第四讲电力电子器件3ppt课件

1、电力电子器件_GTR 、电力MOSFET、IGBT电 力 电 子 技 术Power Electronic Technology合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组3.7 3.7 电力晶体管电力晶体管GTRGTR 术语用法：术语用法： 电力晶体管电力晶体管Giant TransistorGTRGiant TransistorGTR，直译为巨型晶体管），直译为巨型晶体管） 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 Junction Bipolar Junction TransistorBJTTransistorBJT），英文有时候也称为），英文有时

2、候也称为Power BJTPower BJT 在电力电子技术的范围内，在电力电子技术的范围内，GTRGTR与与BJTBJT这两个名称等效这两个名称等效 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管，但目年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被前又大多被IGBTIGBT和电力和电力MOSFETMOSFET取代取代合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.1 GTR4.1 GTR的结构和工作原理的结构和工作原理GTRGTR的结构和工作原理的结构和工作原理( ( 图图1-15 1-15 ）与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的与普通的双极结型晶体管

3、基本原理是一样的主要特性是耐压高、电流大、开关特性好主要特性是耐压高、电流大、开关特性好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采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成 合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.1 GTR4.1 GTR的结构和工作原理的结构和工作原理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 （1-9） 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 （1-1

4、0）产品说明书中通常给直流电流增益hFE在直流工作情况下集电极电流与基极电流之比。一般可认为hFE单管GTR的 值比小功率的晶体管小得多，通常为10左右，采用达林顿接法可有效增大电流增益bcii合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.1 GTR4.1 GTR的基本特性的基本特性 (1)(1) 静态特性静态特性 共发射极接法时的典型输出特性：截止区、放大区和饱和区共发射极接法时的典型输出特性：截止区、放大区和饱和区 在电力电子电路中在电力电子电路中GTRGTR工作在开关状态，即工作在截止区或饱和区工作在开关状态，即工作在截止区或饱和区 在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，要经

5、过放大区在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，要经过放大区 图图1-16 1-16 共发射极接法时共发射极接法时GTRGTR的输出特性的输出特性截止区放大区饱和区图1-16OIcib3ib2ib1ib1ib2ib3Uce合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.1 GTR4.1 GTR的基本特性的基本特性 开通过程开通过程 延迟时间延迟时间tdtd和上升时间和上升时间trtr，二者之和为开通时间二者之和为开通时间tonton tdtd主要是由发射结势垒电容主要是由发射结势垒电容和集电结势垒电容充电产生和集电结势垒电容充电产生的。增大的。增大ibib的幅值并增大的幅值并增大did

6、ib/dtb/dt，可缩短延迟时间，同，可缩短延迟时间，同时可缩短上升时间，从而加时可缩短上升时间，从而加快开通过程快开通过程 合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.1 GTR4.1 GTR的基本特性的基本特性关断过程关断过程储存时间储存时间tsts和下降时间和下降时间tftf，二者，二者之和为关断时间之和为关断时间tofftofftsts是用来除去饱和导通时储存在是用来除去饱和导通时储存在基区的载流子的，是关断时间的基区的载流子的，是关断时间的主要部分主要部分减小导通时的饱和深度以减小储减小导通时的饱和深度以减小储存的载流子，存的载流子，( (负面作用是会使负面作用是会使集电极

7、和发射极间的饱和导通压集电极和发射极间的饱和导通压降降UcesUces增加，从而增大通态损耗增加，从而增大通态损耗) )，或者增大基极抽取负电流，或者增大基极抽取负电流Ib2Ib2的幅值和负偏压，可缩短储存时的幅值和负偏压，可缩短储存时间，从而加快关断速度间，从而加快关断速度GTRGTR的开关时间在几微秒以内，的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和比晶闸管和GTOGTO都短很多都短很多 合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.1 GTR4.1 GTR的主要参数的主要参数 前已述及：电流放大倍数、直流电流增益hFE、集射极间漏电流Iceo、集射极间饱和压降Uces、开通时间ton和关断时

8、间toff 此外还有,1)最高工作电压 GTR上电压超过规定值时会发生击穿击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比BUceo低得多 BUceo为基极开路时，c和e之间的击穿电压。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.1 GTR4.1 GTR的主要参数的主要参数 2)2) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流IcMIcM 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IcMIcM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PcMPcM 最高工作温度下允许的耗散功率最高工作温度下允

9、许的耗散功率 产品说明书中给产品说明书中给PcMPcM时同时给出壳温时同时给出壳温TCTC，间接表示了最高工，间接表示了最高工作温度作温度合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.1 GTR4.1 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电压时，IcIc迅速增大，出现雪崩击穿迅速增大，出现雪崩击穿 只要只要IcIc不超过限度，不超过限度，GTRGTR一般不会损坏，工作特性也不变一般不会损坏，工作特性也不变 二次击穿二次击穿 一次击穿发生时，如果继续增高外接电压，则一次击穿发生时，如果继续增高外接电压

10、，则IcIc继续增大，当继续增大，当达到某个临界点时，达到某个临界点时，UceUce会突然降低至一个小值，同时导致会突然降低至一个小值，同时导致IcIc急剧上升，这种现象称为二次击穿；急剧上升，这种现象称为二次击穿； 二次击穿的持续时间很短，一般在纳秒至微秒范围，常常立即二次击穿的持续时间很短，一般在纳秒至微秒范围，常常立即导致器件的永久损坏。导致器件的永久损坏。 将不同基极电流下二次击穿的临界点连接起来，就构成二次击将不同基极电流下二次击穿的临界点连接起来，就构成二次击穿临界线，其反映二次击穿功率穿临界线，其反映二次击穿功率PSBPSB。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.1

11、 GTR4.1 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 安全工作区安全工作区Safe Operating AreaSOASafe Operating AreaSOA） 最高电压最高电压UceMUceM、集电极最大电流、集电极最大电流IcMIcM、最大耗散功率、最大耗散功率PcMPcM、二、二次击穿临界线限定次击穿临界线限定 图图1-18 GTR1-18 GTR的安全工作区的安全工作区合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组Vin1GND2Vout3GND4E148S15+15Vin1GND2Vout3V1078L05+

12、15C18+5TIP1422W 2.7k+15_1VD11N4746C125V100uC5104合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.2 4.2 电力场效应晶体管电力场效应晶体管 也 分 为 结 型 和 绝 缘 栅 型 类 似 小 功 率 F i e l d E f f e c t TransistorFET） 但 通 常 主 要 指 绝 缘 栅 型 中 的 M O S 型 M e t a l O x i d e Semiconductor FET） 简称 电力MOSFETPower MOSFET） 按导电沟道可分为 P沟道 和N沟道 耗尽型当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟

13、道 增强型对于NP沟道器件，栅极电压大于小于零时才存在导电沟道 电力MOSFET主要是增强型,以N沟道居多 结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管Static Induction TransistorSIT）合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.2 4.2 电力电力MOSFETMOSFET的结构和工作原理的结构和工作原理GSDP 沟道GSDN 沟道图1-19电力MOSFET电气图形符号电力MOSFET是多元集成结构，一个器件由许多小MOSFET元组成。导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别。小功率MOS导电沟道平行于芯片表面,是横向导电器件。电力MOSFET大都采用

14、垂直导电结构，又称为VMOSFETVertical MOSFET）大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.2 4.2 电力电力MOSFETMOSFET的工作原理的工作原理UGS=0截止：漏源极间截止：漏源极间加正电源，栅源加正电源，栅源极间电压为零极间电压为零P P基区与基区与N N区之间区之间形成的形成的PNPN结反偏，结反偏，漏源极之间无电漏源极之间无电流流过流流过合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.2 4.2 电力电力MOSFETMOSFET的工作原理的工作原理0UGSUT当UGS大于UT开启电压或阈值电压时，栅极下

15、P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结消失，漏极和源极导电合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.2 4.2 电力电力MOSFETMOSFET的基本特性的基本特性 特点用栅极电压来控制漏极电流 MOSFET是电压控制型器件场控器件），其输入阻抗极高，输入电流非常小。驱动电路简单，需要的驱动功率小 导通时只有一种极性的载流子多子参与导电，是单极型器件； 开关速度快，工作频率高 热稳定性优于GTR 电流容量小，耐压低合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.2 4.2 电力电力MOSFETMOSFET的基本特性的基本

16、特性1)1) 静态特性静态特性图图1-20 1-20 电力电力MOSFETMOSFET的转移特性和输出特性的转移特性和输出特性 a) a) 转移特性转移特性 b) b) 输出特性输出特性01020305040图1-202468a)10203050400b)1020305040饱和区非饱和区截止区ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性ID较大时，ID与UGS的关系近似线性，曲线的斜率定义为 跨导GfsGfsdId/dUGS 截止区对应于GTR的截止区）饱和

17、区对应于GTR的放大区）非饱和区对应于GTR的饱和区，某些书籍上将其命名为正向电阻区）合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.2 4.2 电力电力MOSFETMOSFET的基本特性的基本特性 MOSFETMOSFET的漏极伏安特性输出特性）：的漏极伏安特性输出特性）： 电力电力MOSFETMOSFET工作在开关状态，即在截止区工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换和非饱和区之间来回转换 电力电力MOSFETMOSFET漏源极之间有寄生二极管，漏漏源极之间有寄生二极管，漏源极间加反向电压时器件导通源极间加反向电压时器件导通 电力电力MOSFETMOSFET的通态电阻具有正温

18、度系数，的通态电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利对器件并联时的均流有利原因是电流越大，发热越大，通态电阻就加大，从而限制电流的加大，有利于均流。问题：电力MOSFET能否反向导通？合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.2 4.2 电力电力MOSFETMOSFET的基本特性的基本特性 低压大电流的电力MOSFET的导通压降与二极管相比要低的多，如型号为FQP140N03L的电力MOSFETUDS=30V，ID=140A），其导通电阻仅为3.8m，若负载电流为20A，则导通压降为76mV，因此采用低压电力MOSFET作为整流器件可提高电路效率，减轻散热压力，有利于实现此类电源

19、的小型化。 合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.2 4.2 电力电力MOSFETMOSFET的基本特性的基本特性合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.2 4.2 电力电力MOSFETMOSFET的基本特性的基本特性 2)动态特性 图1-21 电力MOSFET的开关过程 a) 测试电路 b) 开关过程波形 up脉冲信号源，Rs信号源内阻和栅极驱动电阻，RG栅极电阻，RL负载电阻，RF检测漏极电流合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.2 4.2 电力电力MOSFETMOSFET的基本特性的基本特性 开通过程开通过程 开通延迟时间开通延迟时间td(on)

20、td(on) 从驱动脉冲从驱动脉冲电压前沿时刻到电压前沿时刻到iDiD的数值达到稳态电的数值达到稳态电流的流的10%10%的时间段的时间段 电流上升时间电流上升时间tri tri 从从uGSuGS上升到开上升到开启电压启电压UTUT，到漏极电流，到漏极电流iDiD的数值达到的数值达到稳态电流的稳态电流的90%90%的时间段的时间段 电压下降时间电压下降时间tfv tfv 当当uGSuGS上升到上升到UGUGSPSP时，功率时，功率MOSFETMOSFET的漏、源极电压的漏、源极电压uDSuDS开始下降，受栅、漏电容开始下降，受栅、漏电容CGDCGD的影响，的影响，驱动回路的时间常数增大，驱动回

21、路的时间常数增大，uGSuGS增长缓增长缓慢，波形上出现一个平台期，当慢，波形上出现一个平台期，当uDSuDS下下降到导通压降，功率降到导通压降，功率MOSFETMOSFET进入到稳进入到稳态导通状态态导通状态 开通时间开通时间ton=td(on)+tri+tfv ton=td(on)+tri+tfv iDOOttuGSUTtd(on)ttd(off)tfiriuDSOtUGSPfvttrv合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.2 4.2 电力电力MOSFETMOSFET的基本特性的基本特性 关断过程关断过程 关断延迟时间关断延迟时间td(off)当驱动脉冲当驱动脉冲电压下降到零

22、时，栅源极输入电容电压下降到零时，栅源极输入电容Cin通过栅极电阻放电，栅极电压通过栅极电阻放电，栅极电压uGS按按指数曲线下降，当下降到指数曲线下降，当下降到UGSP时，功时，功率率MOSFET的漏、源极电压的漏、源极电压uDS开始开始上升上升 电压上升时间电压上升时间trv栅、漏电容栅、漏电容CGD放电，放电，uGS波形上出现一个平台。当波形上出现一个平台。当uDS上升到输入电压时，上升到输入电压时，iD开始减小开始减小 电流下降时间电流下降时间tfiuGS从从UGSP继继续下降，续下降，iD减小，到减小，到uGS20V20V将导致绝缘层击穿将导致绝缘层击穿 4)4) 极间电容极间电容 极

23、间电容极间电容CGSCGS、CGDCGD和和CDSCDS 厂家提供：漏源极短路时的输入电容厂家提供：漏源极短路时的输入电容CissCiss、共源极输出电容、共源极输出电容CossCoss和反向转和反向转移电容移电容CrssCrss Ciss= CGS+ CGD Ciss= CGS+ CGD （1-141-14） Crss= CGD Crss= CGD （1-151-15） Coss= CDS+ CGD Coss= CDS+ CGD （1-161-16） 输入电容可近似用输入电容可近似用CissCiss代替代替 合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.2 4.2 电力电力MOSFET

24、MOSFET的主要参数的主要参数 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 一般来说，电力MOSFET不存在二次击穿问题 通态电阻Ron：是影响最大输出功率的重要参数。在相同条件下，耐压等级越高的器件其Ron越大，这也是电力MOSFET耐压难以提高的原因之一。另外Ron随结温的增加而增加，随uGS的升高而减小。 GTR和GTO的特点双极型，电流驱动，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂； MOSFET的优点单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。GTO、GTR、电力MOSFET的比较：合肥工

25、业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.3 4.3 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 电力MOSFET属于多子导电，无电导调制效应，当要提高阻断电压时，其导通电阻将迅速增加，以至于使功率管无法正常工作。所以，电力MOSFET在同样的管芯面积下，随着耐电压的提高，电流容量下降的很厉害。例如FQP85N06型MOSFET为60V85A(25)，而同样尺寸的MOS管FQP5N90，电压为900V，而电流容量只有5A。为克服这个缺点，在电力MOSFET中的漏极侧引入一个PN结，在正常导通时，有效电阻成几十倍地降低，可大大提高电流密度，这样就产生了新

26、的器件IGBT。 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管Insulated-gate Bipolar Insulated-gate Bipolar TransistorIGBT TransistorIGBT或或IGTIGT） GTRGTR和和MOSFETMOSFET复合，结合二者的优点，具有好的特性复合，结合二者的优点，具有好的特性 19861986年投入市场后，取代了年投入市场后，取代了GTRGTR和一部分和一部分MOSFETMOSFET的市场的市场, ,中中小功率电力电子设备的主导器件小功率电力电子设备的主导器件 继续提高电压和电流容量，以期再取代继续提高电压和电流容量，以期再取代GTOGTO的

27、地位的地位合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.3 IGBT4.3 IGBT的结构和工作原理的结构和工作原理 IGBT是三端器件：栅极G、集电极C和发射极E 图1-22 IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号 a) 内部结构断面示意图 b) 简化等效电路 c) 电气图形符号EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+发射极 栅极集电极注入区缓冲区漂移区J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区，形成了一个大面积的P+N结J1 使IGBT导通时由P+注入区向N基区发射少子，从而对漂移区电导率进行调制，使得IGB

28、T具有很强的通流能力E合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.3 IGBT4.3 IGBT的结构和工作原理的结构和工作原理 IGBTIGBT的原理的原理 驱动原理与电力驱动原理与电力MOSFETMOSFET基本相同，场控器件，通断基本相同，场控器件，通断由栅射极电压由栅射极电压uGEuGE决定决定 导通：导通：uGEuGE大于开启电压大于开启电压UGE(th)UGE(th)时，时，MOSFETMOSFET内形成沟道，内形成沟道，为晶体管提供基极电流，为晶体管提供基极电流，IGBTIGBT导通导通 导通压降：电导调制效应使通态压降小导通压降：电导调制效应使通态压降小 关断：栅射极间施

29、加反压或不加信号时，关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFETMOSFET内的沟道内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，消失，晶体管的基极电流被切断，IGBTIGBT关断关断合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.3 IGBT4.3 IGBT的基本特性的基本特性1)1) IGBTIGBT的静态特性的静态特性图图1-23 IGBT1-23 IGBT的转移特性和输出特性的转移特性和输出特性a) a) 转移特性转移特性 b) b) 输出特性输出特性O有源区正向阻断区饱和区反向阻断区a)b)ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加合肥工业大学电气工程学

30、院电力电子与电力传动教研组4.3 IGBT4.3 IGBT的基本特性的基本特性 转移特性转移特性ICIC与与UGEUGE间的关系，与间的关系，与MOSFETMOSFET转移特性类似转移特性类似 开启电压开启电压UGE(th)IGBTUGE(th)IGBT能实现电导调制而导通的最低栅射电能实现电导调制而导通的最低栅射电压压 UGE(th)UGE(th)随温度升高而略有下降，在随温度升高而略有下降，在+25+25C C时，时，UGE(th)UGE(th)的值一般的值一般为为2 26V6V 输出特性伏安特性）输出特性伏安特性）以以UGEUGE为参考变量时，为参考变量时，ICIC与与UCEUCE间的关

31、间的关系系 分为三个区域：正向阻断区、有源区和饱和区。分别与分为三个区域：正向阻断区、有源区和饱和区。分别与GTRGTR的截的截止区、放大区和饱和区相对应止区、放大区和饱和区相对应 UCE0UCE0时，时，IGBTIGBT为反向阻断工作状态为反向阻断工作状态合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.3 IGBT4.3 IGBT的基本特性的基本特性 2)2) IGBTIGBT的动态特性的动态特性 图图1-24 IGBT1-24 IGBT的开关过程的开关过程 IGBT的开通过程与的开通过程与MOSFET的相似，因为开的相似，因为开通过程中通过程中IGBT在大部分时间作为在大部分时间作为M

32、OSFET运运行行 开通延迟时间开通延迟时间td(on)从驱动电压从驱动电压uGE的前的前沿上升至其幅值的沿上升至其幅值的10的时刻，到集电极电流的时刻，到集电极电流ic上升至电流幅值上升至电流幅值ICM的的10的时刻止的时刻止 电流上升时间电流上升时间triiC从从10%ICM上升至上升至90%ICM所需时间所需时间 电压下降时间电压下降时间tfv1+tfv2）tfv1为为IGBT中中MOSFET单独工作的电压下降过程单独工作的电压下降过程,tfv2为为MOSFET和和PNP晶体管同时工作的电压下降过程晶体管同时工作的电压下降过程 开通时间开通时间ton开通延迟时间开通延迟时间td(on)、

33、电流上、电流上升时间升时间tri与电压下降时间与电压下降时间tfv1+tfv2之和。之和。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.3 IGBT4.3 IGBT的基本特性的基本特性 IGBT的关断过程 关断延迟时间td(off) 从驱动电压uGE的脉冲下降到其幅值的90的时刻起，到集射电压uCE上升到其幅值的10% 电压上升时间trv 这段时间内栅极-集电极寄生电容CGC放电，栅极电压uGE基本维持在一个电压水平上 电流下降时间tfi 集电极电流从90ICM下降至10ICM,电流下降时间分为tfi1和tfi2两段，其中tfi1对应IGBT内部的MOSFET的关断过程，这段时间集电极电

34、流Ic下降较快；tfi2对应IGBT内部的PNP晶体管的关断过程 关断时间toff关断延迟时间与电流下降之和合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.3 IGBT4.3 IGBT的基本特性的基本特性 IGBT中双极型PNP晶体管的存在，虽然带来了电导调制效应的好处，但也引入了少子储存现象，因而IGBT的开关速度低于电力MOSFET IGBT的击穿电压、通态压降和关断时间也是需要折衷的参数合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.3 IGBT4.3 IGBT的主要参数的主要参数 1) 1) 最大集射极间电压最大集射极间电压UCES UCES 由内部由内部PNPPNP晶体管的击

35、穿电压晶体管的击穿电压确定确定 2)2) 最大集电极电流最大集电极电流 包括额定直流电流包括额定直流电流ICIC和和1ms1ms脉宽最脉宽最大电流大电流ICPICP 3)3)最大集电极功耗最大集电极功耗PCM PCM 正常工作温度下允许的最大功耗正常工作温度下允许的最大功耗 合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.3 IGBT4.3 IGBT的主要参数的主要参数 IGBTIGBT的特性和参数特点的特性和参数特点 开关速度高，开关损耗小。在电压开关速度高，开关损耗小。在电压1000V1000V以上时，以上时，开关损耗只有开关损耗只有GTRGTR的的1/101/10，与电力，与电力MO

36、SFETMOSFET相当相当 相同电压和电流定额时，安全工作区比相同电压和电流定额时，安全工作区比GTRGTR大，且大，且具有耐脉冲电流冲击能力具有耐脉冲电流冲击能力 在电流较大的区域通态压降比在电流较大的区域通态压降比VDMOSFETVDMOSFET低低 输入阻抗高，输入特性与输入阻抗高，输入特性与MOSFETMOSFET类似类似 与与MOSFETMOSFET和和GTRGTR相比，耐压和通流能力还可以进一相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点步提高，同时保持开关频率高的特点合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.3 IGBT4.3 IGBT的主要参数的主要

37、参数合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组4.3 IGBT4.3 IGBT的常见封装的常见封装合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组GTRMOSFETIGBT电气符号比较图1-15a)基极bP 基区N 漂移区N+衬底基极b发射极c集电极cP+P+N+b)bec空穴流电子流c)EbEcibic=ibie=(1+ibN+GSDP 沟道b)N+N-SGDP PN+N+N+沟道a)GSDN 沟道图1-19 GTR MOSFET IGBTE合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组其

38、它新型电力电子器件 静电感应晶体管SIT，Static Induction Transistor）：诞生于1970年。是一种多子导电的器件，工作频率与电力MOSFET相当，甚至更高，功率容量更大，因而适用于高频大功率场合。但SIT是在栅极不加信号时导通，加负偏压时关断，使用不太方便；且通态电阻较大，通态损耗也大，因而还未得到广泛应用。静电感应晶闸管SITH，Static Induction Thyristor）：诞生于1972年，因其工作原理与SIT类似，门极和阳极电压均能通过电场控制阳极电流，因此SITH又被称为场控晶闸管FCT ，Field Controlled Thyristor）。SITH是两种载流子导电的双极