机车电力电子技术 课件 第三章 全控型电力电子器件.pptx

第三章全控型电力电子器件3.1门极可关断晶闸管GTO3.2电力晶体管GTR3.3电力场效应晶体管MOSFET3.4绝缘栅双极型晶体管IGBT

3.1门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管(GateTurn-offThyristor)是一种具有自关断能力的电流驱动型晶闸管。GTO由门极正脉冲信号控制导通，负脉冲控制关断。开通时与晶闸管SCR相似，关断时则完全不同。GTO处于断态时，如果有阳极正向电压，在其门极加上正向触发脉冲电流后，可由断态转入通态；GTO已处于通态时，门极加上足够大的反向脉冲电流，可由通态转入断态。GTO的发展，产生了先进的交-直-交传动系统，并逐步取代了交-直传动系统，德国ICE系列、国产的“中华之星”动车组主变流器就采用了GTO元件。

3.1.1GTO的结构与工作原理同晶闸管SCR一样，GTO外部也引出阳极、阴极、门极3个电极，但和普通晶闸管不同的是，GTO是多元的功率集成器件。

GTO与SCR不同的是，GTO在门极加一个合适的反向电流后可以关断

3.1.2GTO的基本特性阳极伏安特性动态特性

3.1.3GTO的主要参数?

3.2电力晶体管电力晶体管GTR(GiantTransistor)是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管(BipolarJunctionTransistor，BJT)。通常把集电极最大允许耗散功率在1W以上，或最大集电极电流在1A以上的三极管称为电力晶体管或大功率晶体管。电力晶体管既有晶体管的固有特性，又扩大了功率容量。在大功率电力变换电路中，10kHz以下的场合应用较多。

3.2.1GTR的结构GTR与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的，GTR通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构，同GTO一样采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成。GTR是由三层半导体(分别引出集电极、基极和发射极)形成的两个PN结(集电结和发射结)构成，多采用NPN结构。

GTR的工作原理?

3.2.2GTR的基本特性静态特性动态特性

3.2.3GTR的主要参数?

3.3电力场效应晶体管电力场效应晶体管MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor)同双极型晶体管相比，电力MOSFET具有开关速度快、损耗低、驱动功率小、驱动电路简单，在小功率电力电子装置中是应用最为广泛的器件。场效应晶体管是电压型控制器件，它是利用电场效应来控制其电流的大小。场效应晶体管工作时，内部只有一种载流子参与导电，因此又称为单极性器件。场效应晶体管有两类，结型场效应管和绝缘栅型场效应管。电力场效应晶体管都是绝缘栅型场效应管。

3.3.1电力MOSFET的结构和工作原理N沟道NPN型电力场效应晶体管

3.3.1电力MOSFET的结构和工作原理电力MOSFET的种类和结构繁多，按导电沟道可分为P沟道和N沟道。在电力MOSFET中，应用最多的是绝缘栅N沟道增强型。电力MOSFET的结构大都采用垂直导电结构，以提高器件的耐压和耐电流能力。普通的平面导电绝缘栅型MOSFET结构和三极管一样也有三层半导体和二个PN结(J1、J2)，N沟道NPN型电力场效应晶体管。MOSFET有三个极：绝缘栅极(控制极或门极)G、漏极D和源极S。栅极G与两个N型半导体和P型半导体之间通过SiO2绝缘层隔开。它是以一块杂质浓度低的P型材料作为衬底，其上有两处高掺杂N型区(自由电子为多子)分别引出作为漏极D和源极S，相互隔离的两个N区的表面覆盖着金属氧化物SiO2绝缘层，栅极G与两个N区被SiO2绝缘层隔开，故G被称为绝缘栅极。

电力MOSFET工作原理?

电力MOSFET的结构特点?

3.3.2电力MOSFET的基本特性1.静态特性(a)转移特性(b)输出特性图3-9电力MOSFET的特性

3.3.2电力MOSFET的基本特性2.动态特性

3.3.3MOSFET主要参数?

3.4绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated-gateBipolarTransistor)是由MOSFET和GTR复合而成的电力电子器件，为电压驱动器件，既具有MOSFET的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、热稳定性好的优点，又包含了GTR的饱和压降低、可耐高电压和大电流等一系列优点，开关频率虽低于MOSFET，但高于GTR，已经被广泛应用于各种逆变器中。根据封装形式通常分为单只IGBT、半桥(两单元)IGBT、单相全桥IGBT、三相全桥IGBT等。

3.4.1IGBT的结构和工作原理