电力电子器件-第3讲.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,(1-,*,),(1-,1,),1.4,典型全控型器件,门极可关断晶闸管,在晶闸管问世后不久出现20,世纪,80,年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时代典型代表,门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管,0,引言,(1-,2,),常用的典型全控型器件,电力,MOSFET,IGBT,单管及模块,(1-,3,),1,门极可关断晶闸管,晶闸管的一种派生器件可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断是电流控制型器件，因而在关断时需要很大的反向驱动电流；,通态压降大、,du/dt,及,di/dt,耐量低，需要庞大的吸收电路GTO,容量最大、工作频率最低,(1,2kHz),电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用目前，,GTO,虽然在低于,2000V,的某些领域内已被,GTR,和,IGBT,等所替代，但它在大功率电力牵引中有明显优势；它也必将在高压领域占有一席之地门极可关断晶闸管,（,Gate-Turn-Off Thyristor GTO,）,(1-,4,),A,G,K,GTO,的内部结构和电气图形符号,a),各单元的阴极、门极间隔排列的图形,b),并联单元结构断面示意图,c),电气图形符号,GTO,的结构,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,是一种多元的功率集成器件1-,5,),正向导通过程和晶闸管类似设计,2,较大，使晶体管,V,2,控制灵敏,，易于关断3,导通时,1,+,2,更接近,1,，导通时接近临,界饱和，有利门极控制关断，但导通,时管压降增大普通晶闸管（,1,+,2,1.15,）,GTO,（略大于,1,）,临界饱和利于门级负脉冲关断，但导通时管压降增大4,对门级加入负关断脉冲，形成,-I,g,，相当于抽出,I,c1,电流，形成正反馈，最后,1,+,2,BUcex BUces BUcer Buceo,实际使用时，最高工作电压要比,BUceo,低得多BJT,的主要参数,(1-,18,),实际使用时要留有裕量，只能用到,I,cM,的一半或稍多一点3),集电极最大耗散功率,P,cM,最高工作温度下允许的耗散功率产品说明书中给,P,cM,时同时给出壳温,T,C,，间接表示了最高工作温度2),集电极最大允许电流,I,cM,(1-,19,),（,4,）,BJT,的电流放大倍数,值,定义为晶体管的集电极电流变化率和基极电流变化率之比5,）,BJT,的反向电流,BJT,的反向电流会消耗一部分电源能量，会影响管子的稳定性。

常希望反向电流尽可能小有,I,CBO,、,I,CEO,和,I,EBO,6,）最大允许结温,TJM,双极型功率晶体管结温过高时将导致热击穿而烧毁是晶体管能正常工作的最高允许结温1-,20,),BJT,的二次击穿现象与安全工作区,（,1,）,BJT,的二次击穿现象,(,重要,）,二次击穿是大功率晶体管损坏的主要原因，是影响晶体管变流装置可靠性的一个重要因素一次击穿,集电极电压升高至击穿电压时，,I,c,迅速增大，出现雪崩击穿；,只要,I,c,不超过限度，,GTR,一般不会损坏，工作特性也不变,二次击穿,一次击穿发生时,Ic,增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降,常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变,(1-,21,),PN,结的反向击穿,热电击穿，隧道击穿（齐纳击穿），雪崩击穿,二次击穿,一次击穿发生时，如果继续增高外接电压，则,I,c,继续增大，当达到某个临界点时，,Uce,会突然降低至一个小值，同时导致,I,c,急剧上升，这种,现象称为二次击穿,；,开始发生二次击穿的电压（,U,SB,）和电流（,I,SB,）称为二次击穿的临界电压和临界电流，其乘积为,P,SB,称为,二次击穿的临界功率。

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必需避免通常认为，在出现负阻效应时，电流会急剧向发射区的局部地方集中，这时就会出现局部温度升高，引起局部区域电流密度更加增大的恶性循环反应，直至烧毁硅材料把不同下发生二次击穿的临界点连接起来就二次击穿临界线，,P,SB,越大，二次击穿越不容易发生1-,22,),二次击穿的几个特点,二次击穿的延迟时间相差很大，长可到,100ms,，短可能瞬时,B,到,E,是瞬时的，不稳定的，不可逆的,E,点的电压是二次击穿的维持电压，一般为,1015V,二次击穿的原因,局部过热,(1-,23,),（,2,）,BJT,的安全工作区,正向偏置安全工作区,反向偏置安全工作区,BJT,的,正向偏置安全工作区,BJT,反向偏置安全工作区,。