电力电子技术教学课件作者高锋阳第2章节现代电力电子器件课件幻灯片.ppt

2.9.2 集成门极换向晶体管的特性及主要参数 ◆二极管参数 正向压降UF：指作为IGCT一部分的二极管的正向压降。 最大电流上升率di/dt：指在规定电压条件下，构成IGCT一部分的二极管关断时开始恢复反向所允许的最大电流上升率。 反向峰值恢复电流Irr：指作为IGCT一部分的二极管的反向恢复峰值电流。 最大关断损耗：指在最大di/dt和规定的电压条件下，二极管所能允许的最大关断损耗。 结壳热电阻Rjc.D:是指假定IGCT中只有二极管发热的条件下，内部PN结与外壳之间的散热热阻。 2.9.3 集成门极换向晶体管的触发原理 实际应用中用户不用触发GCT的门极，IGCT作为一个整体的器件，其触发一般采用光纤，光纤输入“亮”，即可以让IGCT导通。光纤输入“暗”，即可以让IGCT关断。这种门极电路GCT的集成带来了使用上的方便性。另外，这种集成还可以使部分控制功能直接在门极电路中实现，这是独立的GTO器件所不具备的，如IGCT的再触发功能。由于GCT和GTO是晶闸管型器件，与IGBT等电压型控制晶体管器件不同，因此其开通时脉冲电流输入GCT部分的门极后，将使器件内部形成强烈的正反馈而导通。但是导通后如果外部电路的状态使得该GCT的阳极在开通时刻没有电流流过，或者在导通过程中使阳极电流变为零，则GCT的导通状态无法维持。此时虽然IGCT驱动光纤信号为导通状态，但GCT可以认为是不导通状态。此时发生负载电流过零反向等变化时，若电流需要从该GCT阳极流过，则需要再给GCT一次触发开通过程。IGCT的集成门极电路可在一定条件下自动完成该触发，这就是IGCT的再触发功能，或者称为内部再触发功能。 2.10 电力电子器件的发展趋势 新型电力电子器件呈现出许多优势，其发展主要有以下特点： ◆ 集成化 具有主回路、控制回路、检测、保护功能于一体的智能功率集成电路发展迅速，其中IGBT的智能化模块IPM已得到了广泛的应用。 ◆ 大容量 GTO是容量上与晶闸管最接近的具有自关断能力的器件，但存在缺点和问题。由于IGBT、IGCT等器件的大容量化及实用化，在更多的领域，IGBT和IGCT将取代GTO。 ◆ 高频化 GTO的工作频率为1～2kHz，GTR可在10kHz以下工作，IGBT工作频率已达150kHz。工作频率的高频化，可大大减小电路中电压器和滤波电感、电容的体积，使装置小型化、轻量化。 ◆ 高效率 电力电子器件的导通压降在不断的改善，降低了导通损耗。同时开通和关断过程的加快，也降低了开关损耗。 本章小结 本章介绍了功率二极管、晶闸管、可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR、电力场效应管Power MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换向晶体管IGCT等几种常用的半导体电力电子器件。 ■ 据开关器件开通、关断可控性的不同，可将开关器件分为三类： ◆不可控器件只有功率二极管是不可控器件；其处于正向偏置时自然导通，而处于反向偏置时自然关断. ◆半控型器件 只有普通晶闸管及其派生器件属于半控型器件，当晶闸管承受正压时，在其控制极和阴极之间外加正向触发脉冲电流后，晶闸管从断态转入通态。一旦晶闸管导通后，撤除触发脉冲，晶闸管仍然处于通态，即控制极只能控制其导通而不能控制其关断，要使晶闸管关断，只能使其阳极和阴极之间的电压为零或反向，使其阳极电流低于维持电流。 本章小结 ◆ 全控型器件 GTO、GTR、Power MOSFET和IGBT都是全控型器件，即通过控制极施加驱动信号既能控制其开通也能控制其关断。 ■ 根据开通和关断所需控制极驱动信号的不同要求进行划分。 可控开关器件又可分为电流型控制器件和电压型控制器件。SCR、GTO和GTR为电流型控制器件，而Power MOSFET和IGBT为电压型控制器件。电流型控制器件的特点是导通压降小，通态损耗小（GTO除外），但所需驱动功率大，驱动电路较复杂，工作频率较低。电压型控制器件的特点是输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高，但导通压降要大一些。 ■ 按照电力电子器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件又可分为单极性器件、双极性器件和复合性器件。 本章小结 功率MOSFET只有一种载流子参与导电，故为单极性器件；结型二极管、晶闸管、GTO、GTR中电子和空穴两种均参与导电，故为双极性器件。而IGBT是由MOSFET和GTR复合而成，故称为复合型器件。 与机械开关相比，电力电子器件具有在高