第章电力电子器件概述

第1章电力电子器件1.1电力电子器件概述1.2不可控器件——二极管1.3半控型器件——晶闸管1.4典型全控型器件1.5其他新型电力电子器件1.6电力电子器件的驱动1.7电力电子器件的保护1.8电力电子器件的串联和并联使用

本章小结及作业1电子技术的基础

———电子器件：晶体管和集成电路电力电子电路的基础

———电力电子器件本章主要内容：概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。介绍常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意问题。第1章电力电子器件·引言21.1.1

电力电子器件的概念和特征1.1.2应用电力电子器件的系统组成1.1.3电力电子器件的分类1.1.4本章内容和学习要点1.1电力电子器件概述31）概念:电力电子器件（PowerElectronicDevice）——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。主电路（MainPowerCircuit）——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。2）分类:

电真空器件

(汞弧整流器、闸流管)

半导体器件

(采用的主要材料硅）仍然1.1.1电力电子器件的概念和特征电力电子器件4能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。电力电子器件一般都工作在开关状态。电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。1.1.1电力电子器件的概念和特征3）同处理信息的电子器件相比的一般特征：5通态损耗是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。主要损耗通态损耗断态损耗开关损耗关断损耗开通损耗1.1.1电力电子器件的概念和特征电力电子器件的损耗6电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。图1-1电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行1.1.2应用电力电子器件系统组成电气隔离控制电路7半控型器件（Thyristor）——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。全控型器件（IGBT,MOSFET)——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。不可控器件(PowerDiode)——不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。1.1.3电力电子器件的分类按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：8电流驱动型

——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。电压驱动型

——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。1.1.3电力电子器件的分类

按照驱动电路信号的性质，分为两类：9本章内容:介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用这三个问题。学习要点:最重要的是掌握其基本特性。掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性曲线的使用方法。可能会主电路的其它电路元件有特殊的要求。1.1.4本章学习内容与学习要点101.2.1PN结与电力二极管的工作原理1.2.2电力二极管的基本特性1.2.3电力二极管的主要参数1.2.4电力二极管的主要类型1.2不可控器件—电力二极管11PowerDiode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用。快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位。1.2不可控器件—电力二极管·引言整流二极管及模块12基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。图1-2电力二极管的外形、结构和电气图形符号a)外形b)结构c)电气图形符号1.2.1PN结与电力二极管的工作原理AKAKa)IKAPNJb)c)AK13状态参数正向导通反向截止反向击穿电流正向大几乎为零反向大电压维持1V反向大反向大阻态低阻态高阻态——二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。PN结的反向击穿（两种形式)雪崩击穿齐纳击穿均可能导致热击穿1.2.1PN结与电力二极管的工作原理PN结的状态14PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ，又称为微分电容。结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩散电容CD。电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关状态。1.2.1PN结与电力二极管的工作原理PN结的电容效应：15主要争指其伏安叉特性门槛秀电压UTO，正向县电流IF开始炮明显深增加层所对缠应的丽电压丙。与IF对应符的电好力二巾极管今两端阵的电未压即驰为其正向团电压蛇降UF。承受忠反向执电压健时，赖只有虏微小渗而数舱值恒颜定的杂反向概漏电晌流。图1-络4电力深二极耻管的欣伏安灯特性1.棋2.伞2电力赛二极参管的迟基本愈特性1)静态研特性IOIFUTOUFU162)动态射特性——二极惧管的枯电压-电流众特性呀随时洗间变加化的——结电梨容的单存在1.面2.毯2电力支二极刘管的且基本士特性b)UFPuiiFuFtfrt02Va)FUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt图1-贤5电力渐二极萄管的交动态晕过程涨波形a)正向莫偏置茂转换院为反腔向偏畜置b)零偏顾置转帮换为讲正向贿偏置延迟汇时间短：td=t1-t0,电流枯下降隙时间立：tf=t2-t1反向咬恢复技时间：trr=td+tf恢复清特性合的软巨度：负下降狠时间犹与延年迟时院间抗的比棒值tf/td，或称捏恢复茅系数潮，用Sr表示含。17正向罚压降斥先出企现一旬个过妹冲UFP，经过帜一段穗时间的才趋枝于接抚近稳冰态压眉降的血某个缴值（子如2V）。正向化恢复高时间tfr。电流玻上升怨率越胸大，UFP越高型。UFPuiiFuFtfrt02V图1-混5(现b)开通揉过程1.坝2.姓2电力东二极时管的饲基本加特性开通谢过程：关断匹过程须经构过一盲段短立暂的陡时间杠才能和重新恳获得购反向源阻断撞能力扔，进栋入截嗽止状负态。关断计之前颤有较仔大的兰反向借电流淹出现校，并稼伴随药有明弟显的连反向拣电压庄过冲吧。IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt图1-万5(锻b)关断纤过程18额定炊电流——在指责定的职管壳利温度胳和散师热条椅件下秧，其物允许嫩流过厌的最喘大工频跟正弦罪半波偷电流的平宝均值。IF(详AV劈燕)是按况照电蔽流的炸发热岸效应骑来定植义的图，使万用时牺应按有效杨值相竿等的颤原则来选富取电计流定殃额，童并应聪留有分一定读的裕蔑量。1.越2.扇3电力膀二极毙管的币主要短参数1)正向举平均倍电流IF(膝AV甘)19在指鞭定温码度下话，流亲过某价一指招定的厕稳态秆正向税电流牢时对蕉应的杂正向纪压降廉。3）反向窗重复咳峰值悟电压URR恨M对电央力二非极管强所能烤重复思施加梦的反矮向最泼高峰修值电坊压。使用暂时，胜应当忘留有皂两倍敏的裕拒量。4）反收向恢辈复时惑间trrtrr=td+tf1.击2.堆3电力临二极含管的桌主要抓参数2）正向沾压降UF20结温是指坏管芯PN结的顶平均帅温度常，用TJ表示膏。TJM是指裤在PN结不喉致损股坏的困前提店下所回能承余受的胸最高遣平均斯温度错。TJM通常晃在12扶5~址17封5C范围尼之内愉。6)浪涌岔电流IFS巴M指电抹力二蚂极管脉所能创承受归最大访的连立续一仍个或爆几个勉工频领周期且的过泪电流云。1.极2.章3电力披二极期管的蛙主要拼参数5）最写高工急作结境温TJM211)普通挺二极待管（Ge罚ne仓ra算l下Pu杆rp夫os越e盾Di稿od捕e）又称境整流悟二极清管（Re阿ct扇if挡ie取r洋Di余od伐e）多用补于开壳关频谋率不砌高（1k设Hz以下拖）的暴整流介电路其反听向恢缴复时富间较咳长正向改电流眯定额荡和反丧向电刘压定垮额可孟以达砍到很护高DA尝TA烛SH课EE拖T按照档正向音压降侮、反湾向耐狮压、秘反向铃漏电乡丰流等音性能掩，特答别是伙反向均恢复循特性固的不苗同介从绍。1.壳2.泥4电力额二极五管的楚主要枪类型22简称要快速宿二极洲管快恢触复外更延二慎极管（Fa搜st聪R随ec券ov做er沟yEp绕it愚ax猫ia跌lDi塌od晴es求——刺FR工ED），其trr更短捆（可凳低于50俩ns），UF也很萌低（0.俯9V左右蛾），考但其顷反向诉耐压闹多在12早00跨V以下扫。从性净能上过可分咳为快速内恢复和超快负速恢虫复两个拴等级抄。前卡者trr为数妙百纳耗秒或忌更长慎，后纵者则渡在10跳0n真s以下蝇，甚诞至达羡到20尼~3央0n透s。DA表TA丈SH阻EE摧T1231.牧2.多4电力净二极笋管的脉主要芹类型2)快恢执复二碎极管（Fa汗st井R蒙ec火ov君er洞y秩Di柏od位e—蓄—F类RD）23肖特鞭基二践极管砖的弱点反向椒耐压踢提高穴时正慌向压术降会问提高降，多右用于20绑0V以下窝。反向枣稳态全损耗时不能瓣忽略种，必葵须严道格地葱限制范其工奴作温瞎度。肖特旧基二旧极管伏的优点反向融恢复阴时间啊很短旦（10旬~4蜂0n逐s）。正向洗恢复颜过程蛾中也哑不会叶有明臭显的梳电压虎过冲睡。反向屿耐压祥较低眠时其牢正向抗压降拨明显唐低于耐快恢纪复二于极管寺。效率溪高，斜其开马关损垦耗和推正向岛导通摩损耗道都比旋快速腔二极讽管还种小。1.烦2.孝4电力英二极额管的芦主要跳类型3.肖特闷基二豪极管(DA微TA宋SH览EE乐T)以金位属和拍半导酷体接黎触形疗成的周势垒昆为基蹈础的蝴二极侨管称层为肖枯特基务势垒协二极肉管（Sc签ho工tt弦kyBa盼rr驴ie舒r拦Di液od吃e习—角—S梁BD）。241.遥3半控涂器件—晶闸让管1.单3.声1晶闸却管的量结构炒与工畜作原闯理1.梅3.脉2晶闸殃管的构基本殊特性1.巷3.次3晶闸哈管的轰主要配参数1.怖3.质4晶闸漆管的主派生走器件251.旧3半控痕器件—晶闸筝管·引言19匙56年美屑国贝电尔实罗验室威发明指了晶笑闸管婶。19阿57年美胀国通抖用电烧气公嘉司开屡发出龄第一倦只晶匀闸管程产品僵。19示58年商她业化光。开辟副了电灯力电叹子技旗术迅谈速发横展和港广泛明应用途的崭暑新时黑代。20世纪80年代顽以来册，开塘始被锡全控联型器哀件取轧代。能承零受的荡电压截和电罗流容筒量最窗高，木工作龙可靠啦，在拖大容脊量的驼场合塔具有们重要竭地位谣。晶闸衡管（Th虚yr惨is托to欢r）：晶体拌闸流必管，饺可控百硅整模流器（Si映li皆co吗n户Co慢nt馅ro萍ll犯ed交R肢ec毫ti港fi味er耗——最SC印R）26图1-振6晶闸拍管的登外形熄、结灰构和料电气谁图形趴符号a)外形b)结构c)电气肝图形究符号1.墓3.框1晶闸员管的描结构灶与工稀作原粪理外形容有螺栓饿型和平板致型两种百封装谎。有三贩个联胁接端果。螺栓再型封旗装，板通常朵螺栓按是其微阳极规，能据与散想热器摔紧密亚联接军且安馒装方漂便。平板变型晶仔闸管作可由氏两个盛散热牲器将罪其夹怖在中多间。271.异3.穷1晶闸去管的昼结构拢与工油作原段理常用晶闸带管的暴结构螺栓叮型晶现闸管晶闸想管模鞭块平板乒型晶罗闸管叠外形料及结毅构281.畏3.扫1晶闸税管的执结构医与工翠作原供理式中1和2分别抄是晶挠体管V1和V2的共厉基极歪电流那增益；ICB估O1和ICB也O2分别盾是V1和V2的共青基极越漏电专流。俘由以翼上式滤可得：图1-芝7晶闸弓管的卖双晶漏体管糠模型乏及其抵工作额原理a)双晶隐体管蹦模型b)工作勤原理按晶体肝管的聋工作泊原理，得骨：（1-2）（1-1）（1-3）（1-4）（1-5）291.艰3.拔1晶闸膝管的很结构勤与工县作原弃理在低荒发射逼极电悠流下是很酿小的脚，而体当发淹射极杠电流惩建立赚起来便之后父，迅速独增大盟。阻断浅状态：IG=0，1+2很小舒。流贱过晶会闸管班的漏侦电流彻稍大续于两放个晶银体管巷漏电军流之蛾和。开通董状态：注入呼触发袜电流贪使晶炎体管弯的发辅射极索电流岭增大饺以致1+2趋近轨于1的话饿，流垄过晶倾闸管的电突流IA，将趋当近于泥无穷捞大，全实现才饱和导通自。IA实际歪由外浩电路决定。301.皂3.音1晶闸酒管的惜结构击与工浆作原油理阳极裂电压深升高钟至相劈燕当高变的数脂值造拍成雪鸡崩效塞应阳极旅电压间上升率du/dt过高结温讲较高光触河发光触截发可券以保恒证控波制电恢路与裂主电填路之党间的味良好何绝缘雾而应帆用于黎高压塔电力平设备壶中，挽称为光控拢晶闸井管（Li淡gh剑t却Tr米ig胃ge纤re羞dTh咏yr丝式is拳to映r——誉LT齐T）。只有闪门极比触发鸣是最绩精确鞋、迅规速而需可靠判的控艘制手微段。其他维几种阿可能局导通论的情抗况：311.孝3.缠2晶闸号管的容基本另特性承受灵反向符电压筛时，案不论垄门极朴是否谎有触污发电矿流，奸晶闸肢管都戏不会联导通收。承受荣正向嫁电压香时，坡仅在虹门极兽有触啦发电贺流的辉情况准下晶拜闸管拼才能因开通编。晶闸纽奉管一邻旦导争通，禁门极障就失承去控阳制作阻用。要使开晶闸树管关荐断，聚只能馒使晶宵闸管衰的电迷流降亮到接仔近于罩零的形某一汪数值指以下元。DA钻TA蜘SH偏EE轨T晶闸逗管正虚常工真作时轰的特费性总降结如虑下：321.俘3.淘2晶闸尘管的弯基本步特性（1）正向系特性IG=0时，土器件饭两端龟施加叼正向骆电压呆，只螺有很递小的柔正向畏漏电今流，倍为正量向阻宁断状盏态。正向引电压叔超过何正向醋转折捞电压Ubo，则漏解电流画急剧焰增大拍，器富件开刊通。随着者门极柔电流筒幅值曲的增远大，畅正向遭转折灾电压县降低钞。晶闸词管本则身的拌压降哀很小此，在1V左右朽。正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM1）静态茧特性图1-结8晶闸打管的纽奉伏安融特性IG2>IG1>IG331.源3.萝2晶闸蓄管的珍基本历特性反向练特性组类似缘瑞二极粥管的吉反向裤特性驴。反向助阻断城状态昏时，毁只有紫极小胶的反既相漏帆电流扎流过脸。当反略向电福压达悟到反坟向击宪穿电氧压后泊，可猫能导踢致晶疫闸管伍发热作损坏厌。图1-赠8晶闸套管的类伏安灰特性IG2>IG1>IG正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM（2）反向意特性341.竿3.岗2晶闸剧管的足基本罚特性1)开通怒过程延迟司时间td(0钢.5震~1氧.5s)上升摩时间tr(0配.5致~3s)开通薯时间tgt以上农两者政之和宴，tgt=td+tr（1-盆6）100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA2)关断养过程反向村阻断昼恢复朗时间trr正向策阻断妈恢复驱时间tgr关断俱时间tq以上迈两者珍之和tq=trr+tgr（1-子7)普通玻晶闸训管的绣关断墨时间论约几苹百微霜秒2）动态歌特性图1-究9晶闸静管的休开通狗和关鼠断过辞程波技形351.预3.拦3晶闸饿管的嘱主要神参数断态饮重复与峰值盘电压UDR盖M——在门棋极断俱路而化结温求为额肢定值讽时，羡允许芒重复艇加在辩器件汗上的最正向铺峰值省电压。反向写重复耗峰值蓝电压URR森M——在门常极断赏路而水结温强为额于定值舞时，抱允许血重复旷加在莲器件周上的兔反向势峰值果电压绿。通态舰（峰东值）壁电压UT——晶闸握管通攀以某膛一规岂定倍脑数的留额定经通态愉平均豆电流延时的线瞬态顽峰值尝电压染。通常朴取晶爬闸管非的UDR叫M和URR谢M中较旬小的饮标值离作为川该器湿件的额定棕电压。选用紫时，俱一般赞取额婚定电厌压为辅正常仍工作敌时晶壮闸管爷所承参受峰寨值电辫压2~农3倍。使用检注意屡：1）电压懒定额361.营3.政3晶闸基管的寇主要助参数通态佛平均涌电流IT(饶AV）——在环纪境温芬度为40C和规毫定的埋冷却弄状态鸽下，五稳定纳结温纺不超访过额描定结售温时兆所允父许流逃过的最大精工频并正弦翅半波闭电流跑的平精均值。标的称其竞额定验电流剥的参狐数。——使用狸时应股按有效港值相母等的诱原则来选遥取晶贷闸管创。维持下电流IH——使晶灵闸管妻维持殖导通纪所必客需的叔最小插电流桨。擎住棕电流IL——晶闸屠管刚夏从断坏态转运入通天态并耕移除重触发难信号套后，膛能刻维持附导通尖所需叼的最钟小电宜流。对同门一晶惠闸管铲来说，通常IL约为IH的2~酬4倍。浪涌孙电流ITS败M——指由捆于电唯路异续常情馋况引公起的管并使谊结温披超过言额定液结温宅的不引重复穿性最土大正竿向过雨载电膛流效。2）电流阿定额371.远3.篮3晶闸渠管的碍主要艘参数除开振通时粥间tgt和关容断时柱间tq外，智还有栽：断态蠢电压砖临界邮上升率du/dt——指在城额定里结温亿和门粉极开邪路的男情况隔下，嘉不导绩致晶径闸管屡从断栏态到刷通望态转拔换的学外加乔电压摔最大途上升蛾率。——电压怨上升型率过邮大，拢使充湾电电尘流足共够大姻，就么会使宴晶闸组管误窗导通烧。通态肌电流模临界房诚上升率di/dt——指在补规定但条件斯下，匀晶闸盟管能滑承受岛而无昨有害舞影响窃的最芹大通棋态电搂流上田升率。——如果忧电流朝上升凤太快售，可挣能造呼成局荡部过耀热而雄使晶挪闸管牙损坏朴。3）动态姻参数381.摊3.遗4晶闸预管的救派生芒器件有快速照晶闸送管和高频泊晶闸判管。开关损时间以以及du/dt和di/dt耐量蚕都有贡明显缸改善邻。普通慈晶闸停管关歉断时苏间数址百微过秒，她快速期晶闸歪管数骄十微女秒，壤高频降晶闸贯管10s左右。高频挂晶闸垫管的柄不足支在于锹其电占压和吹电流爽定额及都不述易做烟高。由于筋工作宫频率肚较高订，不驻能忽说略其四开关厦损耗俭的发箱热效亡应。DA敲TA模SH采EE渣T1）快速跨晶闸鹿管（Fa苦st曲S陷wi且tc湖hi绳ngTh胡yr陶is累to曾r——煌F轨ST茎)391.辩3.相4晶闸钱管的牛派生肺器件2）双向悼晶闸管（Tr畏io腐de蹈A肚C水Sw括it毕ch估——梁TR健IA模C或Bi纽奉di荡re悬ct巩io匆na甜l犁tr毛io揉deth惰yr鼓is秃to写r）图1-昌10双向碑晶闸谷管的割电气铁图形控符号昂和伏标安特讽性a)电气汪图形商符号b)伏安窑特性a)b)IOUIG=0GT1T2可认玻为是汽一对煤反并梳联联妖接的租普通怎晶闸加管的轰集成孕。有两往个主棍电极T1和T2，一个惰门极G。在第Ｉ和第II戏I象限脑有对药称的酒伏安渠特性具。不用融平均明值而幼用有榨效值洒来表诱示其铅额定药电流朗值。DA熊TA服SH匹EE贿T401.筝3.东4晶闸滋管的忌派生伴器件逆导辱晶闸退管（Re脖ve截rs挪e难Co秘nd寨uc京ti盟ngTh功yr少is膛to沸r——凭RC狼T）a)KGAb)UOIIG=0图1-剖11逆导甲晶闸搁管的态电气谊图形陈符号涛和伏询安特霜性a)电气付图形此符号b)伏安哗特性将晶明闸管释反并翻联一步个二为极管杨制作管在同必一管赢芯上嫌的功斥率集猫成器般件。具有董正向县压降雾小、稻关断榨时间吊短、边高温雅特性抛好、周额定预结温肝高等传优点拒。411.同3.海4晶闸葡管的寺派生海器件光控妨晶闸管（Li故gh物t捞Tr高ig乞ge匆re蓬dTh萍yr旧is幅to虏r——LT双T）AGKa)AK光强度强弱b)OUIA图1-新12光控柱晶闸臭管的冒电气翁图形豆符号湾和伏框安特梯性a)电气绩图形初符号b)伏安拢特性又称货光触惹发晶工闸管设，是御利用籍一定予波长变的光崭照信割号触战发导动通的援晶闸形管。光触按发保诱证了喜主电裕路与貌控制圣电路故之间絮的绝静缘，述且可固避免死电磁纺干扰欧的影翼响。因此疫目前引在高烂压大神功率谎的场易合。421.障4典型许全控醒型器舞件1.精4.冶1门极株可关滴断晶头闸管1.练4.似2电力略晶体化管1.建4.依3电力监场效逢应晶成体管1.堡4.显4绝缘淡栅双盟极晶者体管431.施4典型撑全控葬型器葛件·引言门极饶可关傲断晶聚闸管——在晶求闸管祸问世节后不庸久出左现。20世纪80年代败以来芒，电香力电将子技铜术进胞入了逃一个烛崭新谈时代完。典型妻代表——门极淹可关庄断晶古闸管暮、电蛛力晶庆体管阁、电必力场伯效应粉晶体乒管、离绝缘裂栅双妨极晶赞体管够。441.咱4典型荐全控浑型器哑件·引言常用鞋的典型少全控固型器蛾件电力MO丧SF牙ETIG络BT单管饥及模交块451.碍4.肾1门极树可关较断晶血闸管晶闸蹈管的畅一种伟派生塞器件身。可以愈通过递在门惩极施豪加负统的脉男冲电膊流使麻其关怒断。GT眨O的电高压、拿电流舟容量屈较大套，与悟普通茄晶闸耻管接及近，验因而茶在兆袖瓦级搜以上室的大伏功率柿场合丹仍有搅较多刘的应扇用。DA摔TA殊SH止EE挽T门极毁可关仓断晶诊闸管（Ga早te拼-T坦ur关n-向Of垦fTh贼yr算is傍to平r—G欣TO）461.构4.鼓1门极畜可关彼断晶闸管结构：与普歇通晶梅闸管烫的相同扫点：PN努PN四层塌半导俘体结狼构，沙外部亦引出拐阳极蛇、阴蹈极和盲门极未。和普淹通晶倍闸管饱的不同匹点：GT续O是一农种多狐元的棍功率皆集成海器件括。图1-谱13脏GT论O的内丝式部结附构和顽电气奏图形僵符号a)各单属元的携阴极玻、门桥极间之隔排烧列的塘图形b)并联茅单元吗结构若断面延示意桂图c)电气赤图形肉符号1）GT度O的结门构和绣工作闲原理471.底4.散1门极怖可关型断晶朱闸管工作退原理：与普列通晶字闸管亏一样灶，可愤以用图1-荐7所示灾的双枕晶体工管模盛型来浩分析她。图1-侦7晶闸百管的菌双晶深体管吧模型番及其决工作再原理1+2=1是器步件临闹界导搞通的冒条件据。由P1N1P2和N1P2N2构成渗的两舍个晶容体管V1、V2分别算具有顶共基永极电扯流增喘益1和2。481.购4.池1门极娘可关仰断晶宣闸管GT拐O能够潮通过类门极授关断选的原枯因是码其与鸣普通迅晶闸造管有栏如下区别：设计2较大世，使廉晶体牧管V2控步制灵胜敏，伤易于GT递O。导通霸时1+2更接陷近1，导瓦通时患接近翠临界喉饱和华，有鹅利门当极控率制关律断，枣但导凑通时锐管压对降增橡大。多元颂集成肆结构茎，使搂得P2基区缓横向波电阻炮很小体，能剃从门孩极抽菌出较歇大电技流。图1-樱7晶闸屑管的填工作兔原理491.液4.桂1门极充可关醉断晶判闸管GT览O导通添过程婶与普语通晶幸闸管客一样淘，只两是导城通时粪饱和讯程度灰较浅踩。GT叛O关断也过程刷中有淡强烈茫正反戚馈使留器件汪退出肿饱和啦而关酿断。多元圾集成舱结构还使GT龟O比普龄通晶堆闸管撕开通计过程梢快，虫承受di/dt能力暖强。由上精述分挪析我旁们可万以得舌到以盆下结论：501.照4.沫1门极率可关断晶殃闸管开通遇过程：与普侦通晶颠闸管请相同关断型过程：与普霞通晶艰闸管忠有所围不同储存患时间ts，使等竞效晶过体管鸟退出板饱和创。下降迎时间tf尾部准时间tt—残存夺载流惩子复祥合。通常tf比ts小得多，痛而tt比ts要长反。门极爪负脉污冲电浙流幅村值越大肺，ts越短唯。Ot0tiGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6图1-卖14GT强O的开峡通和芝关断牌过程府电流弹波形GT毙O的动尸态特诊性511.持4.免1门极逆可关到断晶途闸管GT脾O的主途要参演数——延迟蹄时间匪与上妥升时壤间之坝和。忆延迟胃时间什一般参约1~阿2s，上升管时间拒则随梢通态涨阳极临电流裙的增嚷大而开增大艰。——一般恶指储伏存时籍间和捕下降牛时间辰之和疤，不乓包括渗尾部烟时间焰。下欧降时辫间一作般小洪于2s。（2）关断榴时间tof若f（1）开通洪时间ton不少GT响O都制廉造成溉逆导验型，类似伍于逆窜导晶我闸管，需承穴受反诞压时，应和恳电力辱二极津管串樱联。许多续参数可和普伐通晶挤闸管烂相应茫的参覆数意服义相肺同，梯以下写只介汗绍意牙义不匪同的王参数辅。521.鱼4.悬1门极探可关冶断晶闸机管（3）最大愿可关罪断阳革极电遣流IAT匹O（4）电流握关断豪增益of鲜fof扁f一般单很小声，只欺有5左右嘉，这崖是GT券O的一天个主策要缺裕点。10撇00植A的GT监O关断算时门杜极负淘脉冲更电流织峰值租要20框0A。——GT敌O额定裁电流佛。——最大哗可关冷断阳菌极电艘流与衰门极乔负脉乡丰冲电著流最误大值IGM之比眨称为棋电流习关断下增益派。（1-8）531.允4.满2电力辉晶体固管电力信晶体律管（Gi想an丝式t塘Tr扎an浴si唉st武or修——品GT虏R，直译壁为巨规型晶耻体管姐）量。耐高萌电压孩、大完电流绸的双史极结论型晶伙体管（Bi晋po驳la剂r预Ju盈nc伴ti爹on际T顶ra俭ns拉is偷to菊r—除—B段JT），英文讲有时因候也不称为Po逝we盗r哲BJ劫T。DA扣TA错SH涨EE棵T12应用20世纪80年代晃以来畜，在浴中、袖小功胃率范拳围内搜取代栏晶闸绵管，洞但目病前又皆大多被IG哨BT和电吩力MO纠SF终ET取代。术语舱用法：54与普棋通的依双极诸结型凳晶体搁管基料本原急理是恭一样投的。主要恒特性愁是耐喊压高丹、电吗流大拌、开涉关特啊性好缩慧。通常拔采用暗至少锦由两带个晶死体管搭按达律林顿赠接法菠组成录的单摄元结剖构。采用崇集成析电路脱工艺幻玉将许娇多这近种单征元并载联而叶成隆。1.闲4.誓2电力穗晶体荡管1）GT节R的结亭构和瞧工作询原理图1-兵15温GT枯R的结拳构、博电气窗图形偷符号鉴和内数部载蛋流子阅的流掌动a)内部蛛结构肉断面挨示意临图b)电气贫图形旁符号c)内部竟载流捆子的惠流动551.加4.励2电力攀晶体冲管在应滩用中，GT天R一般就采用婶共发括射极窄接法需。集电册极电坚流ic与基嗓极电摔流ib之比恳为（1-机9）——GT跃R的电流线放大射系数，反奋映了椅基极清电流宝对集鬼电极晨电流股的控尾制能威力感。当考畏虑到姨集电哀极和欺发射瓣极间贩的漏葵电流Ice殖o时，ic和ib的关岔系为ic=ib+Ice荣o（1-锯10）单管GT单R的值比勿小功米率的嘉晶体泥管小参得多猾，通轻常为10左右献，采俗用达蛮林顿痰接法容可有广效增铃大电列流增境益。空穴流电子流c)EbEcibic=bibie=(1+b)ib1）GT录R的结响构和灰工作烫原理561.蝇4.笔2电力禁晶体蓝管(1令)静态辈特性共发俊射极申接法称时的惰典型壤输出与特性素：截止贿区、放大巴区和饱和箩区。在电飘力电季子电绒路中GT司R工作惜在开年关状蛋态。在开畅关过躬程中笋，即业在截躲止区矩和饱绕和区动之间菜过渡枕时，已要经障过放唱大区占。截止区放大区饱和区OIcib3ib2ib1ib1<ib2<ib3Uce图1-扒16共发方射极愉接法似时GT族R的输计出特傅性2）GT慢R的基誓本特丽性571.过4.冲2电力抢晶体仗管开通协过程延迟要时间td和上赞升时俗间tr，二者奖之和娘为开通燥时间ton。加快燃开通桶过程殃的办产法承。关断裁过程储存毁时间ts和下谈降时咬间tf，二者档之和乘为关断缸时间tof垄f。加快阔关断钓速度照的办丙法。GT果R的开清关时烫间在状几微遵秒以拒内，证比晶驱闸管域和GT敞O都短润很多戚。ibIb1Ib2Icsic0090%Ib110%Ib190%Ics10%Icst0t1t2t3t4t5tttofftstftontrtd图1-婚17倍GT由R的开算通和圣关断算过程鹿电流脸波形(2灯)动态原特性581.衬4.绩2电力杜晶体痒管前已后述及爬：电圾流放幕大倍柄数、直弊流电不流增衡益hFE、集射姐极间葵漏电流Ice垂o、集射糊极间嫌饱和锈压降Uce恼s、开通滥时间ton和关尖断时恼间tof按f(此外闸还有)：1)最高敞工作叹电压GT棕R上电喊压超音过规或定值钥时会佣发生嗓击穿湖。击穿炕电压衡不仅焰和晶执体管哨本身住特性植有关愉，还相与外斥电路谋接法川有关疗。BUcb贪o>BUce培x>BUce演s>BUce粒r>Buce浩o。实际禁使用藏时，皆最高益工作小电压菌要比BUce至o低得多。3）GT鸡R的主牵要参宝数591.金4.挡2电力耻晶体骄管通常享规定为hFE下降巨到规牙定值括的1/判2~仓1/挎3时所畅对应的Ic。实际寨使用傅时要派留有废裕量校，只柔能用挤到IcM的一道半或神稍多眠一点赔。3)集电绳极最磁大耗默散功鸡率PcM最高设工作怜温度矛下允傲许的解耗散王功率绿。产品涉说明萝书中给PcM时同仆时给鞋出壳温TC，间接川表示介了最很高工胖作温姓度。2)集电值极最易大允裙许电萄流IcM601.移4.注2电力零晶体施管一次膀击穿：集电约极电球压升畅高至正击穿碰电压右时，Ic迅速扔增大晓。只要Ic不超尽过限羽度，GT凶R一般银不会项损坏想，工主作特幸性也谦不变宏。二次猫击穿：一次俱击穿省发生时，Ic突然虑急剧碗上升哈，电下压陡楼然下梦降。常常把立即吸导致棉器件顽的永员久损孔坏，概或者醋工作输特性迫明显正衰变静。安全嘴工作侧区（Sa腿fe数O柏pe伯ra养ti台ng乱A狠re激a—羞—S育OA）最高晴电压Uce眯M、集电她极最堪大电酸流IcM、最大物耗散倡功率PcM、二次蛛击穿峡临界原线限侨定。SOAOIcIcMPSBPcMUceUceM图1-孝18高GT怨R的安谈全工钱作区GT拘R的二押次击遗穿现储象与坐安全瞎工作蒸区611.省4.穗3电力体场效蛛应晶钓体管分为结型和绝缘杏栅型通常重主要抓指绝缘求栅型中的MO声S型（Me兆ta某l喊Ox鞠id梳e最S者em最ic拿on大du伯ct般or凑F算ET）简称陡电力MO木SF值ET（Po瞧we刚r橡MO摘SF呈ET）结型损电力押场效徒应晶旨体管低一般悟称作该静电雷感应以晶体鼻管（St好at躺ic俊I就nd刺uc裳ti补on谨T且ra压ns垃is归to嗓r—外—S课IT）特点——用栅演极电艘压来悼控制释漏极庸电流驱动顺电路分简单猜，需引要的圾驱动霜功率阴小。开关厌速度乐快，堵工作衬频率魂高。热稳肥定性厚优于GT福R。电流元容量柔小，者耐压缩慧低，王一般跃只适与用于员功率堪不超俯过10缩慧kW的电梢力电疮子装笛置理。电力元场效帐应晶烤体管621.用4.迁3电力遣场效爷应晶催体管电力MO言SF遥ET的种摊类按导泛电沟张道可询分为P沟道和N沟道。耗尽斜型——当栅首极电签压为想零时麦漏源愚极之萌间就腥存在劣导电垃沟道腥。增强洲型——对于N（P）沟道永器件返，栅鹊极电织压大磁于（犯小于牵）零旅时才浓存在元导电睡沟道五。电力MO杆SF庆ET主要是N沟道怜增强灶型。DA储TA将SH骆EE辈T1）电涉力MO榆SF单ET的结冒构和量工作辞原理631.辈4.否3电力路场效异应晶俊体管电力MO闯SF补ET的结稀构是单裳极型男晶体缎管。导电桐机理撤与小火功率MO滨S管相弓同，爸但结竭构上垫有较舞大区讯别。采用暑多元桨集成椒结构汗，不略同的飞生产饿厂家压采用奴了不炎同设厦计。图1-肉19电力MO辞SF剪ET的结象构和邻电气批图形京符号641.色4.竿3电力翼场效与应晶梯体管小功兴率MO旨S管是不横向价导电奏器件迫。电力MO害SF镰ET大都无采用慕垂直腔导电堪结构盼，又祝称为VM绸OS样FE返T（Ve漆rt旁ic室al旨M李OS精FE牧T）。按垂没直导切电结门构的际差异老，分围为利馋用V型槽盟实现框垂直馆导电的VV呈MO备SF户ET和具风有垂悼直导显电双假扩散MO旁S结构的VD阿MO铸SF近ET（Ve孕rt莲ic惭al基D印ou身bl山e-折di额ff至us巡寿ed等M斑OS料FE肤T）。这里讽主要以VD蔽MO加S器件申为例西进行跳讨论爷。电力MO据SF兽ET的结误构651.莲4.耍3电力距场效将应晶匪体管截止：漏源农极间田加正翁电源，栅源川极间单电压帽为零。P基区叨与N漂移别区之食间形信成的PN结J1反偏黑，漏枕源极厨之间依无电滨流流央过。导电：在栅扩源极多间加硬正电步压UGS当UGS大于UT时，P型半洗导体反型愁成N型而蚕成为反型属层，该炉反型凉层形归成N沟道躁而使PN结J1消失渐，漏蛾极和踏源极球导电。图1-百19电力MO罩SF青ET的结沉构和亿电气寄图形魔符号电力MO擦SF今ET的工真作原及理661.兰4.铜3电力吃场效竿应晶枯体管(1巩)静态诸特性漏极幼电流ID和栅炸源间刊电压UGS的关鼻系称外为MO带SF疼ET的转移雁特性。ID较大时，ID与UGS的关铅系近尖似线必性，拐曲线驳的斜戚率定善义为跨导Gfs。010203050402468a)10203050400b)1020305040饱和区非饱和区截止区ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A图1-崖20电力MO煎SF捧ET的转腊移特色性和带输出顽特性a)转移熄特性b)输出衫特性2）电薯力MO达SF获ET的基桥本特斤性671.豪4.各3电力者场效惧应晶唯体管截止对区（对色应于GT揭R的截云止区他）饱和烈区（对宇应于GT咽R的放岔大区庄）非饱摩和区（对傅应GT印R的饱晌和区笔）工作速在开斗关状楼态，垫即在趁截止屋区和谁非饱矮和区水之间觉来回枕转换哑。漏源支极之番间有仆寄生羞二极划管，瓶漏源菜极间保加反撑向电珠压时卡器件能导通柴。通态诉电阻钢具有伟正温创度系躲数，呢对器友件并渔联时蛛的均康流有题利。图1-长20电力MO库SF帮ET的转添移特糕性和巡寿输出踏特性a)转移巷特性b)输出嫌特性MO盖SF陶ET的漏穗极伏费安特泼性：010203050402468a)10203050400b)1020305040饱和区非饱和区截止区ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A681.煤4.过3电力攻场效境应晶捆体管开通敬过程开通箭延迟圆时间td(仓on米)上升族时间tr开通赤时间ton——开通绳延迟携时间某与上烛升时奇间之房诚和关断革过程关断慕延迟秀时间td(克of冲f)下降赔时间tf关断纵时间tof换f——关断覆延迟升时间饱和下药降时嫂间之和a）b)RsRGRFRLiDuGSupiD信号+UEiDOOOuptttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tf图1-因21电力MO洲SF蜓ET的开薪关过堪程a)测试愁电路b)开关驱过程瓣波形up—脉冲弹信号酱源，Rs—信号纽奉源内伙阻，RG—栅极吐电阻艘，RL—负载真电阻培，RF—检测温漏极途电流(2宫)动态陷特性691.港4.室3电力控场效援应晶昌体管MO井SF夺ET的开序关速预度和Cin充放航电有掉很大知关系滋。可降担低驱骑动电谅路内邮阻Rs减小退时间左常数狸，加脑快开躁关速掀度。不存访在少屠子储匀存效挡应，遍关断棋过程行非常并迅速耽。开关剪时间桶在10晋~1字00舌ns之间陵，工争作频肃率可衡达10岭0k屈Hz以上蓬，是悬主要轮电力市电子档器件袄中最感高的徐。场控恰器件闪，静电态时羡几乎轰不需烛输入汽电流贯。但叠在开武关过梨程中胸需对婚输入晌电容菊充放叔电，旧仍需煎一定途的驱财动功敞率。开关孤频率委越高晴，所失需要弊的驱足动功龄率越大。MO恰SF膨ET的开存关速巩度701.光4.阅3电力宾场效读应晶禽体管3)电力MO辨SF险ET的主傲要参腹数——电力MO箱SF芦ET电压朱定额(1牙)漏极凑电压UDS(2段)漏极您直流茫电流ID和漏素极脉竿冲电淋流幅挽值IDM——电力MO暗SF富ET电流宁定额(3仗)栅源余电压UGS——UGS>2寒0V将导仓致绝奋缘层麻击穿。除跨谨导Gfs、开启符电压UT以及td(居on她)、tr、td(华of货f)和tf之外龄还有卧：(4冻)极间娃电容——极间鲁电容CGS、CGD和CDS711.慕4.超4绝缘奏栅双胖极晶扶体管两类缓器件为取长坦补短丽结合朱而成乓的复席合器幼件—Bi叼-M垄OS器件绝缘湿栅双呆极晶鹿体管（In石su宏la涌te慈d-陡ga材te链B乡丰ip别ol蒙ar膨T俊ra佛ns将is唯to害r—拾—IG唤BT或IG伏T）(D油AT述AS索HE奏ET12)GT咽R和MO轻SF塑ET复合皇，结肆合二开者的善优点昼。19同86年投原入市遇场，颂是中践小功事率电毅力电排子设族备的辨主导针器件惭。继续森提高本电压凯和电谢流容汤量，肤以期惩再取建代GT结O的地鹿位。GT锄R和GT年O的特剥点——双极学型，油电流予驱动踢，有还电导辞调制欢效应纳，通逗流能欣力很剪强，径开关庄速度钟较低扬，所眠需驱街动功附率大屡，驱才动电腹路复胞杂。MO团SF毕ET的优院点——单极券型，进电压深驱动临，开蹦关速笔度快仔，输跃入阻狂抗高景，热隆稳定僵性好评，所撕需驱靠动功淋率小梅而且辅驱动推电路舞简单枪。721.京4.持4绝缘析栅双痰极晶付体管1)擦IG挠BT的结丸构和踩工作流原理三端检器件翼：栅指极G、集电季极C和发端射极E图1-皇22坡IG孝BT的结财构、难简化驳等效子电路戏和电脾气图件形符告号a)内部讽结构缸断面穷示意攻图b)简化痒等效梨电路c)电气烈图形渴符号731.养4.躁4绝缘扛栅双武极晶餐体管图1-兼22纺a—嘱N沟道VD临MO触SF略ET与GT猪R组合——煎N沟道IG瞒BT。IG河BT比VD叠MO刷SF详ET多一论层P+注入贴区，葛具有食很强脚的通出流能葬力。简化梨等效婚电路恐表明，IG合BT是GT繁R与MO国SF役ET组成缩慧的达睛林顿务结构第，一基个由MO魂SF说ET驱动缠的厚发基区PN跃P晶体萄管。RN为晶隆体管碧基区嗽内的眠调制园电阻蜓。图1-哄22幸IG煤BT的结机构、秋简化柴等效涨电路留和电连气图俩形符债号a)内部商结构灶断面吉示意怀图b)简化斤等效管电路c)电气夸图形笨符号IG拦BT的结善构741.乐4.义4绝缘眼栅双蜜极晶暮体管驱动摧原理片与电砍力MO级SF饼ET基本缺相同死，场渡控器押件，讽通断忆由栅宜射极棍电压uGE决定医。导通：uGE大于开启鬼电压UGE汁(t爆h)时，MO般SF严ET内形理成沟汉道，他为晶辛体管鲁提供伟基极外电流，IG档BT导通外。通态献压降：电健导调食制效慢应使柿电阻RN减小鸟，使交通态款压降晓减小情。关断：栅银射极球间施旱加反六压或沉不加展信号醋时，MO海SF苏ET内的乖沟道点消失鸟，晶吓体管日的基组极电筹流被本切断，IG写BT关断方。IG老BT的原莲理75a)b)O有源区正向阻断区饱和区反向阻断区ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加1.扭4.唱4绝缘移栅双晶极晶禾体管2)浮IG切BT的基恋本特涝性(1车)IG傲BT的静社态特签性图1-筝23判IG落BT的转初移特负性和臣输出茫特性a)转移推特性b)输出祥特性转移炒特性——IC与UGE间的陷关系(开启镰电压UGE殊(t揭h))输出样特性分为爬三个伴区域香：正砍向阻再断区只、有欲源区友和饱诞和区敢。761.蚀4.长4绝缘团栅双叛极晶际体管ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM图1-斧24麻IG嘴BT的开娱关过测程IG银BT的开阅通过掠程与MO汪SF降ET的相茄似开通迅延迟烧时间td(疑on立)电流啄上升讽时间tr开通禾时间tonuCE的下艰降过雾程分所为tfv红1和tfv西2两段悄。tfv射1——跑IG东BT中MO萝SF缎ET单独论工作国的电确压下荷降过革程；tfv祸2——笔MO投SF挠ET和PN伞P晶体断管同度时工迈作的慎电压乓下降遭过程。(2攻)IG雀BT的动左态特岗性771.碎4.显4绝缘浊栅双饲极晶耍体管图1-欠24念IG件BT的开坊关过喂程关断蜓延迟工时间td(捷of始f）电流惩下降宽时间关断创时间tof却f电流劳下降沫时间智又可么分为tfi资1和tfi份2两段树。tfi堡1——素IG貌BT器件往内部的MO膛SF招ET的关冻断过递程，iC下降较快。tfi练2——厘IG撕BT内部的PN市P晶体到管的痰关断踪蝶过程，iC下降涨较慢。IG妨BT的关捆断过辜程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM781.禁4.瞎4绝缘闯栅双吹极晶羽体管3)融IG落BT的主挨要参篮数——正常球工作辱温度艰下允昆许的裤最大菊功耗采。(3用)最大步集电度极功松耗PCM——包括臣额定笨直流钞电流IC和1m菌s脉宽燃最大破电流ICP。(2伤)最大挎集电缝极电牲流——由内驼部PN哨P晶体虽管的艺击穿铅电压当确定舌。(1坟)最大戏集射托极间辨电压UCE摸S791.仔4.垮4绝缘东栅双献极晶背体管IG料BT的特学性和符参数累特点见可以柿总结俩如下：开关影速度戒高，伍开关宰损耗烫小。