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第二章节全控型电力电子器件模块IGBT1.1  什么是什么是电力力电子技子技术-电力力电子器件子器件开关器件——IGCT＝驱动电路＋GCT4kA/4.5kV IGCT663A/4.5kV IGCTGCT分解部件1.1  什么是什么是电力力电子技子技术-开关器件开关器件第一第一节 门极可关断（极可关断（GTOGTO））晶晶闸管管1.￿1.￿结构构Ø与与普普通通晶晶闸管管的的相相同同点点：：PNPN四四层半半导体体结构，外部引出阳极、阴极和构，外部引出阳极、阴极和门极；极；Ø和和普普通通晶晶闸管管的的不不同同点点：：GTO是是一一种种多多元元的的功功率率集集成成器器件件，，内内部部包包含含数数十十个个甚甚至至数数百百个个共共阳阳极极的的小小GTO元元，，这些些GTO元元的的阴阴极极和和门极极则在器件内部并在器件内部并联在一起2. 导通关断条件导通：同晶闸管，AK正偏，GK正偏关断：门极加负脉冲电流3.特点n全控型n容量大n off≈5n电流控制型　电流关断增益流关断增益 off ：： 最大可关断最大可关断阳极阳极电流与流与门极极负脉冲脉冲电流最大流最大值IGM之比称之比称为电流关断增益流关断增益    1000A的的GTO关断关断时门极极负脉脉冲冲电流峰流峰值要要200A 。

第二第二节 GTR——电力晶体管力晶体管Ø电力晶体管力晶体管GTR （（Giant Transistor，，巨型晶体管）巨型晶体管）Ø耐耐 高高 电 压 、、 大大 电 流流 的的 双双 极极 结 型型 晶晶 体体 管管 （（ Bipolar Junction  Transistor——BJT）），，英英文文有有时候候也也称称为Power BJTØ在在电力力电子技子技术的范的范围内，内，GTR与与BJT这两个名称等效两个名称等效     应应用用用用Ø20世世纪80年年代代以以来来，，在在中中、、小小功功率率范范围内内取取代代晶晶闸管管，，但目前又大多被但目前又大多被IGBT和和电力力MOSFET取代取代1.1.单管管GTR n单管管GTR的基本工作原理与晶体管相同的基本工作原理与晶体管相同n作作为大功率开关管大功率开关管应用用时，，GTR工作在截止和工作在截止和导通两种状通两种状态n主要特性是耐主要特性是耐压高、高、电流大、开关特性好流大、开关特性好2．达林顿GTRn单管管￿ ￿GTR的的电流流增增益益低低，，将将给基基极极驱动电路路造造成成负担担达达林林顿结构构是是提提高高电流流增增益益一种有效方式。

一种有效方式n达达林林顿结构构由由两两个个或或多多个个晶晶体体管管复复合合而而成成，，可可以以是是PNP型型也也可可以以是是NPN型型，，其其性性质由由驱动管来决定管来决定n￿ ￿达林达林顿GTR的开关速度慢，的开关速度慢，损耗大耗大￿ ￿3．GTR 模块n将￿GTR管芯、稳定电阻、加速二极管、续流二极管等组装成一个单元，然后根据不同用途将几个单元电路组装在一个外壳之内构成GTR模块n目前生产的GTR模块可将多达6个互相绝缘的单元电路做在同一模块内，可很方便地组成三相桥式电路￿3. GTR的二次击穿现象 一次一次击穿穿v集集电极极电压升升高高至至击穿穿电压时，，Ic迅迅速速增增大大，，出出现雪雪崩崩击穿；穿；v只只要要Ic不不超超过限限度度，，GTR一一般般不不会会损坏坏，，工工作作特特性性也也不不变 二次二次击穿穿v一一次次击穿穿发生生时，，如如果果继续增增高高外外接接电压，，则Ic继续增增大大，，当当达达到到某某个个临界界点点时，，Uce会会突突然然降降低低至至一一个个小小值，同，同时导致致Ic急急剧上升，上升，这种种现象称象称为二次二次击穿，穿，v二二次次击穿穿的的持持续时间很很短短，，一一般般在在纳秒秒至至微微秒秒范范围，，常常立即常常立即导致器件的永久致器件的永久损坏。

必需避免必需避免安全工作区           防止二次防止二次击穿，采用保穿，采用保护电路，同路，同时考考虑器件的安全裕量，尽量使器件的安全裕量，尽量使GTR工作在安全工作工作在安全工作区 4.特点n全控型，全控型，电流控制型流控制型n二次二次击穿（工作穿（工作时要防止）要防止）n中大容量，开关中大容量，开关频率率较低低第三节 功率场效应晶体管（MOSFET） G G G G：：：： 栅栅极极极极D D D D：：：： 漏极漏极漏极漏极S S S S：：：： 源极源极源极源极 电力MOSFET的结构和电气图形符号 a) 内部结构断面示意图 b) 电气图形符号 1.导通关断条件通关断条件漏源极漏源极导通条件：通条件：在在在在栅栅源极源极源极源极间间加正加正加正加正电压电压U UGSGS漏源极关断条件：漏源极关断条件：栅栅源极源极源极源极间电压间电压U UGSGS为为零零零零2.特点特点n控制控制级输入阻抗大入阻抗大n驱动电流小流小n防止静防止静电感感应击穿穿n中小容量，开关中小容量，开关频率高率高n导通通压降大（不足）降大（不足）第四第四节 绝缘栅双极晶体管双极晶体管(IGBT)(IGBT)n 绝缘栅双双极极型型晶晶体体管管简称称为IGBT（（Insulated Gate Biopolar Transistor））,是是80年年代代中中期期发展起来的一种新型展起来的一种新型复合器件复合器件复合器件复合器件。

nIGBT综合合了了MOSFETMOSFET和和GTRGTR的的输入入阻阻抗抗高高、、工工作作速速度度快快、、通通态电压低低、、阻阻断断电压高高、、承承受受电流流大的大的优点成为当前当前电力半力半导体器件的体器件的发展方向1. 结构构n复合复合结构（构（= MOSFET+GTR））栅极极集集集集电电极极极极发发射极射极射极射极2.导通关断条件通关断条件驱动原理与电力MOSFET基本相同，属于场控器件，通断由栅射极电压uGE决定导通条件：通条件：在在在在栅栅射极射极射极射极间间加正加正加正加正电压电压U UGEGEUGE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导通关断条件：关断条件：栅栅射极反射极反射极反射极反压压或无信号或无信号或无信号或无信号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其他电力电子器件nMCT——MOS控制晶闸管nSIT——静电感应晶体管nSITH——静电感应晶闸管本章小本章小结1、根据开关器件是否可控分、根据开关器件是否可控分类（（1）不可控器件：二极管）不可控器件：二极管VD（（2）半控器件：普通晶）半控器件：普通晶闸管管SCR（（3）全控器件：）全控器件：GTO、、GTR、功率、功率MOSFET、、IGBT等。

等 2、根据、根据门极极(栅极极)驱动信号的不同信号的不同（（1））电流控制器件：流控制器件：驱动功率大，功率大，驱动电路复路复杂，工作，工作频率低该类器件有器件有SCR、、GTO、、GTR2））电压控制器件：控制器件：驱动功率小，功率小，驱动电路路简单可靠，可靠，工作工作频率高该类器件有器件有P-MOSEET、、IGBT。