电力电子第2章器件

1、第二章第二章 电力电子器件电力电子器件 2.1 电力二极管电力二极管 2.2 晶闸管类器件晶闸管类器件 2.3 全控型电力电子器件全控型电力电子器件 2.4 电力电子器件的驱动和保护电力电子器件的驱动和保护 电力电子器件的特点 电力电子器件是建立在半导体原理基础上电力电子器件是建立在半导体原理基础上 的，它一般能承受较高的工作电压和较大的，它一般能承受较高的工作电压和较大 的电流，并且主要工作在开关状态，因此的电流，并且主要工作在开关状态，因此 在变流电路中也常简称为在变流电路中也常简称为“开关开关”。 电力电子器件可以用小信号控制器件的通电力电子器件可以用小信号控制器件的通 断，从而控制大功

2、率电路的工作状态，这断，从而控制大功率电路的工作状态，这 意味着器件有很高的放大倍数。意味着器件有很高的放大倍数。 电力电子器件工作在开关状态时，有较低电力电子器件工作在开关状态时，有较低 的通态损耗，可以提高变流电路的效率。的通态损耗，可以提高变流电路的效率。 电力电子器件的分类 按照电力电子开关器件的可控性 不控型器件不控型器件 （电力二极管）（电力二极管） 半控型器件半控型器件 （晶闸管系列器件）（晶闸管系列器件） 全控型器件全控型器件 （电力晶体管、电力场效应管和（电力晶体管、电力场效应管和IGBT等）等） 电力电子器件的分类 按照器件对驱动（触发）信号的要求 电流型驱动电流型驱动 （

3、电流型驱动器件要求控制信号有一定的电 流强度，这类器件有晶闸管、电力晶体管 等） 电压型驱动电压型驱动 （电压型驱动器件只要控制极施加一定的电 压信号，而需要的控制电流很小，一般在 毫安级，主要通过在控制极产生的电场来 控制器件的导通和关断，因此也称为场控 型器件。有IGBT,P-MOSFET） 电力电子器件的分类 按照器件工作原理 单极型：参与导电 的载流子只有一种， 电子或空穴 双极型：参与导电 的既有电子又有空 穴 复合型：兼有单极 型和双极型的优点。 如IGBT的输入控制 部分为MOSFET， 输出级为双极结型 晶体管 2.1 电力二极管 一、一、电力二极管的原理电力二极管的原理 二、

4、二、电力二极管的伏安特性电力二极管的伏安特性 三、三、电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数 返回返回 2.1 电力二极管电力二极管 一、电力二极管的工作原理一、电力二极管的工作原理 电力二极管与普通二极管的工作原理相同电力二极管与普通二极管的工作原理相同 当二极管接正向电压时，二极管正偏当二极管接正向电压时，二极管正偏 ，管子两端，管子两端 正向电压降正向电压降UAK一般小于一般小于1伏（硅二极管约伏（硅二极管约0.7伏，伏， 锗二极管约锗二极管约0.3伏）。伏）。 当二极管接反向电压时，即阳极接外电源负极，阴当二极管接反向电压时，即阳极接外电源负极，阴 极经负载接外电源的正极，这也常称为

5、反偏极经负载接外电源的正极，这也常称为反偏 ，二极管，二极管 截止截止 。 返回返回 + - 二、电力二极管的伏安特性二、电力二极管的伏安特性 当施加在二极管上的正向电压大于当施加在二极管上的正向电压大于UTO 时，二极时，二极 管导通。当二极管受反向电压时二极管截止，仅管导通。当二极管受反向电压时二极管截止，仅 有很小的反向漏电流（也称反向饱和电流）。有很小的反向漏电流（也称反向饱和电流）。 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 反向特性反向特性 正向特性正向特性 电力二极管的开关特性 t4-t2这段这段 时间叫反时间叫反 向恢复时向恢复时 间间 反向重复峰值电压反向重复峰值电压 能够反复施加在

6、二极管上，二极管不会被击穿的能够反复施加在二极管上，二极管不会被击穿的 最高反向重复峰值电压最高反向重复峰值电压U URRM RRM。 。 额定电压：额定电压： 额定电压一般是击穿电压额定电压一般是击穿电压U UB B的的2/32/3。在使用中额。在使用中额 定电压一般取二极管在电路中可能承受的最高反向定电压一般取二极管在电路中可能承受的最高反向 电压（在交流电路中是交流电压峰值），并增加一电压（在交流电路中是交流电压峰值），并增加一 定的安全裕量。定的安全裕量。 三、电力二极管的主要参数三、电力二极管的主要参数 A A、电力二极管的电压参数、电力二极管的电压参数 B B、通态平均电流和额定电

7、流、通态平均电流和额定电流 通态平均电流（额定电流）是二极管在规定通态平均电流（额定电流）是二极管在规定 的管壳温度下，二极管能通过工频正弦半波电流的管壳温度下，二极管能通过工频正弦半波电流 的平均值的平均值I IF F(AV)(AV)。（额定电流的选择见晶闸管）。（额定电流的选择见晶闸管） C、结温结温 结温是二极管工作时内部结温是二极管工作时内部PNPN结的温度，即管结的温度，即管 芯温度。半导体器件的最高结温一般限制在芯温度。半导体器件的最高结温一般限制在150150 200200，结温和管壳的温度与器件的功耗、管子散，结温和管壳的温度与器件的功耗、管子散 热条件（散热器的设计）和环境温

8、度等因素有关热条件（散热器的设计）和环境温度等因素有关。 13 二极管电流定额的含义二极管电流定额的含义 如手册上某电力二极管的额定电流为100A，说明： 允许通过平均值为100A的正弦半波电流； 允许通过正弦半波电流的幅值为314A； 允许通过任意波形的有效值为157A的电流； 在以上所有情况下其功耗发热不超过允许值。 mFrms II 2 1 mFR II 1 FRFRFrms III57. 1 2 由额定电流和最大允许全周期均方根正向电流的公式，得：由额定电流和最大允许全周期均方根正向电流的公式，得： 14 二极管的基本应用二极管的基本应用 整流 续流 D1 D2 D3 D4 VDC V

9、AC （a）整流（b）续流 D L i S VS R R 2.2 晶闸管类器件晶闸管类器件 一、一、 晶闸管晶闸管 二、二、 双向晶闸管双向晶闸管 三、三、 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管GTO 四、四、 其它晶闸管类器件其它晶闸管类器件 返回返回 一、一、 晶闸管晶闸管 A、 晶闸管工作原理 B、 晶闸管伏安特性 C、 晶闸管主要参数 螺旋型封装螺旋型封装 平板型封装平板型封装 晶闸管的结构、符号和结构模型 A、 晶闸管工作原理晶闸管工作原理 由由PNPNPNPN四层半导体料四层半导体料 组成的四层三端器件，组成的四层三端器件， 三个三个P-NP-N结结 P1P1阳极阳极A A（Anode

10、Anode） N2N2阴极阴极K(Cathode) K(Cathode) P2P2引出门极引出门极G(Gate)G(Gate) 双三极管模型和导通原理双三极管模型和导通原理 B、 晶闸管伏安特性晶闸管伏安特性 晶闸管伏安特性晶闸管伏安特性 正向特性正向特性 反向特性反向特性 C、 晶闸管晶闸管主要参数主要参数 1 1、电压参数、电压参数 （1 1）断态重复峰值电压）断态重复峰值电压U UDRM DRM 断态重复峰值电压是在门极无触发时，允许重复施加在器断态重复峰值电压是在门极无触发时，允许重复施加在器 件上的正向电压峰值，该电压规定为断态不重复峰值电压件上的正向电压峰值，该电压规定为断态不重复

11、峰值电压U UDSM DSM 的的9090。 （2 2）反向重复峰值电压）反向重复峰值电压U URRM RRM 反向重复峰值电压是在门极无触发时，允许重复施加在器反向重复峰值电压是在门极无触发时，允许重复施加在器 件上的反向电压峰值。该电压规定为反向不重复峰值电压件上的反向电压峰值。该电压规定为反向不重复峰值电压U URSM RSM 的的9090。 （3 3）额定电压额定电压 产品样本上一般取断态重复峰值电压和反向重复峰值电压中产品样本上一般取断态重复峰值电压和反向重复峰值电压中 较小的一个作为器件的额定电压。在选取器件时要根据器件在较小的一个作为器件的额定电压。在选取器件时要根据器件在 电路

12、中可能承受的最高电压，再增加电路中可能承受的最高电压，再增加2-32-3倍的裕量来选取晶闸倍的裕量来选取晶闸 管的额定电压，以确保器件的安全运行管的额定电压，以确保器件的安全运行。 2 2、电流参数、电流参数 通态平均电流和额定电流通态平均电流和额定电流 通态平均电流通态平均电流I IAV AV国际规 国际规 定是在环境温度为定是在环境温度为4040C C和在规定冷却条件下，稳定结和在规定冷却条件下，稳定结 温不超过额定结温时，晶闸管允许流过的最大正弦半温不超过额定结温时，晶闸管允许流过的最大正弦半 波电流的平均值。波电流的平均值。晶闸管以通态平均电流标定为额定晶闸管以通态平均电流标定为额定

13、电流电流。 当通过晶闸管的电流不是正弦半波时，选择额定当通过晶闸管的电流不是正弦半波时，选择额定 电流就需要将实际通过晶闸管电流的有效值电流就需要将实际通过晶闸管电流的有效值I IT T折算为折算为 正弦半波电流的平均值，其折算过程如下：正弦半波电流的平均值，其折算过程如下： 通过晶闸管正弦半波电流的平均值通过晶闸管正弦半波电流的平均值 ： 0 1 )(sin 2 1 mmAV IttdII 正弦半波电流的有效值正弦半波电流的有效值 ： 得正弦半波电流有效值与平均值关系为得正弦半波电流有效值与平均值关系为 ： 通过晶闸管的通态平均电流为通过晶闸管的通态平均电流为 ： 在选择在选择晶闸管额定电流

14、晶闸管额定电流时，在通态电流平均值时，在通态电流平均值I IAVAV的的 基础上还要增加（基础上还要增加（1.51.52 2）倍的安全裕量，即）倍的安全裕量，即 I IT(AV) T(AV)=(1.5 =(1.52)2)I IAV AV。 。 57.1 T AV I I mmT ItdtII 2 1 )()(sin 2 1 0 22 AVAVT III57. 1 2 24 图中画斜线部分为一个2周期中晶闸管的电流波形。若各 波形的最大值为Im=100A，试计算各波形电流的平均值Id1、Id2、 Id3和电流有效值I1、I2、I3 。 若考虑二倍的电流安全裕量，选择额定电流为100A的晶闸 管能

15、否满足要求？ 3、门极参数、门极参数 晶闸管的门极参数主要有晶闸管的门极参数主要有门极触发门极触发 电压电压和和触发电流触发电流，门极触发电压一般，门极触发电压一般 小于小于5V5V，最高门极正向电压不超过，最高门极正向电压不超过10V10V。 门极触发电流根据晶闸管容量在几门极触发电流根据晶闸管容量在几 几百毫安之间。几百毫安之间。 4、动态参数、动态参数 （1 1）开通时间和关断时间）开通时间和关断时间 延迟时间延迟时间t td d：在晶闸管被触发时，阳极电流开始上升，在晶闸管被触发时，阳极电流开始上升， 当电流上升到稳态值当电流上升到稳态值1010的这段时间的这段时间, , 上升时间上升

16、时间t tr r电流从电流从1010上升到稳态电流上升到稳态电流9090的这段时间。的这段时间。 导通时间导通时间t tonon：为延迟时间和上升时间之和：为延迟时间和上升时间之和, , t tonon = = t td d + + t tr r ，普通晶闸管的延迟时间约为，普通晶闸管的延迟时间约为0.50.51.5s, 1.5s, 上上 升时间为升时间为0.50.53s3s。 晶闸管开通和关断过程晶闸管开通和关断过程 反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间t trrrr：晶闸管受反向电压关断晶闸管受反向电压关断 正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间t tgrgr：正向电压阻断能力恢复的时间正向电压阻断

17、能力恢复的时间 关断时间关断时间 ： t toff off = = t trrrr + + t tgrgr ，约为数百微秒。，约为数百微秒。 （2 2）dv/dtdv/dt和和di/dtdi/dt限制限制 晶闸管在断态时，如果加在阳极上的正向电压上晶闸管在断态时，如果加在阳极上的正向电压上 升率升率dv/dtdv/dt很大会使晶闸管误导通，因此，对晶闸管很大会使晶闸管误导通，因此，对晶闸管 正向电压的正向电压的dv/dtdv/dt需要作一定的限制。需要作一定的限制。 晶闸管在导通过程中，如果电流上升率晶闸管在导通过程中，如果电流上升率di/dtdi/dt很很 大大, , 会引起局部结面过热使晶

18、闸管烧坏，因此，在晶会引起局部结面过热使晶闸管烧坏，因此，在晶 闸管导通过程中对闸管导通过程中对di/dtdi/dt也要有一定的限制。也要有一定的限制。 返回返回 二、二、 双向晶闸管双向晶闸管 双向晶闸管（双向晶闸管（Triode AC SwitchTriode AC SwitchTRIACTRIAC或、或、 Bidirectional Triode ThyristorBidirectional Triode Thyristor）是一种在正反向电）是一种在正反向电 压下都可以用门极信号来触发导通的晶闸管。它有两个压下都可以用门极信号来触发导通的晶闸管。它有两个 主极主极T T1 1和和T T

19、2 2，一个门极，一个门极G G，原理上它可以视为两个普通晶，原理上它可以视为两个普通晶 闸管的反并联闸管的反并联。双向晶闸管承受双向晶闸管承受dv/dtdv/dt的能力较低，使的能力较低，使 用中要在主极用中要在主极 T T1 1和和T T2 2间并联间并联RCRC吸收电路。吸收电路。 等值电路等值电路 符号符号 返回返回 三、 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管GTO 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管GTOGTO是一种通过门极加负脉是一种通过门极加负脉 可以关断的晶闸管。（全控型器件可以关断的晶闸管。（全控型器件) ) A、 GTO的关断原理的关断原理 B、 GTO的主要参数的主要参数 GT

20、O符号符号 A、 GTO的关断原理的关断原理 GTOGTO的导通原理与普通晶闸管相同，不同的导通原理与普通晶闸管相同，不同 是在关断过程。是在关断过程。 在导通的在导通的GTOGTO还受正向电压时，在门极加还受正向电压时，在门极加 负脉冲，使门极电流负脉冲，使门极电流I IG G反向，这样双三极管反向，这样双三极管 模型中模型中T2T2管基极的多数载流子被抽取，管基极的多数载流子被抽取，T2T2基基 极电流下降，使极电流下降，使T2T2集极电流集极电流I IC2C2随之减小，随之减小， 而这引起而这引起T1T1管基极电流和集极电流管基极电流和集极电流I IC1C1的减小，的减小， T1T1集极

21、电流的减小又引起集极电流的减小又引起T2T2基极电流的进一基极电流的进一 步下降，产生了负的正反馈效应，使等效的步下降，产生了负的正反馈效应，使等效的 三极管三极管T1T1和和T2T2退出饱和状态，阳极电流下降退出饱和状态，阳极电流下降 直至直至GTOGTO关断。关断。 B、 GTO的主要参数的主要参数 1 1、最大可关断阳极电流、最大可关断阳极电流I IATO ATO 这是这是GTOGTO通过门极负脉冲能关断的最大阳极电流，通过门极负脉冲能关断的最大阳极电流， 并且以此电流定义为并且以此电流定义为GTOGTO的额定电流，这与普通晶闸的额定电流，这与普通晶闸 管以最大通态电流为额定电流是不同的

22、。管以最大通态电流为额定电流是不同的。 2 2、电流关断增益、电流关断增益offoff 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 之比是之比是GTOGTO的电流关断增益的电流关断增益 一般一般GTOGTO电流关断增益电流关断增益offoff较小，只有较小，只有5 51010倍左右。倍左右。 返回返回 GM ATO off I I 四、四、 其它晶闸管类器件其它晶闸管类器件 1 1、 快速晶闸管快速晶闸管 快速晶闸管（快速晶闸管（Fast Switching ThyristorFST） 的原理和普通晶闸管相同，其特点是关断速的原理和普通晶闸管相同，其特点是

23、关断速 度快，普通晶闸管的关断时间为数百微秒，度快，普通晶闸管的关断时间为数百微秒， 快速晶闸管关断时间为数十微秒，高频晶闸快速晶闸管关断时间为数十微秒，高频晶闸 管可达管可达10s左右，因此左右，因此快速晶闸管主要使用快速晶闸管主要使用 在高频电路中。在高频电路中。 2 2、 逆导型晶闸管逆导型晶闸管 一种将晶闸管反并联一种将晶闸管反并联 一个二极管后制作在同一一个二极管后制作在同一 管芯上的集成器件。常用管芯上的集成器件。常用 在大功率的斩波电路中。在大功率的斩波电路中。 3 3、 光控晶闸管光控晶闸管 一种用光触发导通的晶闸管，其工作原理类一种用光触发导通的晶闸管，其工作原理类 似于光电

24、二极管似于光电二极管 。主要应用在高电压大功率。主要应用在高电压大功率 场合，比如高压直流输电。场合，比如高压直流输电。 返回返回 一、电力晶体管GTR 二、电力场效应晶体管 三、绝缘栅双极型晶体管IGBT 四、其它新型全控型器件和模块 返回返回 一、电力晶体管一、电力晶体管GTR 一种耐压较高电流较大的双极结型晶体管一种耐压较高电流较大的双极结型晶体管. . GTR GTR的主要参数有的主要参数有: : （1 1）最高工作电压）最高工作电压 （2 2）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流I ICMCM （3 3）集极最大耗散功率）集极最大耗散功率P PCMCM。 为了提高为了提高GTRGT

25、R的电流能力，大功率的电流能力，大功率GTRGTR都做成达林顿管。都做成达林顿管。 目前在大多数场合目前在大多数场合GTRGTR已经为性能更好的电力场效已经为性能更好的电力场效 应管和应管和IGBTIGBT取代取代. . 返回返回 二、电力场效应晶体管二、电力场效应晶体管 电力场效应晶体管（电力场效应晶体管（PowerPowerMOSFETMOSFET）是一种大功率的场）是一种大功率的场 效应晶体管。效应晶体管。 场效应晶体管有场效应晶体管有: : 源极源极S(Source)S(Source)、漏极漏极D(Drain)D(Drain)和和栅极栅极 G(Gate)G(Gate)三个极。三个极。

26、。 MOSFET原理图原理图 电力场效应晶体管分类 （1）结型场效应管结型）结型场效应管结型 场效应管场效应管 利用利用PN结反向电压对结反向电压对 耗尽层厚度耗尽层厚度的控制来改的控制来改 变漏极、源极之间的导变漏极、源极之间的导 电沟道宽度，从而控制电沟道宽度，从而控制 漏、源极间电流的大小。漏、源极间电流的大小。 N沟道结型场效应管沟道结型场效应管 （2 2）绝缘栅型场效应管，绝缘栅型场效应管利用栅）绝缘栅型场效应管，绝缘栅型场效应管利用栅 极和源极之间电压产生的电场来改变半导体表面极和源极之间电压产生的电场来改变半导体表面 的感生电荷改变导电沟道的导电能力，从而控制的感生电荷改变导电沟

27、道的导电能力，从而控制 漏极和源极之间的电流。漏极和源极之间的电流。 在电力电子电路中常用的是绝缘栅金属氧化物在电力电子电路中常用的是绝缘栅金属氧化物 半导体场效应晶体管半导体场效应晶体管MOSFETMOSFET（Metal Oxide Metal Oxide Semiconductor Field Effect TransistorSemiconductor Field Effect Transistor）。）。 考虑极间电容P-MOSFET管的等效模型 MOSFET按导电沟道可分为按导电沟道可分为P沟道（载流子沟道（载流子 为空穴）和为空穴）和N沟道（载流子为电子）两种。沟道（载流子为电子

28、）两种。 当栅极电压为零时漏源极间就存在导电沟道当栅极电压为零时漏源极间就存在导电沟道 的称为耗尽型。的称为耗尽型。 对于对于N沟道器件，栅极电压大于零时才存在沟道器件，栅极电压大于零时才存在 导电沟道的称为增强型；导电沟道的称为增强型； 对于对于P沟道器件，栅极电压小于零时才存在沟道器件，栅极电压小于零时才存在 导电沟道的称为增强型。导电沟道的称为增强型。 在电力场效应晶体管中主要是在电力场效应晶体管中主要是N沟道增强型。沟道增强型。 A、主要特性和参数、主要特性和参数 1、转移特性 2、输出特性 3、主要参数 1、转移特性、转移特性 这是反映这是反映漏极电流漏极电流I ID D与栅源极电压

29、与栅源极电压U UGS GS关系 关系的曲的曲 线，线，U UT T是是MOSFETMOSFET的栅极开启电压也称阈值电压。转的栅极开启电压也称阈值电压。转 移特性的斜率称为跨导移特性的斜率称为跨导gmgm。 返回返回 GS D m U I g 转移特性转移特性 2、输出特性、输出特性 在正向电压（漏极在正向电压（漏极D“D“”，源极，源极S“S“”）时加正）时加正 栅极电压栅极电压U UGS GS，有电流 ，有电流I ID D从漏极流向源极，场效应管导从漏极流向源极，场效应管导 通。其输出特性可分四个区。通。其输出特性可分四个区。MOSFETMOSFET的输出特性如图：的输出特性如图： 输出

30、特性输出特性 3、主要参数、主要参数 （1 1） 通态电阻通态电阻R Ron on 定义：在确定的栅压定义：在确定的栅压U UGS GS时， 时，MOSFETMOSFET从非饱和区进从非饱和区进 入饱和区时的漏源极间等效电阻。入饱和区时的漏源极间等效电阻。 通态电阻影响通态电阻影响MOSFETMOSFET的导通压降和导通损耗。通的导通压降和导通损耗。通 态电阻受温度变化的影响很大，具有正温度系态电阻受温度变化的影响很大，具有正温度系 数。并且耐压高的器件数。并且耐压高的器件R Ron on 也较大，管压降也较 也较大，管压降也较 大，因此它不易制成高压器件。大，因此它不易制成高压器件。 （2

31、2） 开启电压开启电压U UT T 定义：应用中常将漏极短接条件下定义：应用中常将漏极短接条件下I ID D为为1mA1mA时的栅时的栅 极电压定义为开启电压。极电压定义为开启电压。 （3 3） 漏极击穿电压漏极击穿电压BUBUDS DS 避免器件进入击穿区的最高极限电压，是避免器件进入击穿区的最高极限电压，是MOSFETMOSFET标标 定的定的额定电压额定电压。 （4 4） 栅极击穿电压栅极击穿电压BUBUGS GS 一般栅源电压一般栅源电压U UGS GS的极限值为 的极限值为20V20V （5 5） 漏极连续电流漏极连续电流I ID D和漏极峰值电流和漏极峰值电流I IDM DM 漏极

32、连续电流漏极连续电流I ID D是是MOSFETMOSFET的电流额定值的电流额定值。 。 漏极峰值电流漏极峰值电流I IDM DM是 是MOSFETMOSFET的电流极限值。的电流极限值。 （6 6） 极间电容极间电容 极间电容包括栅极电容极间电容包括栅极电容C CGS GS、栅漏电容 、栅漏电容C CGD GD，栅源电容 ，栅源电容 C CDS DS。 。 （7 7） 开关时间开关时间 包括开通时间包括开通时间ton和关断时间和关断时间toff，开通时间和，开通时间和 关断时间都在关断时间都在数十纳秒数十纳秒左右，适用于高频电路。左右，适用于高频电路。 P_MOSFET栅源电压VGS与源漏

33、电压VDS波形 返回返回 三、绝缘栅双极型晶体管三、绝缘栅双极型晶体管IGBT A A、等效电路和工作原理等效电路和工作原理 B B、擎住效应擎住效应 C C、主要参数主要参数 等效电路等效电路图标图标 A A、 IGBTIGBT工作原理工作原理 IGBTIGBT是一种复合型器件它兼有是一种复合型器件它兼有MOSFETMOSFET高输高输 入阻抗、电压控制、驱动功率小、开关速度入阻抗、电压控制、驱动功率小、开关速度 快、工作频率高的特点和快、工作频率高的特点和GTRGTR电压电流容量电压电流容量 大的特点。大的特点。 IGBTIGBT和和MOSFETMOSFET有相似的转移特性，和有相似的转移

34、特性，和GTRGTR有有 相似的输出特性。相似的输出特性。 转移特性转移特性输出特性输出特性 B B、擎住效应、擎住效应 由于在由于在IGBTIGBT内部存在一个寄生三内部存在一个寄生三 极管极管T2,T2,在在IGBTIGBT截止和正常导通时，截止和正常导通时， R RS S上压降很小，三极管上压降很小，三极管T T2 2没有足够没有足够 的基流不会导通，的基流不会导通， 如果如果I IC C超过额定值，超过额定值， T T2 2基射间基射间 的体区短路电阻的体区短路电阻R RS S上压降过大，寄上压降过大，寄 生三极管生三极管T T2 2将导通，将导通， T T2 2和和T T1 1就形成

35、就形成 了一个晶闸管的等效结构，即使撤了一个晶闸管的等效结构，即使撤 除除U UGEGE信号，信号，IGBTIGBT也继续导通使门也继续导通使门 极失去控制，这称为极失去控制，这称为擎住效应擎住效应。 C C、主要参数、主要参数 1 1、最大集射极电压、最大集射极电压 U UCESCES （IGBTIGBT的额定电压的额定电压, ,超过该电压超过该电压IGBTIGBT将可能将可能 击穿）击穿） 2 2、最大集电极电流、最大集电极电流 I IC C 包括通态时通过的直流电流包括通态时通过的直流电流ICIC和和1ms1ms脉冲宽度脉冲宽度 的最大电流的最大电流I ICP CP。最大集电极电流 。最

36、大集电极电流I ICP CP是根据避 是根据避 免擎住效应确定的。免擎住效应确定的。 3 3、最大集电极功耗、最大集电极功耗 P PCMCM 因为因为IGBT这时不受反向电这时不受反向电 压，压，N基区的少数载流子基区的少数载流子 复合缓慢，使复合缓慢，使IC下降变慢下降变慢 （tfi2段），造成关断时段），造成关断时 电 流 的 拖 尾 现 象 ， 使电 流 的 拖 尾 现 象 ， 使 IGBT的关断时间大于于的关断时间大于于 电力电力MOSFET的关断时的关断时 间。间。 IGBT的特点是开关速度和的特点是开关速度和 开关频率高于开关频率高于GTR，略低，略低 于电力于电力MOSFET；输

37、入；输入 阻抗高，属电压驱动，这阻抗高，属电压驱动，这 与与MOSFET相似，但通相似，但通 态压降小于电力态压降小于电力 MOSFET是其优点。是其优点。 返回返回 4 4、开通时间和关断时间、开通时间和关断时间 t tonon, ,t toffoff 四、其它新型全控型器件和模块四、其它新型全控型器件和模块 A A、 静电感应晶体管静电感应晶体管SIT SIT B B、 静电感应晶闸管静电感应晶闸管SITHSITH C C、 集成门极换流晶闸管（集成门极换流晶闸管（IGCTIGCT） D D、 集成功率模块集成功率模块 返回返回 一、一、电电力电子器件的驱动力电子器件的驱动 二、二、电力电

38、子器件的保护电力电子器件的保护 三、三、电力电子器件的串并联电力电子器件的串并联 返回返回 一、电力电子器件的驱动一、电力电子器件的驱动 电力电子器件的驱动是通过控制极加一定的电力电子器件的驱动是通过控制极加一定的 信号使器件导通或关断，产生驱动信号的电路信号使器件导通或关断，产生驱动信号的电路 称为驱动电路。驱动电路与主电路的隔离很重要。称为驱动电路。驱动电路与主电路的隔离很重要。 变压器隔离变压器隔离 脉冲隔离脉冲隔离 晶闸管类器件的触发要求：晶闸管类器件的触发要求： 晶闸管是电流型驱动器件采用脉冲触发，其晶闸管是电流型驱动器件采用脉冲触发，其 门极触发脉冲电流的理想波形如下图。门极触发脉

39、冲电流的理想波形如下图。 全控型器件的驱动要求：全控型器件的驱动要求： 驱动电流或电压的波形基本如上图，一般驱动脉冲驱动电流或电压的波形基本如上图，一般驱动脉冲 前沿要求比较陡（小于前沿要求比较陡（小于1 1微秒）。微秒）。 晶闸管触发电流波形晶闸管触发电流波形 全控器件的驱动波形全控器件的驱动波形 返回返回 电力电力MOSFET的驱动电压一般取的驱动电压一般取1015V， IGBT取取1520V，关断时控制极加，关断时控制极加515V 电压。电压。 常用的电力常用的电力MOSFET驱动模块有三菱公司的驱动模块有三菱公司的 M57918,其输入电流信号幅值为其输入电流信号幅值为16mA,输出最

40、输出最 大脉冲电流达大脉冲电流达2A和和3A,输出驱动电压输出驱动电压15V 和和10V。IGBT驱动模块有三菱公司的驱动模块有三菱公司的M579 系列（系列（M57962L、 M57959L），富士公司的），富士公司的 EXB系列（如系列（如EXB840、EXB841、EXB850、 EXB851），西门子），西门子2ED020I12等。等。 二、电力电子器件的保护二、电力电子器件的保护 A、 过电压保护 B、 过电流保护 C、 缓冲电路 电力电子器件承受过电压和过电流的能力较低，一旦电力电子器件承受过电压和过电流的能力较低，一旦 电压电流超过额定值，器件极易损坏造成损失，需要采电压电流超过额定值，器件极易损坏造成损失，需要采 取保护措施。取保护措施。电力电子装置的过电压和过电流，是由于电力电子装置的过电压和过电流，是由于 外部或内部的状态突变造成的外部或内部的状态突变造成的，例如雷击，线路开关，例如雷击，线路开关 （断路器）的分合，电力电子器件的通断都引起了电路（断路器）的分合，电力电子器件的通断都引起了电路 状态的变化，电路状态的变化将引起电磁