第1章_电路运行条件对电力电子器件性能的影响.ppt

第1章　电路运行条件对电力电子器件性能的影响 1.1　概述 1.4　绝缘栅晶体管(IGBT) 1.1　概述 1.1.1　决定电力电子器件实际效能的主要因素1.1.2　电力电子器件的分类 1.1.1　决定电力电子器件实际效能的主要因素 所有电力电子器件在其装置中的实际效能取决于两方面：一是电力电子器件的设计和制作(参数设计、结构安排、材料性能、工艺水平和散热能力等)；二是器件所在电路的运行条件(电路结构、负载性质、控制信号、开关频率、环境温度和冷却条件等)。前一个因素属于器件的设计制作，后一个因素则与器件的选择和使用有关。 半控型器件（如SCR） ——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。 全控型器件（如GTR、GTO、IGBT、Power MOSFET) ——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。 不可控器件(Power Diode) ——不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱动电路。 1.1.2 电力电子器件的分类 按器件受控程度可分为以下三类： 电流驱动型（如GTR、SCR、GTO） ——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。 电压驱动型（如IGBT、 Power MOSFET ） ——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。 1.1.2 电力电子器件的分类 按驱动信号的性质可分为以下二类： 单极型器件（如Power MOSFET） ——由一种载流子参与导电的器件。 双极型器件（如GTO、GTR、SCR、SBD) ——由电子和空穴两种载流子参与导电的器件。 复合型器件(如IGBT) ——由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件。 1.1.2 电力电子器件的分类 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况可分为以下三类： ■典型电力电子器件的输出容量、工作频率及主要应用领域 晶闸管（SCR——Silicon Controlled Rectifier） KP200-5，表示该元件额定电流为200A，额定电压为500V的普通晶闸管。 常用晶闸管的结构 螺栓型晶闸管 晶闸管模块 平板型晶闸管外形及结构 晶闸管（SCR——Silicon Controlled Rectifier） 门极可关断晶闸管（ GTO — Gate-Turn-Off Thyristor ） GTO通过门极关断的原因 设计?2较大，使晶体管V2控制灵敏，易于门极关断。 导通时?1+?2更接近1，导通时接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大。 多元集成结构，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。 电力晶体管（ GTR — Giant Transistor） 基本原理与普通双极结型晶体管相同。 主要特性：导通内阻低、阻断电压高、输入阻抗低、开关频率低。 通常采用达林顿接法组成单元结构。 功率场效应晶体管（Power MOSFET） 导电机理与小功率MOS管相同。 主要特性：导通压降高、开关容量低、输入阻抗高、开关频率高。 小功率MOS管采用横向导电结构，电力MOSFET大都采用 垂直导电结构，又称为VMOSFET（Vertical MOSFET）。 图1-6　功率MOSFET单胞结构示意图a)N沟道VDMOS　b)N沟道VVMOS　c)N沟道型器件符号　d)P沟道型器件符号1—源极　2—栅极　3—SiO2　4—源区　5—沟道体区6—漂移区(外延层)　7—衬底　8—沟道 功率场效应晶体管（Power MOSFET） 1.4　绝缘栅晶体管(IGBT) 1.4.1　IGBT的结构和工作原理1.4.5　驱动电路 三端器件：栅极G、集电极C和发射极E 图1-25 IGBT的简化等效电路和电气图形符号 图1-24 内部结构断面示意图 1.4.1　IGBT的结构和工作原理 1.4.1　IGBT的结构和工作原理 1—发射区　 2—SiO2　 3—栅区　 4—沟道5—源区　 6—沟道体区　 7—漏区(漂移区)8—衬底(注入区) 　9—缓冲区 图1-31　N沟道PT型IGBT单胞结构剖面示意图 1.4.1　IGBT的结构和工作原理 图1-32　IGBT的等效电路及其图形符号a)静态等效电路　b)简化等效电路c)、d)N沟道型的两种图形符号　e)、f)P沟道型的图形符号 a ) b ) O 有源区 正向阻断区 饱 和 区 反向阻断区 I C U GE(th) U GE O I C U RM U FM U CE U GE(th) U GE 增加 补充：IGBT的基本特性