电力电子技术第2章电力电子器件.ppt

2.6 功率集成电路与集成电力电子模块 ■基本概念 ◆ 20世纪80年代中后期开始，模块化趋势，将多个器件封装在一个模块中，称为功率模块。 ◆可缩小装置体积，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。 ◆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，称为功率集成电路（Power Integrated Circuit——PIC）。 */98 2.6 功率集成电路与集成电力电子模块 ■实际应用电路 ◆高压集成电路（High Voltage IC——HVIC） ?一般指横向高压器件与逻辑或模拟控制电路的单片集成。 ◆智能功率集成电路（Smart Power IC——SPIC） ?一般指纵向功率器件与逻辑或模拟控制电路的单片集成。 ◆智能功率模块（Intelligent Power Module——IPM） ?专指IGBT及其辅助器件与其保护和驱动电路的单片集成，也称智能IGBT（Intelligent IGBT）。 */98 2.6 功率集成电路与集成电力电子模块 ■发展现状 ◆功率集成电路的主要技术难点：高低压电路之 间的绝缘问题以及温升和散热的处理。 ◆以前功率集成电路的开发和研究主要在中小功 率应用场合。 ◆智能功率模块在一定程度上回避了上述两个难 点,最近几年获得了迅速发展。 ◆功率集成电路实现了电能和信息的集成，成为 机电一体化的理想接口。 */98 本章小结 ■将各种主要电力电子器件的基本结构、工作原理、基本 特性和主要参数等问题作了全面的介绍。 ■电力电子器件归类 ◆按照器件内部电子和空穴 两种载流子参与导电的情况 ?单极型：肖特基二极管、 电力MOSFET和SIT等。 ?双极型：基于PN结的电 力二极管、晶闸管、GTO和 GTR等。 ?复合型 ：IGBT、SITH 和MCT等。 图2-26 电力电子器件分类“树” */98 本章小结 ◆按驱动类型 ?电压驱动型器件 √单极型器件和复合型器件。 √共同特点是：输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高。 ?电流驱动型器件 √双极型器件。 √共同特点是：具有电导调制效应，因而通态压降低，导通损耗小，但工作频率较低，所需驱动功率大，驱动电路也比较复杂。 ◆按控制信号的波形 ?电平控制型器件 √电压驱动型器件和部分电流驱动型器件（如GTR） ?脉冲触发型器件 √部分电流驱动型器件（如晶闸管和GTO） */98 */98 本章小结 ■电力电子器件的现状和发展趋势 ◆20世纪90年代中期以来，逐渐形成了小功率（10kW以下）场合以电力MOSFET为主，中、大功率场合以IGBT为主的压倒性局面，在10MVA以上或者数千伏以上的应用场合，如果不需要自关断能力，那么晶闸管仍然是目前的首选器件 。 ◆电力MOSFET和IGBT中的技术创新仍然在继续，IGBT还在不断夺取传统上属于晶闸管的应用领域 。 ◆宽禁带半导体材料由于其各方面性能都优于硅材料，因而是很有前景的电力半导体材料 。 2.4.2 电力晶体管 ■GTR的基本特性 ◆静态特性 ?在共发射极接法时的典 型输出特性分为截止区、放 大区和饱和区三个区域。 ?在电力电子电路中， GTR工作在开关状态，即工 作在截止区或饱和区。 ?在开关过程中，即在截 止区和饱和区之间过渡时， 一般要经过放大区。 截止区 放大区 饱和区 O I c i b3 i b2 i b1 i b1 i b2 i b3 U ce 图2-17 共发射极接法时 GTR的输出特性 */98 2.4.2 电力晶体管 ◆动态特性 ?开通过程 √需要经过延迟时间td和上升时间tr，二者之和为开通时间ton。 √增大基极驱动电流ib的幅值并增大dib/dt，可以缩短延迟时间，同时也可以缩短上升时间，从而加快开通过程。 ?关断过程 √需要经过储存时间ts和下降时间tf，二者之和为关断时间toff。 √减小导通时的饱和深度以减小储存的载流子，或者增大基极抽取负电流Ib2的幅值和负偏压， 可以缩短储存时间，