第2章_电力电子器件(2.3).

《第2章_电力电子器件(2.3).》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章_电力电子器件(2.3).（44页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、2.4 2.4 典型全控型器件典型全控型器件 可关断晶闸管可关断晶闸管GTOGTO 电力晶体管电力晶体管GTRGTR 功率场效应管功率场效应管MOSFETMOSFET 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT（MOSFETMOSFETGTRGTR） 集成门极换流晶闸管集成门极换流晶闸管IGCTIGCT（MOSFETMOSFETGTOGTO）2.4 2.4 典型全控型器件典型全控型器件全控型器件全控型器件: :利用控制信号可控制开通与关断利用控制信号可控制开通与关断的器件的器件, ,通常也称为自关断器件。通常也称为自关断器件。电流控制型电流控制型电流控制型器件从控制极注入或抽取电流信号来

2、控制器件的开通或关断.如可关断晶闸管（GTOGTO）、集成门极换流晶闸管（IGCTIGCT）。主要特点：主要特点：控制功率较大、控制电路复杂、工作频率较低。电压控制型电压控制型通过在控制极建立电场提供电压信号实施器件的开通与关断控制.如功率场效应管（MOSFET）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）主要特点：主要特点：控制功率小、控制电路简单、工作频率较高。分类：分类：电流控制型电流控制型 电压控制型电压控制型2.4.1 2.4.1 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（门极可关断晶闸管（GTO） 晶闸管的一种派生器件晶闸管的一种派生器件 可通过在可通过在门极施加负的脉冲电流使其关断门极

3、施加负的脉冲电流使其关断 GTOGTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，耐压耐流可达耐压耐流可达6KV6KV和和6KA6KA，因而在兆瓦级以上的，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用大功率场合仍有较多的应用1. GTO的结构和工作原理的结构和工作原理结构：结构：GTOGTO的结构示意图、等效电路与电气符号的结构示意图、等效电路与电气符号 -GTO-GTO的开通原理和普通晶闸管相同的开通原理和普通晶闸管相同-GTO-GTO能关断的关键是：能从门极抽取电能关断的关键是：能从门极抽取电流改变二个晶体管的工作状态流改变二个晶体管的工作状态,GTO,G

4、TO是从是从制造工艺上做到这点的。另外，制造工艺上做到这点的。另外，GTOGTO导通导通时饱和程度较浅。时饱和程度较浅。 GTO能从门能从门极抽取电流极抽取电流使双晶体管使双晶体管进入放大状进入放大状态态 而关断而关断2.4.12.4.1可关断晶闸管可关断晶闸管工作原理：工作原理： 临界饱和设计临界饱和设计： 1 1+ + 2 2=1=1是器件临界导通的条件。当是器件临界导通的条件。当 1 1+ + 2 211时，两个等效晶体管过饱和而使器件导通；当时，两个等效晶体管过饱和而使器件导通；当 1 1+ + 2 211时，不能维持饱和导通而关断。开通原理和时，不能维持饱和导通而关断。开通原理和SC

5、RSCR一样。一样。 设计时设计时 2 2较大，使晶体管较大，使晶体管V2V2控制灵敏，易于控制灵敏，易于GTOGTO关断。关断。iB2+ic2=ikic2=2ikik=iB2/(1- 2)=iAGTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别：有如下区别：(1)(1)设计设计 2 2较大较大，使晶体管，使晶体管V V2 2控控制灵敏制灵敏，易于，易于GTOGTO关断。关断。(2)(2)导通时导通时 1 1+ + 2 2更接近更接近1(1( 1.051.05，普通晶闸管普通晶闸管 1 1+ + 2 2 1.151.15）导）导通时饱和不深，通时饱和不

6、深，接近临界饱接近临界饱和，有利门极控制关断和，有利门极控制关断，但，但导通时管压降增大。导通时管压降增大。 (3) (3) 多元集成结构多元集成结构使使GTOGTO元阴极面积很小，门、阴极间距大为元阴极面积很小，门、阴极间距大为缩短，使得缩短，使得P P2 2基区横向电阻很小，基区横向电阻很小，易于从门极抽出较大电流易于从门极抽出较大电流。2. GTO2. GTO的主要参数的主要参数延迟时间与上升时间之和。延迟时间一般延迟时间与上升时间之和。延迟时间一般约约1212 s s。一般指储存时间和下降时间之和，一般指储存时间和下降时间之和，GTOGTO的储的储存时间随阳极电流的增大而增大，下降时间

7、一存时间随阳极电流的增大而增大，下降时间一般小于般小于2 2 s s。2)2)关断时间关断时间t toffoff1)1)开通时间开通时间t tonon 3) 3) 最大可关断阳极电流最大可关断阳极电流I IATOATO4)4) 电流关断增益电流关断增益 offoff GTO GTO额定电流额定电流, ,利用门极脉冲可以关断的最大阳极电流利用门极脉冲可以关断的最大阳极电流. .最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值I IGMGM之比之比称为电流关断增益。称为电流关断增益。 offoff一般很小，这是一般很小，这是GTOGTO的一个主要缺点。例如的一个主要

8、缺点。例如 offoff=5=5时，时， 1000A1000A的的GTOGTO关断时门极负脉冲电流峰值要关断时门极负脉冲电流峰值要200A200A。 术语用法：术语用法： 电力晶体管（电力晶体管（GTRGTR，巨型晶体管），巨型晶体管） 耐高电压、大电流的双极结型晶体管（耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Bipolar Junction TransistorBJTJunction TransistorBJT） 在电力电子技术范围内，在电力电子技术范围内，GTRGTR与与BJTBJT名称等效。名称等效。 应用应用 2020世纪世纪8080年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸年代以

9、来，在中、小功率范围内取代晶闸管，管，耐压和耐流可达耐压和耐流可达1.5KV,1KA, 1.5KV,1KA, 可在可在10KHZ10KHZ以内开以内开关频率下工作。现商品化的关频率下工作。现商品化的GTRGTR耐压、耐流不超过耐压、耐流不超过1200V1200V，800A800A。2.4.5 2.4.5 大功率晶体管大功率晶体管1. GTR的结构和工作原理的结构和工作原理开通和关断可由基极电流来控制，故称为全控型器件开通和关断可由基极电流来控制，故称为全控型器件和电流型驱动器件。和电流型驱动器件。开通条件：开通条件：UceUce正偏，提供基极电流。正偏，提供基极电流。 关断：关断：I Ib b

10、小于等于零。小于等于零。共发射极接法时典共发射极接法时典型输出特性：截止型输出特性：截止区区、放大区和饱和区放大区和饱和区。2. GTR的基本特性的基本特性 (1) 静态特性静态特性电力电子电路中电力电子电路中GTRGTR工作在开关状态，即工作在开关状态，即截止区或饱和区截止区或饱和区3. GTR的主要参数的主要参数 1) 最高工作电压最高工作电压 GTRGTR上电压超过规定值时会发生击穿上电压超过规定值时会发生击穿实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比BUBUceoceo（基极开路时，集电极和发射极间的击穿（基极开路时，集电极和发射极间的击穿电压）低

11、得多。电压）低得多。 2) 2) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流I IcMcM通常规定为通常规定为h hFEFE（电流放大系数）下降到规定值的（电流放大系数）下降到规定值的1/2-1/2-1/31/3时所对应的时所对应的I Ic c实际使用时要留有裕量，只能用到实际使用时要留有裕量，只能用到I IcMcM的一半或稍多一点。的一半或稍多一点。 3) 3) 集电极最大耗散功率集电极最大耗散功率P PcMcM最高工作温度下允许的耗散功率最高工作温度下允许的耗散功率 4. GTR的二次击穿现象与安全工作区的二次击穿现象与安全工作区一次击穿一次击穿 集电极电压升高至击穿电压时，集电极电压升高至击穿