电力电子器件(6).ppt

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。,电力电子器件,IGBT为主体，第四代产品，制造水平2.5kV/1.8kA，兆瓦以下首选。仍在不断发展，与IGCT等新器件激烈竞争，试图在兆瓦以上取代GTO。GTO兆瓦以上首选，制造水平6kV/6kA。光控晶闸管功率更大场合，8kV/3.5kA，装置最高达300MVA，容量最大。电力MOSFET长足进步，中小功率领域特别是低压，地位牢固。功率模块和功率集成电路是现在电力电子发展的一个共同趋势。,当前器件水平,不可控器件电力二极管,整流二极管及模块,晶闸管的结构与工作原理,常用晶闸管的结构,螺栓型晶闸管,晶闸管模块,平板型晶闸管外形及结构,晶闸管的结构与工作原理,式中1和2分别是晶体管V1和V2的共基极电流增益；ICBO1和ICBO2分别是V1和V2的共基极漏电流。由以上式可得,图1-7晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a双晶体管模型b工作原理,（1-5）,晶闸管的基本特性,承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。,晶闸管的基本特性,（1）正向特性IG0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。正向电压超过正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。晶闸管本身的压降很小，在1V左右。,1）静态特性,图1-8晶闸管的伏安特性IG2IG1IG,晶闸管的基本特性,反向特性类似二极管的反向特性。反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。,图1-8晶闸管的伏安特性IG2IG1IG,（2）反向特性,晶闸管的基本特性,1开通过程延迟时间td0.51.5s上升时间tr0.53s开通时间tgt以上两者之和，tgttdtr（1-6）,2关断过程反向阻断恢复时间trr正向阻断恢复时间tgr关断时间tq以上两者之和tqtrrtgr（1-7普通晶闸管的关断时间约几百微秒,2）动态特性,图1-9晶闸管的开通和关断过程波形,典型全控型器件,常用的典型全控型器件,电力MOSFET,IGBT单管及模块,门极可关断晶闸管,工作原理与普通晶闸管一样，可以用图1-7所示的双晶体管模型来分析。,图1-7晶闸管的双晶体管模型及其工作原理,121是器件临界导通的条件。,由P1N1P2和N1P2N2构成的两个晶体管V1、V2分别具有共基极电流增益1和2。,与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的。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。采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成。,电力晶体管,1）GTR的结构和工作原理,图1-15GTR的结构、电气图形符号和内部载流子的流动a内部结构断面示意图b电气图形符号c内部载流子的流动,电力晶体管,开通过程延迟时间td和上升时间tr，二者之和为开通时间ton。加快开通过程的办法。关断过程储存时间ts和下降时间tf，二者之和为关断时间toff。加快关断速度的办法。GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多。,图1-17GTR的开通和关断过程电流波形,2动态特性,电力场效应晶体管,电力MOSFET的种类按导电沟道可分为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道。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。电力MOSFET主要是N沟道增强型。,1）电力MOSFET的结构和工作原理,电力场效应晶体管,电力MOSFET的结构,是单极型晶体管。导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别。采用多元集成结构，不同的生产厂家采用了不同设计。,图1-19电力MOSFET的结构和电气图形符号,绝缘栅双极晶体管,1IGBT的结构和工作原理三端器件栅极G、集电极C和发射极E,图1-22IGBT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,a,,b,,绝缘栅双极晶体管,2IGBT的基本特性1IGBT的静态特性,图1-23IGBT的转移特性和输出特性a转移特性b输出特性,转移特性IC与UGE间的关系开启电压UGEth,输出特性分为三个区域正向阻断区、有源区和饱和区。,绝缘栅双极晶体管,图1-24IGBT的开关过程,IGBT的开通过程与MOSFET的相似开通延迟时间tdon电流上升时间tr开通时间tonuCE的下降过程分为tfv1和tfv2两段。tfv1IGBT中MOSFET单独工作的电压下降过程；tfv2MOSFET和PNP晶体管同时工作的电压下降过程。,2IGBT的动态特性,