电力电子技术第一章电力电子器件1.3典型全控型器件常用的典型全控型器件1.3.1门极可关断晶闸管(GTO)构造：与普通晶闸管的相同点：PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。和普通晶闸管的不同点：GTO是一种多GTO元并联的功率集成器件。图晶闸管的双晶体管模型及其工作原理1.3.1门极可关断晶闸管开通过程：与普通晶闸管相同；ton=td+tr关断过程：不同于晶闸管储存时间ts，抽少子使等效晶体管退出饱和。下降时间tf：由饱和转至放大区；尾部时间tt—残存载流子复合。toff=ts+tf1.3.1门极可关断晶闸管1.3.1门极可关断晶闸管1.3.2电力晶体管〔GTR）与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的，多采用NPN。主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成。比普通三极管增加了一个低掺杂N区，提高耐压能力。1.3.2电力晶体管1.3.2电力晶体管1.3.2电力晶体管1.3.3电力场效应晶体管1.3.3电力场效应晶体管1.3.3电力场效应晶体管截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。导电：在栅源极间加正电压UGS当UGS大于UT时，P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N导电沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。1.3.3电力场效应晶体管1.3.3电力场效应晶体管3〕掌握MOS和IGBT的开关特性。重点是SiC，目前已有SiC肖特基二极管产品。目前正在与IGBT等新型器件激烈竞争，试图最终取代GTO在大功率场合的位置。(5)通态电阻Ron越小越好，反映损耗。MOSFET的开关速度图1-19IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号——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。调制效应概念；电力电子器件的现状和发展趋势:与普通晶闸管一样，可以用双晶体管20世纪90年代后期出现，容量与GTO相当，开关速度快10倍，功耗也大为降低。增强型——对于N〔P〕沟道器件，栅极电压大于〔小于〕零时才存在导电沟道。饱和区〔对应于GTR的放大区）重点：1〕掌握电力二极管的反向恢复时间、电导比普通三极管增加了一个低掺杂N区，提高耐压能力。MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系。可降低驱动电路内阻减小时间常数，加快开关速度。不存在少子储存效应，关断过程非常迅速。开关时间在10~100ns之间，工作频率可达500kHz以上，是主要电力电子器件中最高的。场控器件，静态时几乎不需输入电流。但在开关过程中需对输入电容充放电，仍需一定的驱动功率，但很小。开关频率越高，所需要的驱动功率越大。3.电力MOSFET的主要参数1.3.4绝缘栅双极晶体管〔IGBT）1.IGBT的结构和工作原理三端器件：栅极G、集电极C和发射极E2晶闸管〔THYRISTOR）由一种载流子参与导电的器件；不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承受反压时，应和电力二极管串联。3电力场效应晶体管全控型器件〔IGBT,MOSFET)3电力场效应晶体管GTO的结构和工作原理6电力电子器件的分类许多参数和普通晶闸管相应的参数意义相同，以下只介绍意义不同的参数。不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承受反压时，应和电力二极管串联。采用垂直导电结构，流通电流能力提高；——正常工作温度下允许的最大功耗。(1)IGBT的静态特性导通：uGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通(电压驱动功率小)。重点是SiC，目前已有SiC肖特基二极管产品。开通延迟时间td(on)tfi2——IGBT内部的PNP晶体管的关断过程，iC下降较慢。驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，通断由栅射极电压uGE决定。导通：uGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通(电压驱动功率小)。通态压降：电导调制效应使电阻RN减小，通态压降减小。关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。a)t1.3.4绝缘栅双极晶体管3)IGBT的主要参数IGBT的特性和参数特点可以总结如下：1.4其他新型电力电子器件1.4.1MOS控制晶闸管MCT1.4.2静电感应晶体管SIT1.4.3静电感应晶闸管SITH1.4.4集成门极换流晶闸管IGCT1.5功率集成电路与集成电力电子模块第一章电力电子器件不可控器件(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〔如大功率二极管）。