电力电子资料第四章.ppt

电力电子器件概述 一、基本模型 在对电能的变换和控制过程中，电力电子器件 可以抽象成下图所示的理想开关模型，它有三个电 极，其中A和B代表开关的两个主电极，K是控制开 关通断的控制极。它只工作在“通态”和“断态”两种情 况，理想状态下， 在通态时其电阻为零， 断态时其电阻无穷大。 二、基本特性 （1）电力电子器件一般都工作在开关状态。 （2）电力电子器件的开关状态由外电路（驱动电路）来控制。 （3）在工作中器件的功率损耗（通态、断态、开关损耗）很大。为保证不至因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，在其工作时一般都要安装散热器。 三、电力电子器件的分类 （一）按器件的开关控制特性分 1.不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功能，而需要根据电路条件决定其导通、关断状态的器件称为不可控器件。 如：电力二极管（Power Diode）； 2.半控型器件：通过控制信号只能控制其导通，不能控制其关断的电力电子器件称为半控型器件。 如：晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件； 3.全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断的器件，称为全控型器件。 如：门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor ）、 功率场效应管（Power MOSFET） 绝缘栅双极型晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor）等。 （二）按控制信号的性质不同分 （三）根据内部载流子参与导电的种类分 1.单极型：器件内只有一种载流子参与导电。 如：功率MOSFET（功率场效应晶体管） SIT（静电感应晶体管） 2.双极型：器件内电子与空穴都参与导电。 如：GTR（电力晶体管） GTO（可关断晶闸管） SITH（静电感应晶闸管） 3.复合型：由双极型器件与单极型器件复合而成 如：IGBT（绝缘栅双极晶体管） MCT（MOS控制晶闸管） 附表: 主要电力半导体器件 的特性及其应用领域 第一节 电力晶体管（GTR） 基本术语： 电力晶体管（Giant Transistor——GTR，直译为巨型晶体管） 耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor——BJT），英文有时候也称为Power BJT。 在电力电子技术的范围内，GTR与BJT这两个名称等效 应用： 20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代。 一、GTR的结构及工作原理 二、GTR的特性与主要参数 (一) GTR共射电路输出特性 (二) GTR的开关特性 (三) GTR的二次击穿和安全工作区 正偏安全工作区又叫开通安全工作区，它是基极正向偏置条件下由GTR的最大允许集电极电流ICM、最大允许集电极电压BUCEO、最大允许集电极功耗PCM以及二次击穿功率PSB四条限制线所围成的区域。 第二节 可关断晶闸管（GTO） 二、可关断晶闸管的工作原理 1）GTO的导通机理与SCR是相同的。GTO一旦导通之后，门极信号是可以撤除的, 但在制作时采用特殊的工艺使管子导通后处于临界饱和，而不象普通晶闸管那样处于深饱和状态，这样可以用门极负脉冲电流破坏临界饱和状态使其关断。 2）在关断机理上与SCR是不同的。门极加负脉冲即从门极抽出电流(即抽取饱和导通时储存的大量载流子)，强烈正反馈使器件退出饱和而关断。 第三节 功率场效应晶体管（Power MOSFET） 第四节 绝缘栅双极晶体管（IGBT） IGBT：绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor) 。 兼具功率MOSFET高速开关特性和GTR的低导通压降特性两者优点的一种复合器件。 IGBT于1982年开始研制，1986年投产，是发展最快而且很有前途的一种混合型器件。 目前IGBT产品已系列化，最大电流容量达1800A，最高电压等级达4500V，工作频率达50kHZ。 在电机控制、中频电源、各种开关电源以及其它高速低损耗的中小功率领域，IGBT取代了GTR和一部分MOSFET的市场。 一、绝缘栅双极型晶体管及其工作原理 IGBT也属场控器件，其驱动原 理与电力MOSFET基本相同，是一 种由栅极电压UGE控制集电极电流 的栅控自关断器件。 导通：UGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流IGBT导通。 导通压降：电导调