电力电子技术-第二章 电力电子器件2.4.doc

第 二 章 绪论 第 4 节 典型全控型器件 授课 时数 2学时 教学目的与要求 目的和要求： 掌握GTO、GTR、电力MOSFET三种全控型器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意问题。 教学难点与重点 掌握集中典型全控型器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用。 互动内容 课堂提问和讨论 自学内容 无 授课方法 讲授 （现代化） 教学手段 多媒体 作业 思考题 无  第二章 电力电子器件 前面学习了不可控器件-电力二极管、半控型器件-晶闸管 2.4 典型全控型器件 全控型器件的特点：通过门极的控制既可以使其开通，也可以使其关断。 全控型电力电子器件的典型代表：门极可关断、电力晶体管、电力场效应晶体管（就是通常所说的电力MOSFET/MOS管）、绝缘栅双极晶体管（通常所说的IGBT）。 全控型器件实际上发展很快，不止这些，简要学习这几种典型全控型器件的基本原理，对以后理解和使用其他全控型器件有帮助。 门极可关断晶闸管——顾名思义，它是晶闸管家族中的一种，它的出现是比较早的。50年代后期，出现了晶闸管，从而诞生了一门崭新的学科—电力电子学，60年代初，门极可关断晶闸管出现了，但全控型器件真正的发展，是到20世纪80年代以后。 在20世纪50年代后期到70年代，以晶闸管为中心的半控型器件，占据着电力电子学的舞台。正是因为晶闸管的出现，才产生了电力电子学，他得到了迅速发展。 到80年代以后，全控型器件逐渐成为主流，某种程度上来说，取代了半控型器件晶闸管的中心位置，当然，半控型器件晶闸管也很重要，但不占据主要位置了。 由于全控型器件的发展，使电力电子装置的性能更完善、控制更方便，对电力电子学的发展起到了很重要的作用。 这门课主要是介绍各种电路，各种电路是以各种电力电子器件为基础的。各种器件里，我们介绍了很多，有三种器件在本课中占主导地位，一种是半控型晶闸管，虽然它在电力电子学中不再占中心位置，但仍然用处很大，还是很重要的一种器件，很多电路会使用它。另外两种就是电力MOSFET，在小功率场合用得最多，再就是IGBT（绝缘栅双极晶体管），在中大功率场合占主流位置，它也是重点介绍的器件。 从门极可关断晶闸管入手。 * 一般说GTO，不说门极可关断晶闸管 * 顾名思义，它是晶闸管的一种派生器件，是晶闸管家族中的一种，但它和晶闸管有很大区别。晶闸管有很多种，主导是普通晶闸管，除此之外，还有快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管，都属于半控型器件，而GTO虽然是晶闸管的一种，但被划到全控型器件中去了。因为它主要的特点是，通过门极的控制，不但能使其导通，也能使其关断，在门极施加负脉冲就可使其关断。 * 现在基本上是大功率的晶闸管用的比较多，但如果需要全控型，那还是选择GTO，所以，GTO还是有很大的市场。 * GTO既然是晶闸管的一种，必然有很多地方和晶闸管一样，在结构上，都是PNPN四层半导体结构，外部引出三个端子：阳极、阴极、门极（控制极）。 * GTO与晶闸管的不同点之一：一般的晶闸管就是一个完整的晶闸管，不管是3英寸、4英寸甚至6英寸的，就是一个晶闸管，而GTO是一种多元结构，像图a中，画了4圈，每圈里都有很多短线，每一条短线实际上就是一个GTO元，所以，它是由很多小GTO合起来，构成一个大的GTO，中间是管芯。 书：1、注意电气图形符号 2、这些GTO元的阴极和门极在器件内部并联在一起，这是为了便于实现门极控制关断。 对GTO的分析仍然可以通过双晶体管模型来分析，这个模型在讲晶闸管时已经说过，它是P1N1P2N2四四层结构，把它剖成一个P1N1P2构成的PNP晶闸管V1和一个N1P2N2构成的NPN晶闸管V2，特点是V1的基极就是V2的集电极。构成了一个整体。 对于GTO来说，从原理上说，如果在G（门极）加一个负脉冲（V2的基极加一个负脉冲），则V2基极电流↓，则Ic2↓，则Ic1↓（对于V1），Ic1↓，进一步减小V2的基极电流，Ic2又会↓，这是一个正反馈过程，最终，管子就会关断。但一般的晶闸管，是没法这么说的，这主要是由于GTO在结构上有很多不同于普通晶闸管的特点，使它能够通过门极加负电流，使它关断。 正反馈：对反馈的信息进行促进，如，锅炉内某部分温度升高，通过反馈，锅炉内温度越来越高 负反馈：对反馈的信息进行抑制，如，锅炉内某部分温度升高，通过反馈，锅炉内温度越来越低 图b中，仍有两个晶体管V1、V2，它们的共基极电流增益仍然是用和来表示，主要来看它和普通晶闸管哪些地方不一样，使它能够通过门极关断。 首先，比较大，