电力电子技术第六节.ppt

绝缘栅双极晶体管IGBT 绝缘栅双极晶体管IGBT IGBT：一个由MOSFET驱动的厚基区晶体管 绝缘栅双极晶体管IGBT IGBT的静态特性 绝缘栅双极晶体管IGBT IGBT的主要参数: 最大集射极间电压UCES ——由内部晶体管的击穿电压确定。 最大集电极电流——包括额定直流电流IC和1ms脉宽最大电流ICP 最大集电极功耗PCM——正常工作温度下允许的最大功耗 。 绝缘栅双极晶体管IGBT IGBT的擎住效应或自锁效应：内部寄生晶闸管导致栅极失效。成因： 集电极电流过大（静态擎住效应）； duCE/dt过高（动态擎住效应） 正偏安全工作区── 由最大集电极电流、最大集射极间电压和最大集电极功耗确定。 反向偏置安全工作区── 由最大集电极电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率duCE/dt确定。 绝缘栅双极晶体管IGBT IGBT的应用特点： 输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似。通态压降比MOSFET低。相对于GTO，开关速度高，损耗小。 工艺较成熟，自锁效应得到较好解决，与MOSFET和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步提，以期再取代GTO的地位。 其他新型电力电子器件 其他新型电力电子器件 MCT（MOS Controlled Thyristor） SIT（Static Induction Transistor） SITH（Static Induction Thyristor） IGCT/GCT（Gate-Commutated Thyristor） 功率集成电路与集成电力电子模块 MOS控制晶闸管MCT MOSFET与晶闸管组合而成的复合型器件。 由数以万计的MCT元组成，每个元的组成为：一个PNPN晶闸管，一个控制该晶闸管开通的MOSFET，和一个控制该晶闸管关断的MOSFET。 其关键技术问题没有大的突破，电压和电流容量都远未达到预期的数值，未能投入实际应用。 静电感应晶体管SIT 结型场效应晶体管： 多子导电，工作频率与电力MOSFET相当，甚至超过电力MOSFET，而功率容量也比电力MOSFET大，适用于高频大功率场合。 正常导通型器件，使用不太方便，此外SIT通态电阻较大，使得通态损耗也大，因而SIT还未在大多数电力电子设备中得到广泛应用。 静电感应晶闸管SITH SIT与GTO复合而成。又被称为场控晶闸管 本质上是两种载流子导电的双极型器件，具有电导调制效应，通态压降低、通流能力强。 其很多特性与GTO类似，但开关速度比GTO高得多，是大容量的快速器件。 一般也是正常导通型，但也有正常关断型 ，电流关断增益较小，因而其应用范围还有待拓展。 集成门极换流晶闸管IGCT 多个并联的电力MOSFET和其它辅助元件组成的GTO门极驱动电路，与平板型的GTO集成。 容量与普通GTO相当，但开关速度比普通的GTO快10倍，而且可以简化普通GTO应用时庞大而复杂的缓冲电路，不过其所需的驱动功率仍然很大。 目前正在与IGBT等新型器件激烈竞争。 其他新型电力电子器件 MCT（MOS Controlled Thyristor） MOSFET与晶闸管的复合，关键问题未攻克，限制了容量发展 SIT（Static Induction Transistor） 结型场效应晶体管，多子导电，工作频率高，正常导通型器件，主要应用在大功率高频环境 SITH（Static Induction Thyristor） 场控晶闸管，速度快，容量大。工艺复杂，一般为正常导通型器件 IGCT/GCT（Gate-Commutated Thyristor） 门极换流晶闸管，GTO的派生器件，容量比IGBT大，受到IGBT挑战 其他新型电力电子器件 功率模块：将多个电力电子器件封装在一个模块中，称为功率模块。利于缩小装置体积，降低成本，提高可靠性。对工作频率高的电路，可大大减小线路电感，从而简化对保护和缓冲电路的要求。 其他新型电力电子器件 功率集成电路（PIC） ： 将器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自诊断等信息电子电路制作在同一芯片上。 其他新型电力电子器件 智能功率模块（IPM） 专指IGBT及其辅助器件与其保护和驱动电路的单片集成。将驱动、保护和控制电路的多个芯片封入同一模块中，形成具有部分或完整功能的、相对独立的单元。如构成一相或三相逆变器的专用模块，用于电动机变频调速装置的需要。 小结 当前的格局： 光控晶闸管：容量最大：制造水平8kV / 3.5kA，装置最高达300MVA。 GTO/IGCT：全控器件，兆瓦级以上应用，容量略低于晶闸管。 IGBT：中大功率，千瓦－兆瓦级应用，仍不断发展。 电力MOSFET：中小功率（300V/180A）领域特别是低压领域地位牢固。 功率