几种常用的功率器件电力半导体及其应用课件

Chapter3

几种常用的功率器件（电力半导体）及其应用3.1普通晶闸管普通晶闸管（又称可控硅）是一种大功率半导体器件，主要用于大功率的交直流变换、调压等。晶闸管三个电极分别用字母A(表示阳极)、K（表示阴极）、G（表示门极）。1．晶闸管的伏安特性

晶闸管的伏安特性如图2.7.1所示。它表示晶闸管的阳极与阴极间的电压和它的阳极电流之间的关系。通过特性曲线，可得出晶闸管导通和关断的下列结论。在正常情况下，晶闸管导通的必要条件有两个，缺一不可：（1）晶闸管承受正向电压（阳极电位高于阴极电位）。（2）加上适当的正向门极电压（门极电位高于阴极电位）。晶闸管一旦导通，门极就失去了控制作用。正因为如此，晶闸管的门极控制信号只要是正向脉冲电压就可以了，称之为触发电压或触发脉冲。要使晶闸管关断，必须去掉阳极正向电压，或者给阳极加反向电压，或者降低正向阳极电压，这样就使通过晶闸管的电流降低到一定数值以下。能保持晶闸管导通的最小电流，称为维持电流。当门极没有加正向触发电压时，晶体管即使阳极和阴极之间加上正向电压，一般是不会导通的。2．晶闸管的主要参数（1）断态重复峰值电压UDRM

。指在门极开路而器件的结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。若加在管子上的电压大于UDRM，管子可能会失控而自行导通。（2）反向重复峰值电压

URRM

。指门极开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。当加在管子上反向电压大于URRM时，管子可能会被击穿而损坏。通常把UDRM和URRM中较小的那个数值标作晶闸管型号上的额定电压。在选用管子时，额定电压应为正常工作峰值电压的2～3倍，以保整电路的工作安全。（9）通态电流临界上升率

。在规定条件下，晶闸管能承受的最大通态电流上升率。若晶闸管导通电流上升太快，则会在晶闸管刚开通时，有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而损坏晶闸管。3．晶闸管的正确使用

（1）管脚的判别。用万用表R×100W档，分别测量各管脚间的正、反向电阻。因为只有门极G与阴极K之间正向电阻较小，而其他均为高阻状态，故一旦测出两管脚间呈低阻状态，则黑表笔所接为门极G，红表笔所接为阴极K，另一端为阳极A。（8）断态电压临界上升率

。在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的最大正向电压上升率。一般为每微秒几十伏。（3）晶闸管额定电压的选择。晶闸管实际工作时承受的正常峰值电压应低于正、反向重复峰值电压UDRM和URRM，并留有2～３倍的额定电压值的余量，还应有可靠的过电压保护措施。（4）晶闸管额定电流的选择。晶闸管实际工作通过的最大平均电流应低于额定通态平均电流ITa，并应根据电流波形的变化进行相应换算，还应有1.5～２倍的余量及过电流保护措施。（5）关于门极触发电压和电流的考虑。晶闸管实际触发电压和电流应大于晶闸管参数UGT和IGT，以保证晶闸管可靠地被触发，但也不能超过允许的极限值。

（2）管子质量的判别。用万用表R×100W档，若测的以下情况之一，则说明管子是坏的。①任两极间正反向电阻均为零。②A、K间正向电阻为低阻（注意：测量过程中黑表笔不要接触G极）。③各极之间均为高电阻。4.应用电路（1）第一象限触发MT2+、G+。即相对于电极MT1、MT2的电压为正；门极G的触发电流为正。（2）第二象限触发MT2+、G–。即相对于电极MT1、MT2的电压为正；门极G的触发电流为负。（3）第三象限触发MT2–、G–。即相对于电极MT1、MT2的电压为负；门极G的触发电流为负。（4）第四象限触发MT2–、G+。即相对于电极MT1、MT2的电压为负；门极G的触发电流为正。双向晶闸管的最高触发灵敏度在第一、三象限，而在第二、四象限比较差。故在实际应用中常采用第一、第三象限触发方式。2.应用电路

双向晶闸管主要用于电机控制、电磁阀控制、调温及调光控制等方面

。光敏电阻应用电路：光控闪烁安全警示灯当触发二极管导通时，电容通过R2放电，可控硅再次截止；电容又被充电，等等.可控硅器件的接口1．功率MOSFET的基本特点（1）开关速度高。功率MOSFET是一种单极型导电器件，无固有存储时间，其开关速度仅取决于极间寄生电容，故开关时间很短（小于50～100ns），因而具有更高的工作频率（100kHz以上）。（2）驱动功率小。功率MOSFET是一种电压型控制器件，既通、断均由栅源电压控制。由于栅极与器件主体是电隔离的，故功率增益高，所需的驱动功率极小，驱动电路简单。（3）安全工作区域宽。功率MOSFET无二次击穿现象，因此功率MOSFET较同功率等级的GTR安全工作区宽，更稳定耐用。（4）过载能力强。短时过载电流一般为额定值的4倍。（5）抗干扰能力强。功率MOSFET的开启电压一般为2～6V。（6）并联容易。功率MOSFET的通态电阻具有正温度系数（即通态电阻值随结温升高而增加），因而在多管并联时易于均流。2．功率MOSFET的主要参数（1）漏极额定电流ID。指漏极允许连续通过的最大电流，在选择器件时要考虑充分的余量，以防止器件在温度升高时漏极额定电流降低而损坏器件。（2）通态电阻RDS(ON)。它是功率MOSFET导通时漏源电压与漏极电流的比值。通态电阻越大耗散功率越大，越容易损坏器件。通态电阻与栅源电压有关，随着栅源电压的升高通态电阻值将减少。这样似乎栅源电压越高越好，但过高的栅源电压会延缓MOSFET的开通和关断时间，故一般选择栅源电压为12V。（3）阀值电压UGS(th)。指漏极流过一个特定量的电流所需的最小栅源控制电压。有人认为阀值电压UGS(th)小一点好，这样功率MOSFET可以用CMOS或TTL等低电压电路驱动。但是太小的阀值电压抗干扰能力差，驱动信号的噪声干扰会引起MOSFET的误导通，影响它的正常工作。（4）漏源击穿电压U(BR)DSS。漏源击穿电压U(BR)DSS是在UGS=0时漏极和源极所能承受的最大电压。功率MOSFET在工作时绝对不能超过这个电压。（5）最大耗散功率PD。它表示器件所能承受的最大发热功率。一般手册中给出的是TC=25℃时的最大耗散功率。（6）开关时间。td(ON)为开通延