第3章现代电力电子器件选读.pptx

现代电力电子学;第3章　现代电力电子器件;3.1　概述;3.1.1　电力电子器件概述;1.电力电子器件的基本构成;2.电力电子器件的分类及其特点;2.电力电子器件的分类及其特点;2.电力电子器件的分类及其特点;2.电力电子器件的分类及其特点;2.电力电子器件的分类及其特点;20世纪50年代中后期之前，在电力系统中起整流和开关作用的有源电子器件主要是真空管和离子管等电真空器件。 自20世纪70年代中后期起，各种通、断两态双可控的大功率开关器件逐渐开始推广应用。;3.1.2　发展沿革与趋势;3.1.2　发展沿革与趋势;3.2　电力电子器件原理与特性;3.2.1　整流原理与阻断特性;1. PN结;1. PN结;1. PN结;1. PN结;1. PN结;1. PN结;1. PN结;(1) 雪崩击穿;(1) 雪崩击穿;(2) 隧道击穿;(3) 热电击穿(二次击穿);(3) 热电击穿(二次击穿);2.肖特基势垒接触;2.肖特基势垒接触;2.肖特基势垒接触;3.2.2　开关原理与频率特性;1. MOS栅原理;图3-15　P型MOS结构在各种下的空间电荷分布和能带图a) 多数载流子累积　b) 多数载流子耗尽　c) 反型;(1) 多数载流子累积;(2) 多数载流子耗尽;(3) 少子变多子的反型状态;(3) 少子变多子的反型状态;(3) 少子变多子的反型状态;(3) 少子变多子的反型状态;(3) 少子变多子的反型状态;(3) 少子变多子的反型状态;2. PN结与MES栅原理;2. PN结与MES栅原理;3.电流控制型器件的开关原理;(1) BJT开关原理;(2) 普通晶闸管和GTO的开关原理;(2) 普通晶闸管和GTO的开关原理;4. PN结的反向恢复过程与双极器件的开关特性;3.2.3　电导调制原理与通态特性;1. PN结的电导调制作用;1. PN结的电导调制作用;2.器件的通态特性;2.器件的通态特性;3.2.4　功率损耗原理与高温特性;1.功率损耗;1.功率损耗;(1) 通态损耗;(2) 开关损耗;(3) 驱动损耗;(4) 断态漏电损耗;2.结温与热阻;2.结温与热阻;2.结温与热阻;2.结温与热阻;3.高温特性;(1) 高温通态特性;(2) 高温阻断特性;(2) 高温阻断特性;3.3　现代整流二极管;3.3.1　普通肖特基势垒二极管;3.3.1　普通肖特基势垒二极管;3.3.1　普通肖特基势垒二极管;3.3.2　PN结-肖特基势垒复合二极管;1. JBS(Junction Barrier SBD);2. MPS(Merged PN Junction SBD);将MOS结构结合到SBD之中，利用MOS结构在适当偏压下的载流子耗尽作用(见图3-15b)，也可像JBS那样在肖特基势垒区之下再形成一个空间电荷区，使低势垒SBD的反向漏电流大幅度极低。这种器件名叫TMBS(Trench MOS-Barrier SBD)，其结构如图3-25所示。;3.3.3　MOS-肖特基势垒复合二极管;不借助于其他器件元素，也不必缩短额外载流子寿命(这会影响其他特性)，功率PIN二极管的反向恢复特性可以通过PN结自身的结构变化得到明显改善。这就是图3-26所示的SSD(Static Screened Diode)。这种结构与常规PIN二极管的不同之处仅在于其P层不具有均匀的厚度和杂质浓度，而是在较低浓度的浅结P型薄层中镶嵌了均匀分布的高浓度深结P+微区。;图3-26　SSD结构示意图;3.4　功率MOS;3.4.1　功率MOS的基本结构与工作原理;1.基本结构;(1) DMOS;(2) UMOS;图3-28　CoolMOS结构示意图;2.基本工作原理;2.基本工作原理;3.4.2　功率MOS的特征参数;3.4.2　功率MOS的特征参数;3.4.3　功率MOS的基本特性;1.极限参数与安全工作区;1.极限参数与安全工作区;2.静态特性;(1) 输出特性;(2) 转移特性与跨导;(3) 阻断特性;3.开关特性;3.开关特性;图3-33　功率MOS开关时间常数的定义;3.4.4　功率MOS的可靠性问题;3.4.4　功率MOS的可靠性问题;1.du/dt误导通模式;(1)模式Ⅰ ;(1)模式Ⅰ ;(2)模式Ⅱ;2.du/dt误导通预防措施;3.5　绝缘栅双极晶体管(IGBT);3.5.1　IGBT的基本结构和工作原理;3.5.1　IGBT的基本结构和工作原理;3.5.2　IGBT的工作特性;1.静态特性;1.静态特性;1.静态特性;2.动态特性;3.高温特性;3.5.3　安全工作区;3.5.4　特种IGBT与IGBT的进化;1.P沟IGBT;2.高压IGBT;3.高温IGBT;4.槽栅IGBT;5.IGBT的进化;3.6　宽禁带半导体电力电子器件;3.6.1　电力电子