参考课件_电子电力器件 1【荐】.pdf

1.1.1.1.3333 电力电子器件的分类电力电子器件的分类电力电子器件的分类电力电子器件的分类 20 世纪世纪 80 年代后期开始年代后期开始 ，，出现了几种全新结构出现了几种全新结构、更更 方便应用的复合结构的电力电子器件，且还在不断丰富 完善善中。 复合型器件 ：以绝缘栅双极型晶体管 ( IGBT ) 为代表。 IGBT 是 MOSFET 和 GTR 的复合。它集 MOSFET 的驱动功率小的驱动功率小、、开关速度快的优点和开关速度快的优点和 GTRGTR 的通态压降小的通态压降小、、 载流能力大的优点于一身，性能十分优越，使之成为现 代电力电子技术的主导器件代电力电子技术的主导器件 。。 与 IGBT 相对应，MOS 控制晶闸管 ( MCT ) 和集成 门极换流晶闸管 ( IGCT ) 都是 MOSFET 和 GTO 的复合， 它们也综合了 MOSFET 和 GTO 两种器件的优点。 1-13 1.1.1.1.33 电力电子器件的分类电力电子器件的分类 33 电力电子器件的分类电力电子器件的分类 复合( 混合) 型器件 IGBT = MOSFET + GTR MCT = MOSFET + GTO IGCTIGCT = MOSFETMOSFET + GTOGTO IPMIPM = IGBTIGBT ++ 驱动驱动、、保护等保护等 1-14 1.2.11.2.1 PNPN 结与电力二极管的工作原理结与电力二极管的工作原理 雪崩击穿 电力电子器件中承受电压的结大多是电力电子器件中承受电压的结大多是 PNPN－ 结或结或 NPNP－ 结结 ， 该结易发生雪崩击穿。所以对雪崩击穿更应关注。 对于对于 PNPN－ 结或结或 NPNP－ 结结 ，外加反压时外加反压时 ，势垒宽度会较宽势垒宽度会较宽 ， 势垒区中的载流子在强电场作用下，具有较大的漂移速度 和能量和能量。 当具有一定能量的载流子与晶格原子碰撞时，可能产生原 子电离 ，从而产生新的 电子空穴对。 子电离 从而产生新的 电子空穴对 若外加反压足够高，PN 结的电场强到一定程度，上述碰 撞作用会多次发生撞作用会多次发生 ，载流子象载流子象 ““雪崩雪崩””似的增多似的增多 (( 称为雪称为雪 崩倍增效应 )，电流突然增大，引起器件击穿。 载流 的漂移速度随 度 升而 降 提高 结的 载流子的漂移速度随温度上升而下降，提高 PN 结的反压 才能增大漂移，因而雪崩击穿电压是正温度系数。 器件在使用时，应严格避免其 PN 结出现反向击穿。 1-22 1.2.11.2.1 PNPN 结与电力二极管的工作原理结与电力二极管的工作原理 电导调制效应 半导体硅片的半导体硅片的电阻率电阻率随流过随流过电流电流的变化而的变化而明显改变明显改变 (( 表表 现为 PN 结正向伏安特性曲线各点斜率不同 )。在半导体 N 区注入大电流时，空穴浓度将大大超过原始 N 型基片 N 区注入大电流时 空穴浓度将大大超过原始 N 型基片 的多子浓度，为了维持半导体中电中性条件，多子浓度 也要相应大幅度增加，表现为其实际电阻率大大下降 (( 电导率大大增加电导率大大增加 ))。这种现象称为种现象称为 电导调制效应电导调制效应。 结果是：无论通过电流大小 ( 不超过允许值 )，正向偏置 的的 PNPN 结始终保持结始终保持 1V1V 左右的压降左右的压降 ，处于处于低阻态低阻态 。 在 GTR 、SCR 、IGBT 和 GTO 等双极型和复合型器件 中都存在电导调制效应，因此它们导通后的压降都很低。 电导调制效应的完成需要一定的时间电导调制效应的完成需要一定的时间。