全控型电力导体器件.ppt

第五章 全控型电力半导体器件 ·引言 一. 门极可关断晶闸管 二. 电力晶体管 三. 电力场效应晶体管 复合电力半导体器件 其它全控型电力电子器件 （静电感应晶体管和静电感应晶闸管） 模块和智能功率模块 电力电子技术发展概貌 典型全控型器件·引言 门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。 20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时代。 典型代表——门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。 典型全控型器件·引言 常用的典型全控型器件 一. 门极可关断晶闸管 晶闸管的一种派生器件。 可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。 GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。 一. 门极可关断晶闸管 结构： 与普通晶闸管的相同点： PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。 和普通晶闸管的不同点：GTO是一种多元的功率集成器件。 一. 门极可关断晶闸管 工作原理： 与普通晶闸管一样，可以用图1-7所示的双晶体管模型来分析。 一. 门极可关断晶闸管 GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别： 一. 门极可关断晶闸管 GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅。 GTO关断过程中有强烈正反馈使器件退出饱和而关断。 多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程快，承受di/dt能力强 。 一. 门极可关断晶闸管 开通过程：与普通晶闸管相同 关断过程：与普通晶闸管有所不同 储存时间ts，使等效晶体管退出饱和。 下降时间tf 尾部时间tt —残存载流子复合。 通常tf比ts小得多，而tt比ts要长。 门极负脉冲电流幅值越大，ts越短。 一. 门极可关断晶闸管 3. GTO的主要参数 一. 门极可关断晶闸管 （3）最大可关断阳极电流IATO 5.1.4 对门极信号的要求 使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗。 对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。 一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。 驱动电路的基本任务： 按控制目标的要求施加开通或关断的信号。 对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。 5.1.4 对门极信号的要求 驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离。 ?光隔离一般采用光耦合器 ?磁隔离的元件通常是脉冲变压器 5.1.4 对门极信号的要求 电流驱动型 按照驱动信号的性质分 电压驱动型 分立元件 按驱动电路具体形式可分 专用集成驱动电路 双列直插式集成电路及将光耦隔离电路也集成在内的混合集成电路。 为达到参数最佳配合，首选所用器件生产厂家专门开发的集成驱动电路。 (1) GTO的开通控制与普通晶闸管相似。 GTO关断控制需施加负门极电流。 直接耦合式驱动电路可避免电路内部的相互干扰和寄生振荡，可得到较陡的脉冲前沿P186图6.8。 目前应用较广，但其功耗大，效率较低。 二. 电力晶体管 电力晶体管（Giant Transistor——GTR，直译为巨型晶体管） 。 耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor——BJT），英文有时候也称为Power BJT。 ??应用 20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代。 二. 电力晶体管 1. GTR的结构和工作原理 二. 电力晶体管 在应用中，GTR一般采用共发射极接法。 集电极电流ic与基极电流ib之比为 （6-4） ? ——GTR的电流放大系数，反映了基极电流对集电极电流的控制能力 。 当考虑到集电极和发射极间的漏电流Iceo时，ic和ib的关系为 ic=? ib +Iceo （6-4`） 单管GTR的? 值比小功率的晶体管小得多，