电力电子技术基础-华南理工大学：3—器件.pptVIP

Fundamentals of Power Electronics Technology 电力电子技术基础 South China University of Technology 第二部分 电力电子器件 6 1.6 绝缘栅双极型晶体管 电力电子技术 第二部分 电力电子器件 ——IGBT的产生思路 电力电子技术基础 ?? GTR和GTO的特点——双极型，电流驱动，有电导调制效应，通流能力很强；开关速度较低，所需驱 动功率大，驱动电路复杂。 ???? MOSFET的优点——单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单；容量小。 两类器件取长补短结合而成的复合器件—绝缘栅双极晶体管 电力电子技术 第二部分 电力电子器件 ——IGBT的概况 电力电子技术基础 ???绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor— —IGBT或IGT） ?GTR和MOSFET复合，结合二者的优点， 具有好的特性 ?1986年投入市场后，取代了GTR和一部分MOSFET的市场,中小功率电力电子设备的主导器件 ?继续提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位 电力电子技术 第二部分 电力电子器件 ——IGBT的结构 电力电子技术基础 IGBT — Insulated Gate Bipolar Transistor Powerex CM300DY-24H 4x IGBT 4x Diode 电力电子技术 第二部分 电力电子器件 ——IGBT的结构 电力电子技术基础 电力电子技术 第二部分 电力电子器件 ————IGBT的静态特性 电力电子技术基础 ★ 转移特性 ★ 输出特性 饱和区 ★ 饱和电压特性 在1/2或1/3额定电流以下的区段，通态压降具负温度系数 在以上的区段则具有正温度系数，并联使用时也具有电流的自动均衡能力，易于并联 电力电子技术 第二部分 电力电子器件 ——IGBT的动态特性 电力电子技术基础 拖尾电流MOS已经关断，IGBT存储电荷释放缓慢 电力电子技术 第二部分 电力电子器件 ——IGBT的擎住（Latch）效应 电力电子技术基础 ★ 静态擎住 ★ 动态擎住 ★ 过热擎住 P区体电阻RP引发擎住 关断过急→位移电流 CJ—PN结电容 RG 不能过小，限制关断时间。 RP 及PNP、NPN 电流放大倍数 因温度升高而增大。 （150℃时ICM降至1/2） 电力电子技术 第二部分 电力电子器件 ——IGBT的主要参数 电力电子技术基础 1) 最大集射极间电压UCES 由内部PNP晶体管的击穿电压确定 2)? 最大集电极电流 包括额定直流电流IC和1ms脉宽最大电流ICP 3)最大集电极功耗PCM 正常工作温度下允许的最大功耗 电力电子技术 第二部分 电力电子器件 ——IGBT的特性和参数特点 电力电子技术基础 (1)??开关速度高，开关损耗小。在电压1000V以上 时，开关损耗只有GTR的1/10，与电力 MOSFET相当 (2)? 相同电压和电流定额时，安全工作区比GTR大，且具有耐脉冲电流冲击能力 (3)?? 通态压降比VDMOSFET低，特别是在电流较大的区域 (4)?? 输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似 (5) 与MOSFET和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点 IGBT中双极型PNP晶体管的存在，虽然带来了电导调制效应的好处，但也引入了少子储存现象，因而IGBT的开关速度低于电力MOSFET IGBT的击穿电压、通态压降和关断时间也是需要折衷的参数 1.7 其他新型电力电子器件 电力电子技术 第二部分 电力电子器件 ———集成门极换流晶闸管 电力电子技术基础 集成门极换流晶闸管（IGCT）是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT集成于一个整体形成的器件。门极换流晶闸管GCT是基于GTO结构的一个新型电力半导体器件，它不仅与GTO有相同的高阻断能力和低通态压降，而且有与IGBT相同的开关性能，兼有GTO和IGBT之所长，是一种较理想的兆瓦级、中压开关器件。 1996年出现 电力电子技术 第二部分 电力电子器件 ———集成门极换流晶闸管 电力电子技术基础 IGCT损耗低、开关快速等这些优点保证了它能可靠、高效率地用于300 kVA～10MVA变流器，而不需要串联或并联。 IGCT将成为高功率高电压变频器的首选功率器件。 电力电子技术 第二部分 电力电子器件 ———功率模块与功率集成电路 电力电子技术基础 Toshiba Fuji Semikron Powerex Eupec/Infineon Stand