电力电子器件概述

1、电力电子器件概述第1页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四2.1 简 介第二章 电力电子器件概述 功率半导体器件的分类功率二极管:导通和关断均由电路潮流决定。晶闸管:在器件在承受正向电压时，由控制信号控制器件的导通，而关断状态由电路潮流决定。可控开关 :由控制信号控制器件的导通和关断。 不可控型半可控型全控型下 页返回第2页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 全控型电力电子器件 电力场效应晶体管（MOSFET） 双极结型晶体管（BJT） 门极可关断晶闸管（GTO ）绝缘栅门极换流晶闸管（IGCT） 绝缘栅双极晶

2、体管（IGBT） 第3页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回2.2 功率二极管第二章 电力电子器件概述 2.2.1 功率二极管的基本特性 AK+ UD -iD当功率二极管承受正向电压时，它的正向导通压降很小，大约在1V左右。当功率二极管承受反向电压时，只有极小的漏电流可通过该器件。 反向截止区iDUD(I)URMUF第4页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 iDUD0反向偏置电压超过这一额定值时，反向漏电流迅速增加。正常工作状态下，反向电压不允许达到截止电压。关断状态下的漏电流和通态压降都很小

3、，功率二极管的伏安特性可被理想化。 AK+ UD -iD反向截止区iDUD(I)URMUF第5页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 trrIRMtiDQrr0功率二极管处于导通状态时，因其导通速度很快，故可当作理想开关。功率二极管处于关断状态时，它将在下降到零之前，有一个电流反向恢复时间trr，在此时间内的电流是反方向流动的。第6页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 2.2.2 功率二极管的主要参数功率二极管长期运行时，在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工

4、频正弦半波电流的平均值。 正向平均电流设正弦半波电流的峰值为Im，则额定电流为:正向平均电流IF（AV） 1第7页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 额定电流有效值为：某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流的波形系数: 根据上式求出正弦半波的波形系数为:额定电流IF(AV)=100A的电流功率二极管，其额定电流有效值IF=Kf IF(AV)=157A。第8页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 正向压降越低，通态损耗越小。功率二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向

5、电流时对应的正向压降。正向压降 正向压降UF 2第9页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 反向重复峰值电压URRM3对功率二极管所能重复施加的反向最高峰值电压，通常是其雪崩击穿电压UB的2/3。反向重复峰值电压使用时，往往按照电路中功率二极管可能承受的反向最高峰值电压的两倍来选定此项参数。第10页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 反向电流IRR 4功率二极管对应于反向重复峰值电压时的反向电流。 反向电流管芯PN结的平均温度，而且是在PN结不至损坏的前提下所能承受的最

6、高平均温度。 最高工作结温最高工作结温TJM5TJM通常在125175范围之内。 第11页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 在功率二极管从导通到阻断的过程中，二极管会流过一定的负电流。从功率二极管电流下降到零开始，直至在此回到零所需时间。 反向恢复时间反向恢复时间trr6第12页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 功率二极管所能承受的最大的连续一个或几个工频周期的过电流。浪涌电流浪涌电流IFSM 7该项参数反应了二极管抵抗短路冲击电流的能力。显然，设计器件的保护电路

7、时，保护电路的动作电流应小于该参数。第13页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 2.2.3 几种常用的功率二极管 肖特基二极管 用于正向压降较低(一般是0.3V)的低压输出电路。快恢复二极管 用于带有可控开关且反向恢复时间较短的高频电路中。工频二极管 用于工频交流电路之中，其通态电压被限定得尽可能低，将产生一个较大的可适用于工频交流电路的反向恢复时间trr。 第14页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回2.3 晶闸管第二章 电力电子器件概述 2.3.1 晶闸管的基本特性 AK+ UAK -iG

8、iAG反向击穿区反向截止区反向截止电压正向截止电压截止状态导通状态UAKiA0主电流由阳极流向阴极。晶闸管处于断态时可阻断正向偏置电压而不导通。 第15页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四晶闸管的结构和等效电路如图所示，晶闸管的管芯是P1N1P2N2四层半导体，形成3个PN结J1、J2和J3。第16页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四2. 晶闸管的工作原理IGIb2IC2(Ib1)IC1第17页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 反向击穿区反向截止区反向截止电压正向截止电压截止状态导通状

9、态UAKiA0晶闸管承受正向电压时，在门极注入正向脉冲电流可将它触发导通。 晶闸管一旦开始导通，门极就失去控制作用。不论门极触发电流是否存在，晶闸管都保持导通。通过外电路使阳极电流反向，并且降到接近于零的某一数值，可使已导通的晶闸管关断。第18页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 当晶闸管承受正向电压时，门极触发电流才能在某个时间再一次控制晶闸管触发导通。 反向击穿区反向截止区反向截止电压正向截止电压截止状态导通状态UAKiA0通常状态下，晶闸管的正、反向阻断电压的额定值相等。当反向偏压低于反向击穿电压时，只有极小的漏电流流过晶闸

10、管。第19页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 iA导通状态反向截止正向截止0UAK从截止到导通分析变流器拓扑结构时，同二极管相似，晶闸管可由右图所示的理想化特性曲线表示。第20页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 + UAK -iA+ US -晶闸管通过电源电压的正半波控制其导通。当晶闸管电流开始反向时，电源电压变负，晶闸管所承受的电压也同时反向。理想晶闸管将会使其电流在t=T/2后立即变为0 。波形如图所示。tT0T/2USUAKiA第21页，共81页，2022年

11、，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 trrtqt00t关断时间在tq内，必须给晶闸管加一个反向电压。在tq之后，器件恢复对正向电压的阻断能力。换向恢复时间关断时间第22页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 如果在tq时间段内再次对晶闸管施加正向电压，因器件还没有恢复到原来的阻断状态，可能使它再次导通。这样不仅会损坏器件本身，而且还会导致所在电路不能正常工作，甚至破坏整个电路。trrtqt00t第23页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子

12、器件概述 2.3.2 晶闸管的主要参数2.3.2.1 晶闸管的电压参数 UDSM是一个不能重复，且每次持续时间不大于10ms的断态最大脉冲电压。UDSM值应小于正向转折电压Ub0，所留裕量的大小由生产厂家自行规定。晶闸管在门极开路时，施加于晶闸管的正向阳极电压上升到正向伏安特性曲线急剧转折处对应的电压值。断态不重复峰值电压UDSM1第24页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 断态重复峰值电压UDRM2晶闸管在门极开路且结温为额定值时，允许每秒50次、每次持续时间不大于10ms，重复加于晶闸管上的正向断态最大脉冲电压。规定UDRM为

13、UDSM的90%。 第25页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 反向不重复峰值电压URSM3晶闸管门极开路，晶闸管承受反向电压时，对应于反向伏安特性曲线急剧转折处的反向峰值电压。URSM是一个不能重复施加，且持续时间不大于10ms的反向脉冲电压。反向不重复峰值电压URSM应小于反向击穿电压，所留裕量大小由生产厂家自行规定。第26页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 反向重复峰值电压URRM4晶闸管在门极开路且结温为额定值时，允许每秒50次，每次持续时间不大于10ms，

14、重复加于晶闸管上的反向最大脉冲电压。规定URRM为URSM的90%。 第27页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 额定电压UR5断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM两者中，较小的一个电压值。 选用晶闸管时，应使其额定电压为正常工作电压峰值UM的23倍，以作为安全裕量。 UR=(23)UM额定电压在1000V以下时，每100V以下是一个电压等级；在10003000V时，则每200V为一个电压等级。 第28页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 通态峰值电压U

15、TM6额定电流时管子导通的管压降峰值，一般为1.52.5V，且随阳极电流的增加而略微增加。额定电流时的通态平均电压降一般为1V左右。第29页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 2.3.2.2 晶闸管的电流参数 在环境温度为+40C和规定的散热冷却条件下，晶闸管在导通角不小于170电阻性负载的单相、工频半波导电，结温稳定在额定值125C时，所允许通过的电流平均值，将该电流按晶闸管标准电流系列取整数值。1通态平均电流IT(AV)晶闸管的额定电流第30页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电

16、力电子器件概述 根据所使用具体电流波形来计算出允许使用的电流平均值选用晶闸管时，设三相工频半波电流峰值为Im时的波形，通态平均电流为：第31页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 正弦半波电流有效值为：第32页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 晶闸管有效值与通态平均电流的比值为：有效值与平均值的比为：波形系数 由上式可知，额定电流为100A的晶闸管，其允许通过的电流有效值为157A。第33页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二

17、章 电力电子器件概述 实际电路中，由于晶闸管的热容量小，过载能力低，因此在实际选择时，一般取1.52倍的安全系数，故在给定晶闸管的额定电流后，可计算出该晶闸管的任意波形时允许的电流平均值为：第34页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 2维持电流IH 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。维持电流与结温有关，结温越高，维持电流越小，晶闸管越难关断。3擎住电流IL闸管刚从阻断状态转化为导通状态并除掉门极触发信号时，能维持器件导通所需要的最小电流。 擎住电流比维持电流大24倍。 第35页，共81页，2022年，5月20日

18、，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 4浪涌电流ITSM 指在规定条件下，工频正弦半周期内所允许的最大过载峰值电流。 晶闸管所承受的浪涌过载能力是有限的，在设计晶闸管电路时，必须考虑到电路中电流产生的波动。第36页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 2.3.2.3 晶闸管的动态参数 1断态电压临界上升率du/dt在结温为额定值和门极开路的情况下，不会导致晶闸管从断态转换到通态所允许的最大正向电压上升速度。实际应用中，实际电压上升率必须小于此临界值。第37页，共81页，2022年，5月20日，17点52分

19、，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 2通态电流临界上升率di/dt在规定条件下，晶闸管从阻断状态转换到导通状态时，晶闸管所能承受的通态电流上升率最大值。晶闸管刚导通时，电流主要分布在门极附近的小区域内，电流上升过快，有可能造成局部过热而损坏器件。第38页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 3开通时间ton普通晶闸管的开通时间ton约为6s。开通时间与触发脉冲的陡度、电压大小、结温以及主回路中的电感量有关。4关断时间toff普通晶闸管的关断时间toff约为几十到几百微秒。关断时间与原件结温、关断前阳极电流的大小以及所

20、加反压的大小有关。第39页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 2.3.2.4 门极额定参数 1门极触发电流IGTIGT是在室温下，阳极电压为直流6V时使晶闸管从断态转入通态所需的最小门极电流。 2门极触发电压UGTUGT是产生门极触发电流所需的最小门极电压。第40页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 2.3.2.5 温度特性 1结温TJM晶闸管正常工作时所能允许的最高结温。晶闸管的额定结温通常为125C或150C。2结壳热阻RJC晶闸管每瓦功率损耗导致的内部PN结与晶

21、闸管外壳之间的温差 。该参数可用于晶闸管的散热系统设计。第41页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 2.3.3 几种常用的晶闸管 1 相控晶闸管 换流晶闸管 相控晶闸管主要用于线频电压和电流整流方面，以及高压直流输电。 可承受较高的电压和电流，通态压降较小。第42页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 2 逆变晶闸管 逆变晶闸管的通态电压较低并且关断时间tq也较短。第43页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述

22、 3 光控晶闸管 通过一定的波长的光照信号触发晶闸管。主要用于高压线路中。第44页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回2.4 可控开关的理想特性第二章 电力电子器件概述 BJTMOSFETGTOIGBT可控开关 通过控制端的控制信号来控制其导通和关断 + UT-iT开关打开时，没有电流流过开关闭合时，电流能按箭头所指方向流过 第45页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 理想可控开关的特性 关断时，不论正、反向阻断电压有多高，都没有电流流过该器件。导通时，压降为零，此时可传导任意大的电流。该器件

23、一旦被触发，立即从导通状态到关断状态，反之亦然。该器件只需很小的电流就能触发。第46页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 理想二极管iT+ UT -+-UdI0电流流过一个开关就必须流过一些串联的电感。 当开关闭合，电流全部流过开关，二极管反向偏置。当开关断开时，I0流过二极管，有一个等同于输入电压Ud的电压加在开关上。 理想二极管被认为是零压降。第47页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 0开关控制信号toffton导通关断Ts=1/fstUdtI0Uontd(on

24、)td(off)tfitc(off)trvtfvtritc(on)iT00UdI0Pr(T)Wc(on)=UdI0tc(on)/2Wc(off)=UdI0tc(off) /2Wont二极管工作在一个循环周期内，开关频率为: fs=1/ TsTs ：开关时间周期当开关处于断态时，正向控制信号将使其导通，导通过程中，电流上升包括一个较短的延迟时间td(on)和电流上升时间tri。 第48页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 0开关控制信号toffton导通关断Ts=1/fstUdtI0Uontd(on)td(off)tfitc(off

25、)trvtfvtritc(on)iT00UdI0Pr(T)Wc(on)=UdI0tc(on)/2Wc(off)=UdI0tc(off) /2Wont电流I0全部通过开关后，二极管反向偏置，开关电压在电压下降时间tfv内下降到通态电压Uon。导通交叉时间段tc(on)内开关电压和电流值较大。 tc(on)= tri+tfv 导通过程中器件的能量损耗: Wc(on)=1/2UdI0tc(on)第49页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 0开关控制信号toffton导通关断Ts=1/fstUdtI0Uontd(on)td(off)tfi

26、tc(off)trvtfvtritc(on)iT00UdI0Pr(T)Wc(on)=UdI0tc(on)/2Wc(off)=UdI0tc(off) /2Wont开关完全导通，通态电压Uon使电流I0导通，并将在开通时间ton内持续导通。开关通态能量消耗Won可近似为: Won=UonI0ton 式中 ton大于tc(on)和tc(off) 第50页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 0开关控制信号toffton导通关断Ts=1/fstUdtI0Uontd(on)td(off)tfitc(off)trvtfvtritc(on)iT0

27、0UdI0Pr(T)Wc(on)=UdI0tc(on)/2Wc(off)=UdI0tc(off) /2Wont用反向控制信号控制开关关断。在开关关断期间，电压上升过程包括关断延迟时间td(off) 和电压上升时间trv。电压达到Ud时，二极管正向偏置并传导电流。第51页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 0开关控制信号toffton导通关断Ts=1/fstUdtI0Uontd(on)td(off)tfitc(off)trvtfvtritc(on)iT00UdI0Pr(T)Wc(on)=UdI0tc(on)/2Wc(off)=UdI

28、0tc(off) /2Wont开关电流在电流下降时间tfi内下降到0，电流I0反向，并从二极管VD中流过。在转换时段tc(off)内，开关电压和开关电流同时具有较大值。 tc(off) = trv +tfi 第52页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 0开关控制信号toffton导通关断Ts=1/fstUdtI0Uontd(on)td(off)tfitc(off)trvtfvtritc(on)iT00UdI0Pr(T)Wc(on)=UdI0tc(on)/2Wc(off)=UdI0tc(off) /2Wont关断过程中的开关能量损耗

29、为：Wc(off)=1/2UdI0tc(off)瞬时能量损耗为： PT(t)=uTiT导通和关断期间的瞬时开关能量损耗。瞬时能量损耗第53页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 开关开通、关断的转换所导致的能量损耗可由式Wc(on)=1/2UdI0tc(on)和式Wc(off)=1/2UdI0tc(off )表示为: 半导体能量损耗随着开关频率和开关时间增加呈线性增加。第54页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 导通时的平均能量损耗Pon也会导致开关能量损耗，它按比例随

30、着通态电压而变化。其开通损耗为： 开关的通态压降应该尽可能小。可控开关断态时的漏电流比较小，可忽略不计，实际应用中的断态能量损耗也可忽略。开关的平均能量损耗为： PT=Ps+Pon第55页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 可控开关的特性 器件处于断态时，漏电流很小。较低的通态压降Uon可减少通态能量损耗。导通和关断转换时间较短，能够使器件在较高的开关频率下工作。较好的正、反向电压阻断能力使得器件不需要级联许多器件。电流较大的电路中，可控开关通态电流额定值较高，无需并联器件，避免了电流分配的问题。第56页，共81页，2022年，5

31、月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 通态阻抗正的温度系数能够确保并联元件平均分配总电流。只需要较小的电流来触发可控开关，这将简化控制电路的设计。开关时，器件可同时承受额定电压和额定电流那么大的电压和电流。不需要外部电路保护装置。可控开关可承受较大的电压电流变化率，因此可简化外部电路的保护装置。第57页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回2.5 双极结型晶体管和达林顿管第二章 电力电子器件概述 2.5.1 双极结型晶体管和达林顿管的基本特性UCEUBE-ECBiBiC+-+iB1iB2iB3iB4iB5iB=0uceIi

32、D0Uce(sat)伏安特性第58页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 iB1iB2iB3iB4iB5iB=0uceIiD0Uce(sat)伏安特性基极电流只有足够大才可使得器件完全导通。控制电路必须提供足够大的基极电流。两者电流的关系为： IBIC/hFE式中，hFE是元件的直流电流增益。uCE截止状态导通状态iC0BJT理想化伏安特性曲线第59页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 通态时，基极电流必须保持不变。大功率晶体管的直流电流增益hFE的值通常在5到10之间

33、。双极结型晶体管电流控制型元件UCEUBE-ECBiBiC+-+UCEUBE-ECBiBiC+-+得到更大的电流增益第60页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 达林顿晶体管对电压非常敏感，轻微的过电压uCE(sat)就会导致它的损坏，且整体开关速度较慢。不论是单个器件或单个芯片上的达林管结构，BJT在关断期间都有一个储存时间。开关时间一般是在几百纳秒到几微秒的范围内。 第61页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回2.6 电力场效应晶体管（MOSFET）第二章 电力电子器件概述 2.6.1 电力

34、场效应晶体管的基本特性 电力场效应晶体管(MOSFET) 是电压控制型器件。 UGSUDS-SDGiD+-+7V6V5VUGS=4VUDS0iD伏安特性uDS截止状态导通状态iD0第62页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 7V6V5VUGS=4VUDS0iD伏安特性当栅-源极电压低于门槛电压uGS(th)时，MOSFET像近似断开的开关。MOSFET供给栅源极大小合适的持续电压才能导通。 当MOSFET处在从开到关的转换过程中，或反过来从关到开的转换过程中，在栅沟道本征电容充、放电时，栅极才会出现电流。 第63页，共81页，20

35、22年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 MOSFET的开关时间非常短，通常在几十纳秒到几百纳秒之间。正常运行范围内，MOSFET的漏极和源极之间的导通电阻随着它承受的截止电压的增加很快增加。 因为MOSFET的导通阻抗有正的温度系数，所以很容易并联使用。并联的MOSFET中若有某个器件的导通电流较大，则使导通阻抗也相应增加，从而自动地起到平衡其它并联MOSFET中电流的作用。第64页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回2.7 门极可关断晶闸管（GTO）第二章 电力电子器件概述 2.7.1 门极可关断晶闸管的基本特

36、性 AK+ UAK -iGiAGuDS0iD导通关断uDS断通iD第65页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 GTO与晶闸管相同之处GTO能够通过施加短期的门极脉冲电流而触发导通。一旦导通，就能维持这种导通状态而不再需要门极电流。GTO与晶闸管不同之处GTO可通过施加负的门阴极电压而被关断，并因此引起大的负门极电流。 第66页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回2.8 绝缘栅双极晶体管（IGBT） 第二章 电力电子器件概述 2.8.1 绝缘栅双极晶体管的基本特性 UGSUDS-SDGiD+-+

37、ECG+-uDSuGSiD0uDS断通iD0第67页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 像MOSFET一样，IGBT的输入阻抗高，只需很小的能量来开关器件。 如同BJT一样，即使当它承受较高电压时，它的导通压降也很小。与GTO类似，IGBT能够被设计承受一定的反向压降。较比第68页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 擎住效应 IGBT管中由驱动电压UGE控制IC大到一定的程度时，IGBT中寄生的NPN和PNP晶体管处于饱和状态，栅极G失去对集电极电流IC的控制作用。

38、集电极电流值超过ICM时，IGBT产生擎住效应。IGBT在关断时电压上升率duCE/dt太大将产生擎住效应。 第69页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回2.9 MOS控制晶闸管（MCT）第二章 电力电子器件概述 2.9.1 MOS控制晶闸管的基本特性KP-MCTGAKGAN-MCT0uAKiA导通关断uAK断通iA0 MCT像IGBT和MOSFET一样是电压控制器件。第70页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 0uAKiA导通关断优点:MCT具有GTO的许多优点，包括通过比较大的电流时通态压降低和自锁功能。MCT的驱动电路更简单。MCT的开关速度更快。MCT比相同等级的IGBT的通态压降更低。单个MCT的额定电流明显比GTO小。第71页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回2.10 可控开关的比较第二章 电力电子器件概述 器件BJT/MDMOSFETGTOIGBTMCT功率容量中等低高中等中等开关速度中等快慢中等中等 可控开关器件的相关性质比较 第72页，共81页，2022年，5月20日，17点52分，星期四下 页上 页返 回第二章 电力电子器件概述 电压