电力电子技术课件08.ppt

GTO的关断机理： 在SCR的双晶体管等效模型中，利用门极负电流分流IC1，并快速抽取V2管发射结两侧存储的大量载流子，以实现快速关断。 在工艺结构上比SCR有两点改进： 等效晶体管的电流放大倍数减小，经正反馈导通后接近临界饱和状态，有利于减小关断时间和提高开关频率。 采用多GTO单元并联集成结构，门极和阴极间隔排列，使P2基区载流子均匀快速地从门极抽出，也不易造成局部过热，di/dt耐量增大。 GTO的动态特性 开通过程: 需要经过延迟时间td和上升时间tr。开通时iG为正脉冲，触发导通后门极电流可以撤除。 关断过程: 从iG的负脉冲开始分为三段，需要经历抽取饱和导通时储存的大量载流子的时间——储存时间ts，从而使等效晶体管退出饱和状态；然后则是等效晶体管从饱和区退至放大区，阳极电流逐渐减小时间——下降时间tf；最后还有残存载流子复合所需时间——尾部时间tt。 通常tf比ts小得多，而tt比ts要长，即tftstt。门极负脉冲电流幅值越大，前沿越陡，抽走储存载流子的速度越快，ts就越短。使门极负脉冲的后沿缓慢衰减，在tt阶段仍能保持适当的负电压，则可以缩短尾部时间。 GTO的主要参数 最大可关断阳极电流IATO 即额定电流。而普通晶闸管用通态平均电流来标称其额定电流。 电流关断增益?off 最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益，即 ?off=IATO/IGM 。?off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。比如，一个1000A的GTO，关断时门极负脉冲电流的峰值要200A，这是一个相当大的数值。 开通时间ton 一般较短，约数?s 关断时间toff 关断时间一般比开通时间ton长许多。 GTO的主要优缺点： 优点：电压电流容量大（比SCR略小）；开关速度比SCR高得多。 缺点：关断电流增益小，门极负脉冲电流大，驱动较困难；通态压降较大。 不少GTO都制造成逆导型，无反向阻断能力。当需要承受反向电压时，应和电力二极管串联使用。 GTO的许多性能虽然与绝缘栅双极型晶体管、电力场效应晶体管相比要差，但其电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。 §7.2 电力晶体管（Giant Transistor—GTR） GTR是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor——BJT）。电流驱动型全控器件 。 GTR的结构：GTR通常采用多单元并联集成工艺的达林顿（Darlington）复合结构，电流放大系数?值较高。单管GTR的?值较小，通常为10左右，采用达林顿复合接法可以有效地增大电流增益。比如两级复合的达林顿管，?=?1·?2。 达林顿复合使饱和导通压降增加。二重复合GTR的导通压降为： 单管临界饱和压降约为0.7~1V，则二重复合GTR的UCES大致为1.4~2V。三重复合时可达2~3V。导通压降的升高会使GTR的通态损耗大为增加。 GTR模块：为了改善GTR的性能，方便使用和提高可靠性，将多级复合达林顿GTR与必要的外围电阻和二极管集成在一起，构成电力晶体管模块（GTR Module），集成管芯与管壳散热板之间充满导热硅胶，但与外壳绝缘。 R2为泄漏电阻，为V2管的集电极与发射极之间的漏电流ICEO2提供分流通路，使得在IB2=0、V2截止时，V1对ICEO2的放大作用减弱，从而使ICEO1及整体复合管的ICEO明显减小，提高其温度稳定性。 在晶体管处于关断过程和断态时，R1、R2分别为两个发射结提供低阻回路，保证GTR的可靠阻断和提高工作稳定性，减小外部干扰影响。 VD2在GTR关断过程中为V1管的基区载流子的抽取提供通路，提高其关断速度，因为在关断GTR时需要驱动电路为两管提供负偏压作用于两个发射结，形成负向基流，以便快速抽出发射结两侧的存储电荷。 VD1是GTR的逆导二极管，逆导开关在电力变换电路中很常用。 VD1、VD2均应为快恢复开关二极管，实际工艺中与R1、R2及V1、V2制作在同一硅片上。 GTR的基本特性及控制方式 静态输出特性与普通三极管一样分为三个区。 在导通期间基极电流保持正脉冲Ib1直至关断， 开关速度比GTO快，但电压电流容量比GTO小。 主要参数 最高工作电压 GTR的击穿电压不仅和晶体管本身的特性有关，还与外电路的接法有关。5种击穿电压之间的关系为：BUcbo BUcex BUces BUcer BUceo。 其中BUces 和BUcex为b-e间短路和反向偏置时c-e间的击穿电压。 集电极最大允许电流IcM 通常规定?值下降到规定值的1/2~1/3时，所对应的Ic为集电极最大允许电流。实用时要留有一半左