课件：电力晶体管.ppt

2.5.3 电力MOSFET的主要参数 1．漏源击穿电压BUDS 2．漏极连续电流ID和漏极峰值电流IDM 3．栅源击穿电压BUGS 4．极间电容 电力MOSFET不存在二次击穿问题，这是它的一个优点。漏-源间的耐压、漏极最大允许电流和最大耗散功率决定了电力MOSFET的安全工作区。在实际使用中，应注意留有适当的裕量。 2.6 绝缘栅双极型晶体管 绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Biopolar Transistor，IGBT)是20世纪80年代中期发展起来的一种新型器件。它综合了GTR和MOSFET的优点，既有GTR耐高电压、电流大的特点，又兼有单极型电压驱动器件MOSFET输入阻抗高、驱动功率小等优点。目前在20kHz及以下中等容量变流装置中得到广泛应用，已取代了GTR和功率MOSFET的一部分市场，成为中小功率电力电子设备的主导器件。近年来，开发的第三代、第四代IGBT可使装置工作频率提高到50～100kHz，电压和电流容量进一步提高，大有全面取代上述全控型器件的趋势。 2.6.1 IGBT的结构与基本工作原理 图2.16所示为IGBT的结构剖面图,其等效电路与图形符号如图2.17所示。 图2.16 IGBT的结构剖面 2.17 IGBT等效电路与图 形符号 IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，它是一种场控器件。其开通和关断是由栅极和发射极间的电压UGE控制的，当UGE为正且大于开启电压UT时，功率MOSFET内形成导电沟道，其漏源电流作为内部GTR的基极电流，从而使IGBT导通。此时从P+注入N-区的空穴对N?-区进行电导调制，减小了N-区的电阻RN，使IGBT获得低导通压降。当栅极与发射极间不加信号或施加反向电压时，功率MOSFET内的导电沟道消失，GTR的基极电流被切断，IGBT随即关断。 2.6.2 IGBT的基本特性 1．静态特性。 1) 转移特性 用来描述IGBT集电极电流iC与栅-射电压UGE之间的关系，如图2.18(a)所示。 2) 输出特性，如图2.18(b)。描述以栅-射电压为参变量时，集电极电流iC与集-射极间电压UCE之间的关系。 图2.18 IGBT的静态特性 2．动态特性 IGBT的动态特性包括开通过程和关断过程，如图2.19所示。 图2.19 IGBT的开通与关断过程 1)开通过程 IGBT的开通过程与功率MOSFET的开通过程相类似。 2) 关断过程 欲使IGBT关断时，给栅极施加反向脉冲电压-UGM 。 2.6.3 IGBT的主要参数 集-射极额定电压UCES；（2）栅-射极额定电压UGES； 栅-射极开启电压UGE(th)；（4）集电极额定电流IC； (5)集-射极饱和电压UCEO。 2.6.4 IGBT的驱动电路 1.IGBT对栅极驱动电路的特殊要求 2.IGBT栅极驱动电路应满足的条件 栅极驱动条件与IGBT的特性密切相关。设计栅极驱动 电路时，应特别注意开通特性、负载短路能力和引起的 误触发等问题。栅极串联电阻、栅极驱动电压的上升率 、下降率对IGBT的开通和关断过程有较大的影响。 2.7 集成门极换流晶闸管 集成门极换流晶闸管(Integrated Gate Commutated Thysristor，IGCT)是1996年问世的一种新型半导体开关器件。 2.7.1 IGCT的结构 IGCT是将门极驱动电路与门极换流晶闸管(GCT)集成为一个整体形成的。门极换流晶闸管(GCT)是基于GTO晶闸管结构的一种新型电力半导体器件，它不仅有与GTO晶闸管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，即它是GTO晶闸管和IGBT相互取长补短的结果，是一种较理想的兆瓦级、中压开关器件，非常适合用于6kV和10kV的中压开关电路。图2.20所示为IGCT的原理框图和电路符号。 图2.20 IGCT原理框图和电路符号 IGCT和GTO晶闸管相比，IGCT的关断时间降低了30%，功耗降低了40%。IGCT不需要吸收电路，IGCT在使用时只需将它连接到一个20V电源和一根光纤上就可以控制它的导通和关断。 2.7.2 IGCT的特点 IGCT具有快速开关功能、具有导电损耗低的特点，在各种高电压、大电流应用领域中的可靠性更高。IGCT装置中的所有元件装在紧凑的单元中，降低了成本。IGCT采用电压源型逆变器，与其他类型变频器的拓扑结构相比，结构更简单，效率更高。 优化的技术只需更少的器件，相同电压等级的变频器采用IGCT的数量只需低压I