电力电子学 高等教育出版社 陈坚,康勇 第2章课件.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第2章 半导体电力开关器件 * 可控性 驱动信号 额定 电压、电流 工作频率 饱和压降 二极管 不可控 无 最大 有高 有低 小 晶闸管 半控 脉冲电流 （开通） 最大 最低 小 GTO 全控 正、负 脉冲电流 大 较低 中 BJT 全控 正电流 中 中 小 IGBT 全控 正电压 较大 较高 较小 MOSFET 全控 正电压 小 最高 大 常用电力半导体开关器件性能对比 第2章 半导体电力开关器件 * 最近十年电力电子器件发展的一个重要趋势是将半导体电力开关器件与其驱动、缓冲、监测、控制和保护等所有硬件集成一体，构成一个功率集成电路PIC。 PIC实现了电能与信息的集成，如果能妥善解决PIC内部的散热、隔离等技术难题，今后PIC将使电力电子技术发生革命性的变革。 大 趋 势 多谢观赏 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第2章 半导体电力开关器件 * 第二章 半导体电力开关器件 2.1 电力二极管 2.2 双极结型电力晶体管BJT 2.3 晶闸管及其派生器件 2.4 门极可关断晶闸管GTO 2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET 2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT *2.7 MOS控制晶闸管MCT和集成门极换流晶闸管 IGCT (自学) 2.8 半导体电力开关模块和功率集成电路 本章小结 第2章 半导体电力开关器件 * 场效应晶体管的分类 第2章 半导体电力开关器件 * N沟道结构 N沟道符号 P沟道符号 耗尽型 外加PN结反向电压控制场效应晶体管栅－源之间PN结耗尽层宽度变化来控制沟道电导，称之为结型。 结型场效应晶体管 第2章 半导体电力开关器件 * P沟道符号 N沟道符号 N沟道结构 耗尽型 由于栅极G与其余两个电极之间是绝缘的，外加栅、源级之间的电场控制半导体中感应电荷量的变化控制沟道电导，因此称之为绝缘栅型。 绝缘栅型场效应晶体管 第2章 半导体电力开关器件 * 反型层 耗尽型 当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，称之为耗尽型。 栅极电压大于零时才存在导电沟道，称之为增强型。 按导电沟道可分为P沟道和N沟道 功率MOSFET主要是 增强型绝缘栅 N沟道场效应晶体管 绝缘栅型场效应晶体管 第2章 半导体电力开关器件 * 2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET P-MOSFET基本结构、符号和外接电路 第2章 半导体电力开关器件 * 2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET （续1） 目前流行的结构 具有垂直导电双扩散MOS结构的N沟增强型VDMOS 第2章 半导体电力开关器件 * 图2.17 P-MOSFET特性曲线 I D V GS V GSth (d)转移特性 I D V DS V GS=0 V GS1=4 V GS2=8 V GS3=10 (e)输出特性 Ⅰ Ⅱ Ⅲ V BR P－MOSFET的工况可用其转移特性和输出特性表述： 2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET （续2） UGSUGSth, 工作在截止区 当UGD＝UGS-UDSUGSth时，可变电阻区（导通状态）--区域Ⅰ 当 UGD＝UGS-UDSUT时，饱和区（恒流区，等效于晶体管的放大区！）--区域Ⅱ 击穿区：UDS增加到一定量，漏极PN击穿，漏电流迅速增大--区域Ⅲ 第2章 半导体电力开关器件 * 2.5 P－MOSFET的寄生二极管 第2章 半导体电力开关器件 * P-MOSFET 与 BJT 的性能对比 是否 可控 驱动 信号 额定电压 额定电流 工作 频率 饱和 压降 BJT 全控 正电流 较大 中 小 P-MOSFET 全控 正电压 较小 高 大 第2章 半导体电力开关器件 * 第二章 半导体电力开关器件 2.1 电力二极管 2.2 双极结型电力晶体管BJT 2.3 晶闸管及其派生器件 2.4 门极可关断晶闸管GTO 2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET 2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT *2.7 MOS控制晶闸管MCT和集成门极换流晶闸管 IGCT (自学) 2.8 半导体电力开关模块和功率集成电路 本章小结 第2章 半导体电力开关器件 * 2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT P-MOSFET IGBT 第2章 半导体电力开关器件 * 2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT IGBT比MOSFET多一层P+注入区，形成了一个大面积的P