电力电子器件――第二章课件

第二章第二章 电力电子器件电力电子器件 2.1 电力二极管电力二极管2.2 电力场效应晶体管电力场效应晶体管PMOSFET2.3 绝缘门极双极型晶体管绝缘门极双极型晶体管IGBT2.4 MOSFET及及IGBT的驱动与保护的驱动与保护2.5 半导体电力开关模块和功率集成电路半导体电力开关模块和功率集成电路本章小结本章小结电力开关器件家族树电力开关器件家族树 电力开关器件发展史电力开关器件发展史 电力开关器件的分类电力开关器件的分类根据开关器件开通、关断可控性的不同，开关器件根据开关器件开通、关断可控性的不同，开关器件可以分为三类：可以分为三类：不可控器件：不可控器件：仅二极管仅二极管D是不可控开关器件。是不可控开关器件。半控器件：半控器件：仅普通晶闸管仅普通晶闸管SCR属于半控器件。可以控制属于半控器件。可以控制其导通起始时刻，一旦其导通起始时刻，一旦SCR导通后，导通后，SCR仍继续处于通态。仍继续处于通态。全控型器件：全控型器件：三极管三极管BJT、可关断晶闸管、可关断晶闸管GTO、电力场、电力场效应晶体管效应晶体管P-MOSFET、绝缘门极晶体管、绝缘门极晶体管IGBT都是全控型器都是全控型器件，即通过门极（或基极或栅极）是否施加驱动信号既能控件，即通过门极（或基极或栅极）是否施加驱动信号既能控制其开通又能控制其关断制其开通又能控制其关断电力开关器件分类电力开关器件分类 根据开通和关断所需门极（栅极）驱动信号的不同要求，根据开通和关断所需门极（栅极）驱动信号的不同要求，开关器件又可分为电流控制型开关器件和电压控制型开关器件开关器件又可分为电流控制型开关器件和电压控制型开关器件两大类：两大类：SCR、BJT和和GTO为电流驱动控制型器件为电流驱动控制型器件 PMOSFET、IGBT均为电压驱动控制型器件均为电压驱动控制型器件 三极管三极管BJT要求有正的、持续的基极电流开通并保持为通要求有正的、持续的基极电流开通并保持为通态，当基极电流为零后态，当基极电流为零后BJT关断。为了加速其关断，最好能提关断。为了加速其关断，最好能提供负的脉冲电流。供负的脉冲电流。P-MOSFET和和IGBT要求有正的持续的驱动电压使其开通要求有正的持续的驱动电压使其开通并保持为通态，要求有负的、持续的电压使其关断并保持为可并保持为通态，要求有负的、持续的电压使其关断并保持为可靠的断态。电压型驱动器件的驱动功率都远小于电流型开关器靠的断态。电压型驱动器件的驱动功率都远小于电流型开关器件，驱动电路也比较简单可靠。件，驱动电路也比较简单可靠。2.1 电力二极管电力二极管 Power Diode结构和原理简单，工作可靠，结构和原理简单，工作可靠，自自20世纪世纪50年代初期就获得应用。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、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。有不可替代的地位。2.1.2 半导体二极管基本特性单向导电性2.1.3 半导体电力二极管重要参数半导体电力二极管的重要参数主要用来半导体电力二极管的重要参数主要用来衡量二极管使用过程中：衡量二极管使用过程中：是否被过压击穿是否被过压击穿 是否会过热烧毁是否会过热烧毁 开关特性开关特性半导体电力二极管的开关特性开关过程，由导通状态转为阻断开关过程，由导通状态转为阻断状态并不是立即完成，它要经历状态并不是立即完成，它要经历一个短时的过渡过程；一个短时的过渡过程；此过程的长短、过渡过程的波形此过程的长短、过渡过程的波形对不同性能的二极管有很大差异；对不同性能的二极管有很大差异；理解开关过程对今后选用电力电理解开关过程对今后选用电力电子器件，理解电力电子电路的运子器件，理解电力电子电路的运行是很有帮助的，因此应对二极行是很有帮助的，因此应对二极管的开关特性有较清晰的了解管的开关特性有较清晰的了解。二极管电流定额的含义2.1.4 电力二极管的类型2.1.4 电力二极管的类型2.1.4 电力二极管的类型3 3）肖特基二极管反向耐压较低，（一般低于反向耐压较低，（一般低于150V，）反向漏电流较大，多用于，）反向漏电流较大，多用于低电压场合。低电压场合。*正向压降低，反向恢复时间短正向压降低，反向恢复时间短2.1.5 二极管的基本应用2.2 电力场效晶体管2.2 电力场效晶体管2.2 电力场效晶体管2.2 电力场效晶体管电力电力MOSFET的结构和电气图形符号的结构和电气图形符号2.2 电力场效晶体管(1)(1)静态特性静态特性l漏极电流漏极电流I ID D和栅源间电和栅源间电压压U UGSGS的关系称为的关系称为MOSFETMOSFET的转移特性。的转移特性。lI ID D较大时，较大时，I ID D与与U UGSGS的关的关系近似线性，曲线的斜系近似线性，曲线的斜率定义为跨导率定义为跨导G Gfsfs。2）电力MOSFET的基本特性电力电力MOSFET的转移特性和输出特性的转移特性和输出特性 a)转移特性转移特性 b)输出特性输出特性2.2 电力场效晶体管MOSFETMOSFET的漏极伏安特性：的漏极伏安特性：电力电力MOSFET的转移特性和输出特性的转移特性和输出特性 a)转移特性转移特性 b)输出特性输出特性l截止区（对应于GTR的截止区）l饱和区（对应于GTR的放大区）l非饱和区（对应GTR的饱和区）l工作在开关状态，即在截止区和工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。非饱和区之间来回转换。l漏源极之间有寄生二极管，漏源漏源极之间有寄生二极管，漏源极间加反向电压时器件导通。极间加反向电压时器件导通。l通态电阻具有正温度系数，对器通态电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利件并联时的均流有利2.2 电力场效晶体管2.2 电力场效晶体管2.2 电力场效晶体管2.3 结缘栅双极晶体管（IGBT）2.3 结缘栅双极晶体管（IGBT）IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号的结构、简化等效电路和电气图形符号a)内部结构断面示意图内部结构断面示意图b)简化等效电路简化等效电路c)电气图形符号电气图形符号N沟道沟道VDMOSFET与与GTR组合组合N沟道沟道IGBT。简化等效电路表明，简化等效电路表明，IGBT是是GTR与与MOSFET组成的达林顿结构，一组成的达林顿结构，一个由个由MOSFET驱动的厚基区驱动的厚基区PNP晶体管。晶体管。RN为晶体管基区内的调制电阻。为晶体管基区内的调制电阻。2.3 结缘栅双极晶体管（IGBT）2.3 结缘栅双极晶体管（IGBT）IGBT的转移特性和输出特性的转移特性和输出特性a)转移特性转移特性b)输出特性输出特性2.3 结缘栅双极晶体管（IGBT）IGBT的开关过程的开关过程2.3 结缘栅双极晶体管（IGBT）2.3 结缘栅双极晶体管（IGBT）2.4 MOSFET及IGBT的驱动和保护2.4 MOSFET及IGBT的驱动和保护光耦合器的类型及接法光耦合器的类型及接法a)普通型普通型b)高速型高速型c)高传输比型高传输比型2.4 MOSFET及IGBT的驱动和保护2.4 MOSFET及IGBT的驱动和保护电压驱动型器件的驱动电路电压驱动型器件的驱动电路2.4 MOSFET及IGBT的驱动和保护电力电力MOSFET的一种驱动电路的一种驱动电路2.4 MOSFET及IGBT的驱动和保护M57962L型型IGBT驱动器的原理和接线图驱动器的原理和接线图2.4 MOSFET及IGBT的驱动和保护（3）脉冲变压器隔离驱动）脉冲变压器隔离驱动 2.4 MOSFET及IGBT的驱动和保护关断时的负载线关断时的负载线di/dt抑制电路和充放电型抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形缓冲电路及波形a)电路电路b)波形波形2.4 MOSFET及IGBT的驱动和保护di/dt抑制电路和充放电型抑制电路和充放电型RCD缓冲电路缓冲电路另外两种常用的缓冲电路另外两种常用的缓冲电路a)RC吸收电路吸收电路b)放电阻止型放电阻止型RCD吸收电路吸收电路2.4 MOSFET及IGBT的驱动和保护2.5 功率模块及功率集成电路2.5 功率模块及功率集成电路2.5 功率模块及功率集成电路本章小结主要内容主要内容全面介绍各种主要电力电子器件的基本结构、工全面介绍各种主要电力电子器件的基本结构、工作原理、基本特性和主要参数等。作原理、基本特性和主要参数等。集中讨论电力电子器件的驱动和保护集中讨论电力电子器件的驱动和保护电力电子器件类型归纳电力电子器件类型归纳单极型：电力单极型：电力MOSFET双极型：电力二极管双极型：电力二极管复合型：复合型：IGBT本章小结写在最后写在最后成功的基成功的基础在于好的学在于好的学习习惯The foundation of success lies in good habits46 结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日