GTR主电路电压较高，控制电路电压较低，所以应 实现主电路与控制电路间的电隔离。在使GTR导通时，基极正向驱动电流应有足够陡的前沿, 并有一定幅度的强制电流，以加速开通过程，减小开通损耗， 如图5所示。图5 GTR基极驱动电流波形在使GTR关断时，应向基极提供足够大的反向基极电流， 以加快关断速度，减小关段损耗。基极驱动电路图6是一个简单实用的GTR驱动电路。该电路采用正、 负双电源供电。当输入信号为高电平时，三极管VI、V2和 V3导通

6、，而V4截止，这时V5就导通。二极管VD3可以保证 GTR导通时工作在临界饱和状态。流过二极管VD3的电流随GTR的临界饱和程度而改变，自动调节基极电流。当输入低 电平时，VI、V2、V3截止，而V4导通，这就给GTR的基极 一个负电流，使GTR截止。（ ： /版权所有）在V4导通 期间，GTR的基极-发射极一直处于负偏置状态，这就防止了 反向电流的通过，从而防止同一桥臂另一个GTR导通产生过 电流。图6实用的GTR驱动电路三、功率场效应晶体管MOSFET功率场效应晶体管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）简称 MOSFETo 与 GTR 相比,功率 MOSFET 具有开关速度快、损耗低、驱动电流小、无二次击穿现象等 优点。它的缺点是电压还不能太高、电流容量也不能太大。 所以目前只适用于小功率电力电子变流装置。功率MOSFET绝大多数是N沟道增强型，其电气图形符 号如图7所示。几种功率场效应晶体管的外形如图8。图7 N沟道功率MOSFET图形符号 图8几种功率场效 应晶体管的外形功率场效应晶体管与小功率场效应晶体管原理基本一 样，当D、S加正电压（漏极为正，源极为负），UGS=O时，D、 S之间无电流通过；如果在G、S之间加一正电压UGS且超过 开启电压UT越多，导电能力越强，漏极电流越大。