电力电子器件概述

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,*,*,资料1,1,电子技术的基础,电子器件：晶体管和集成电路,电力电子电路的基础,电力电子器件,本章主要内容：,概述电力电子器件的,概念,、,特点,和,分类,等问题,。,介绍常用电力电子器件的,工作原理,、,基本特性,、,主要参数,以及选择和使用中应注意问题,。,第,1,章 电力电子器件,1.1 电力电子器件概述,1.2 不可控器件电力二极管,1.3,半控型器件晶闸管,1.4典型全控型器件,1.5,其他新型电力电子器件,1.6,电力电子器件的驱动及保护,2,1.1,电力电子器件概述,1.1.1,电力电子器件的概念和特征,1.1.2,应用电力电子器件的系统组成,1.1.3,电力电子器件的分类,返回,概述,3,1.1.1,电力电子器件的概念和特征,1）概念,:,电力电子器件,（,Power Electronic Device,）,可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。,主电路（,Main Power Circuit,）,电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。,2,）分类,:,电真空器件,(,汞弧整流器、闸流管,),半导体器件,(,采用的主要材料硅）（,）,概述,4,3）,同处理信息的电子器件相比，具有如下特征：,能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。,电力电子器件一般都工作在开关状态。,电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。,电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。,1.1.1,电力电子器件的概念和特征,概述,5,电力电子器件的损耗：,1.1.1,电力电子器件的概念和特征,主要损耗,通态损耗,断态损耗,开关损耗,关断损耗,开通损耗,通态损耗,是器件功率损耗的主要成因。,器件开关频率较高时，,开关损耗,可能成为器件功率损耗的主要因素,。,返回,概述,6,1.1.2 应用电力电子器件的系统组成,电力电子系统,：由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。,控,制,电,路,检测,电路,驱动,电路,R,L,主电路,V,1,V,2,保护电路,在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行,电气隔离,控制电路,图,1-1,电力电子器件在实际应用中的系统组成,控制信号,返回,概述,7,1.1.3 电力电子器件的分类,按照器件能够被控制的程度，分三类：,不可控器件,(,Power Diode,),不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。,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。,概述,8,按照驱动电路信号的性质，分两类：,电流驱动型,通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者 关断的控制。,电压驱动型,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。,1.1.3 电力电子器件的分类,概述,按照电子和空穴两种载流子参与导电的情况，分三类：,单极型器件,双极型器件,复合型器件,9,1.2 不可控器件电力二极管,基本结构及工作原理,电力二极管的基本特性,电力二极管的主要参数,电力二极管的主要类型,返回,不可控器件,10,基本结构及工作原理,基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。,由一个面积较大,的,PN,结和两端引线以及封装组成的。,从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。,A,K,A,K,a),I,K,A,P,N,J,b),c),A,K,图1-2 电力二极管的外形、结构和电气图形符号,a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号,不可控器件,11,基本结构及工作原理,PN,结的,状态,状态参数,正向导通,反向截止,反向击穿,电流,正向大,几乎为零,反向大,电压,维持,1V,反向大,反向大,阻态,低阻态,高阻态,二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征,。,PN,结的反向击穿（两种形式,),雪崩击穿,齐纳击穿 （均可导致热击穿）,返回,不可控器件,12,电力二极管的基本特性,1）静态特性：,主要指其,伏安特性,门槛电压,U,TO,，,正向电流,I,F,开始明显增加所对应的电压。,与,I,F,对应的电力二极管两端的电压即为其,正向电压降,U,F,。,承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。,I,O,I,F,U,TO,U,F,U,图1-4 电力二极管的伏安特性,不可控器件,13,2）动态特性,电力二极管在三种工作状态之间转换的时候都会经历一个过渡过程。,电力二极管的基本特性,二极管的电压-电流特性随时间变化的,结电容的存在,延迟时间：,t,d,=,t,1,-,t,0,电流下降时间：,t,f,=,t,2,-,t,1,反向恢复时间：,t,rr,=,t,d,+,t,f,恢复特性的软度：下降时间与延迟时间 的比值,t,f,/,t,d,，或称恢复系数，用,S,r,表示。,F,U,F,t,F,t,0,t,rr,t,d,t,f,t,1,t,2,t,U,R,U,RP,I,RP,d,i,F,d,t,d,i,R,d,t,U,FP,u,i,i,F,u,F,t,fr,t,0,2V,a),b),图1-5,a) 正偏反偏 b) 零偏正偏,不可控器件,14,正向压降先出现一个过冲,U,FP,，,经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如,2V,）。,正向恢复时间,t,fr,。,电流上升率越大,，,U,FP,越高 。,图1-5(b)开通过程,开通过程,：,关断过程,须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。,关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。,图1-5(b)关断过程,I,F,U,F,t,F,t,0,t,rr,t,d,t,f,t,1,t,2,t,U,R,U,RP,I,RP,d,i,F,d,t,d,i,R,d,t,U,FP,u,i,i,F,u,F,t,fr,t,0,2V,电力二极管的基本特性,返回,不可控器件,15,电力二极管主要参数,正向平均电流,I,F(AV),正向压降,U,F,反向重复峰值电压,U,RRM,反向恢复时间,t,rr,最高工作结温,T,JM,浪涌电流,I,FSM,返回,不可控器件,常见电力二极管：,普通二极管,快（速）恢复二极管,肖特基二极管（SBD）：以金属与半导体表面的适当接触形成势垒为基础，呈现类似于PN结的非线形特性。,16,1.3 半控型器件晶闸管,引言,1.3.1 晶闸管的结构与工作原理,1.3.2 晶闸管的基本特性,1.3.3 晶闸管的主要参数,1.3.4 晶闸管的派生器件,返回,半控型器件,17,晶闸管,（,Thyristor,）,：,晶体闸流管，可控硅整流器,（,Silicon Controlled RectifierSCR,）,1.3 引言,1956,年美国贝尔实验室发明了晶闸管。,1957,年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品。,1958,年商业化。,开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代。,20,世纪,80,年代以来，开始被全控型器件取代。,能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场合具有重要地位。,返回,半控型器件,晶闸管通常有普通晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管、逆导晶闸管和快速晶闸管等。普通晶闸管也叫可控硅，用,SCR,表示，国际通用名称为,Thyristor,简称,T,。,18,1.3.1 晶闸管的结构与工作原理,外形有,螺栓型,和,平板型,两种封装。,有三个联接端。,螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便。,平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。,图1-6 SCR的外形、结构和电气符号,a) 外形 b) 结构 c) 电气符号,1) SCR的结构,半控型器件,晶闸管的结构 晶闸管内部是一种四层（P、N、P、N）结构，对外呈三端（A、G、K）大功率半导体器件，它有三个PN结：J1、J2、J3。其外形有平板形和螺栓形，见图2.1（a）、(b)所示。三个引出端分别叫做阳极A、阴极K和门极G，门极也叫控制级。晶闸管的图形符号见图2.1(c)所示。,19,1.3.1 晶闸管的结构与工作原理,管芯,：四层三端的芯片（主要部件，决定,SCR,的性能）,管壳,：保护管芯,散热器,：把热量传递给冷却介质,引线,：阳极、阴极、门极（,P2,区引出）,半控型器件,20,2）SCR工作原理,SCR,二极管模型及阻断特性,当,u,AK,0,时，,J1,J3,正偏，,J2,反偏，称为正向阻断。,G,J1,A,K,J3,J2,PN,PN,NP,1.3.1 晶闸管的结构与工作原理,半控型器件,21,晶闸管的工作原理,由晶闸管的结构可知，晶闸管是一种四层三端器件，有J1、J2、J3三个PN结，见图2.2(a)所示.当把中间的N1和P2分为两部分，则可构成一个NPN型晶体管和一个PNP型晶体管的复合管，如图2.2(b)所示。,1.晶闸管的导电特性：单向导电特性和正向导通的可控性。,2.晶闸管的导通条件：,（1）晶闸管的阳极阴极之间加正向电压。,（2）晶闸管的门极阴极之间有正向触发电压,且有足够的触发电流。,3.维持电流：保持晶闸管导通的最小阳极电流。,由图2.2（c）可知，每个晶体管的集电极电流是另一个晶体管的基极电流。两个晶体管相互复合,当有足够的门极电流Ig时，就会形成强烈的正反馈，即,此时两个晶体管迅速饱和导通，即晶闸管饱和导通。,若要关断晶闸管，则应设法使晶闸管的阳极电流减小到维持电流以下,。,22,SCR,的双晶体管模型及工作原理,1.3.1 晶闸管的结构与工作原理,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,SCR的开通：,在晶闸管阳极与阴极间施加正向阳极电压，,I,G,=0,时，正向阻断状态；,给门极注入触发电流,I,G,，,将形成强烈的正反馈，使两管饱和导通，撤去,I,G,，,则管子仍保持导通。,半控型器件,23,根据晶体管的工作原理，得,：,从而,，,1.3.1 晶闸管的结构与工作原理,（1-2）,（1-1）,（1-3）,（1-4）,（1-5）,在低发射极电流下,是很小的，而当发射极电流建立起来之后，,迅速增大。,阻断状态,：,I,G,=0,，,1,+,2,很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。,开通状态,：,注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致,1,+,2,趋近于,1,的话，流过晶闸管,的电流,I,A,，,将趋近于无穷大，实现饱和,导通。,I,A,实际由外电路,决定,。,半控型器件,24,SCR的关断：,减少I,A,或增大R，使I,A,I,G1,I,G,半控型器件,26,（2）,反向特性,1.3.2 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。,正向,导通,雪崩,击穿,O,+,U,A,-,U,A,-,I,A,I,A,I,H,I,G2,I,G1,I,G,=,0,U,bo,U,DSM,U,DRM,U,RRM,U,RSM,图1-8 晶闸管的伏安特性,I,G2,I,G1,I,G,半控型器件,27,2）,动态特性（了解）,1.3.2 晶闸管的基本特性,1),开通过程,延迟时间,t,d,(0.51.5,s),上升时间,t,r,(0.53,s),开通时间,t,gt,以上两者之和，,t,gt,=,t,d,+,t,r,（,1-6,）,2),关断过程,反向阻断恢复时间,t,rr,正向阻断恢复时间,t,gr,关断时间,t,q,以上两者之和,t,q,=,t,rr,+,t,gr,（,1-7),普通晶闸管的关断时间约几百微秒,100%,90%,10%,u,AK,t,t,O,0,t,d,t,r,t,rr,t,gr,U,RRM,I,RM,i,A,图1-9 晶闸管的开通和关断过程波形,返回,半控型器件,28,1）电压定额,（1）断态不重复峰值电压U,dsm,（2）断态重复峰值电压U,drm,（3）反向不重复峰值电压U,rsm,（4）反向重复峰值电压U,rrm,（5）通态（峰值）电压U,tm,（6）额定电压,通常取晶闸管的,U,drm,和,U,rrm,中较小的标值作为该器件的,额定电压,。,选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压,23,倍。,1.3.3,晶闸管的主要参数,半控型器件,29,2）电流定额,（1）通态平均电流,I,T(AV）,在环境温度为,40,C,和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的,最大工频正弦半波电流的平均值,。标称其额定电流的参数。,使用时应按,有效值相等的原则,来选取晶闸管。,I,T(AV,）,的,计算：,公式：,举例：,1.3.3,晶闸管的主要参数,半控型器件,30,（2）,维持电流,I,H,使晶闸管维持导通所必需的最小电流。,（3）,擎住电流,I,L,晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通所需的最小电流。,对同一晶闸管来说,，,通常,I,L,约为,I,H,的24倍,（4）,浪涌电流,I,TSM,指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流 。,1.3.3,晶闸管的主要参数,半控型器件,31,3）动态参数,（1）开通时间,t,gt,：从门极加触发脉冲到SCR进入导通所需要的时间。,（2）关断时间,t,q,：SCR由通态到断态所需要的时间间隔。,（3）,断态电压临界上升率,d,u,/d,t,指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。,电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通 。,（4）,通态电流临界上升率,d,i,/d,t,指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。,如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。,1.3.3,晶闸管的主要参数,返回,半控型器件,32,1.3.4,晶闸管的派生器件,1）,快速晶闸管,（Fast Switching Thyristor FST),有,快速晶闸管,和,高频晶闸管,。,开关时间以及,d,u,/,d,t,和,d,i,/,d,t,耐量都有明显改善。,普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管,10,s,左右,。,高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。,由于工作频率较高，不能忽略其开关损耗的发热效应。,半控型器件,33,2）,双向晶闸管,（,Triode AC SwitchTRIAC或Bidirectional triode thyristor,）,1.3.4,晶闸管的派生器件,可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。,有两个主电极,T,1,和,T,2,，,一个门极,G,。,在第,和第,III,象限有对称的伏安特性。,不用平均值而用有效值来表示其额定电流值,。,a),b),I,O,U,I,G,=,0,G,T,1,T,2,图1-10 双向晶闸管的电气图形符号和伏安特性,a) 电气图形符号 b) 伏安特性,半控型器件,34,1.3.4,晶闸管的派生器件,3),逆导晶闸管（,Reverse Conducting ThyristorRCT,）,将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。,具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点。,a),K,G,A,b),U,O,I,I,G,=,0,图1-11 逆导晶闸管的电气图形符号和伏安特性,a) 电气图形符号 b) 伏安特性,半控型器件,35,1.3.4,晶闸管的派生器件,4),光控晶闸管（,Light Triggered ThyristorLTT,）,又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。,光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。,因此目前在高压大功率的场合。,返回,半控型器件,36,1.4 典型全控型器件,门极可关断晶闸管,GTO,电力晶体管,GTR,电力场效应晶体管,MOSFET,绝缘栅双极晶体管,IGBT,返回,全控型器件,37,门极可关断晶闸管GTO,Gate-Turn-Off Thyristor GTO,1）,GTO,的结构和工作原理,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。,见图,1-13,电气符号：,K,A,G,全控型器件,38,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。,开通,：,GTO,的导通过程与,SCR,相似，经过一个正反馈过程，不同之处是,1,+,2,更接近于,1,，饱和程度较浅，更接近临界饱和。,关断,：门极加负脉冲，即从门极抽出电流，当,1,+,2,0,u,GS,u,T,关断条件：,u,GS,=0,全控型器件,46,2）电力MOSFET的特点,电力场效应晶体管电力MOSFET,单极型，用栅极电压来控制漏极电流。,驱动电路简单，需要的驱动功率小。,开关速度快，工作频率高。,热稳定性优于,GTR,。,电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过,10kW,的电力电子装置 。,返回,全控型器件,47,绝缘栅双极晶体管IGBT,GTR,和,GTO,的特点双极型，电流驱动，有电导调制效应，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。,MOSFET,的优点单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。,两类器件取长补短结合而成的复合器件,IGBT,结构：,IGBT,是以,GTR,为主功率元件，,MOSFET,为驱动元件的达林顿结构。,电气符号,:,E,全控型器件,48,绝缘栅双极晶体管IGBT,IGBT,的原理,驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，通断由栅射极电压,u,GE,决定。,导,通,：,u,GE,大于,开启电压,U,GE(,th,),时，,MOSFET,内形成沟道，为晶体管提供基极电流,，,IGBT,导通。,通态压降,：电导调制效应使电阻,R,N,减小，使通态压降减小。,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。,全控型器件,49,IGBT,的特性和参数特点可以总结如下,：,开关速度高，开关损耗小。,相同电压和电流定额时，安全工作区比,GTR,大，且 具有耐脉冲电流冲击能力。,通态压降比,VDMOSFET,低。,输入阻抗高，输入特性与,MOSFET,类似。,与,MOSFET,和,GTR,相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点 。,绝缘栅双极晶体管IGBT,返回,全控型器件,50,1.5 其他新型电力电子器件,MOS控制晶闸管MCT,静电感应晶体管SIT,静电感应晶闸管SITH,集成门极换流晶闸管IGCT,功率模块与功率集成电路,返回,其他电子器件,51,1.6 电力电子器件的驱动及保护,1）驱动电路,驱动电路,主电路与控制电路之间的接口,使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗。,对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。,一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。,驱动电路的基本任务,：,按控制目标的要求施加开通或关断的信号。,对半控型器件只需提供开通控制信号。,对全控型器件则既要提供开通控制信号,，,又要提供关断控制信号。,电力电子器件的驱动及保护,驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的,电气隔离,环节，一般采用光隔离或磁隔离。,光隔离一般采用光耦合器,磁隔离的元件通常是,脉冲变压器,52,2）晶闸管的触发电路,作用,：,产生符合要求的门极触发,脉冲,，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。,SCR,触发电路应满足下列要求,：,脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通。,触发脉冲应有足够的幅度。,不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。,有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。,触发脉冲应与主电路电源电压同步,，并能在一定范围内移相。,I,I,M,t,1,t,2,t,3,t,4,图1-26理想的晶闸管触发脉冲电流波形,t,1,t,2,脉冲前沿上升时间（U,CEX,U,CES,U,CER,U,CEO,2、电流参数,集电极最大允许电流I,CM,3、功耗参数,集电极最大耗散功率P,CM,；导通损耗P,ON,；开关损耗P,SW,；二次击穿功耗P,SB,。,1、电力晶体管GTR（巨型晶体管）,一、双极型器件,61,GTR的安全工作区,最高工作电压,集电极最大允许电流,最大耗散功率,二次击穿功耗,1、电力晶体管GTR（巨型晶体管）,一、双极型器件,62,2、可关断晶闸管GTO,A,K,G,耐压高、电流大,有,自关断,能力,频率高,可用门极正向触发信号使管子导通，又可向门极加负向触发信号使晶闸管关断。,四层三端器件。（与普通晶闸管同）,内部包含了数十至数百个共阳极的,GTO,元。,一、双极型器件,63,门极可关断晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而来。从结构上看通常它有三个极：阳极（A）、阴极（K）和门极（G）。其工作原理是：通过控制门极信号进行接通和关断晶闸管，其工作特点如下：,1.导通条件,在门极和阴极之间加一正向电压，即：G（）、K（），GTO导通。,2.关断条件,在门极和阴极之间加一反向电压， G（）、K（），GTO关断。,电路如图2-3所示,门极可关断晶闸管通断方便，是一种大功率无触点开关，它是逆变电路中的主要开关元件，广泛用在中小容量变频器中。但由于受到反向关断及工作频率的限制，门极可关断晶闸管正被新型的大功率晶体管GTR所取代，但是在大容量变频器，GTO以其工作电流大，耐压高的特性，仍得到普遍应用。,2、（门极）可关断晶闸管GTO,64,65,E,A,A,G,K,E,G,R,I,A,I,C1,I,C2,P,1,N,1,P,2,N,1,P,2,N,2,V,1,V,2,I,G,I,K,GTO关断过程等效电路,2、可关断晶闸管GTO,一、双极型器件,66,GTO开通和关断电流波形,2、可关断晶闸管GTO,一、双极型器件,1、最大可关断阳极电流I,ATO,2、电流关断增益,3、维持电流I,H,和擎住电流I,L,4、开通时间和关断时间,5、断态重复峰值电压U,DRM,、断态不重复峰值电压U,DSM,、反向重复峰值电压U,RRM,、反向不重复峰值电压U,RSM,。,67,3、静电感应晶闸管SITH,P,+,P,+,P,+,P,+,P,+,N,+,N,+,P,+,N,N,+,树脂,门极,阳极,阴极,一、双极型器件,68,A,K,G,A,K,G,A,K,3、静电感应晶闸管SITH,开关速度快，工作频率高,正向压降低,di/dt,耐量高,工作结温高,一、双极型器件,69,二、单极型器件-MOSFET、SIT,1、功率场效应晶体管,二、单极型器件,70,1、功率场效应晶体管,二、单极型器件,71,1、功率场效应晶体管,二、单极型器件,开启电压U,T,跨导G,fs,t,d(on),t,r,t,d(off),T,f,漏极电压U,DS,漏极直流电流I,D,和漏极脉冲电流幅值I,DM,栅源电压U,GS,开通时间t,on,和关断时间t,off,极间电容,72,二、单极型器件,2、静电感应晶体管SIT,输入阻抗高、输出功率大、失真小、开关特性好、热稳定性好。,工作频率与,MOSFET,相当。,应用于高频感应加热、雷达通信设备、超声波功率放大等。,73,三、复合型器件-IGBT、MCT、IGCT,1、绝缘栅双极型晶体管IGBT,三、复合型器件,74,IGBT是一种集大功率晶体管（GTR）和功率场效应晶体管（MOSFET）两者于一身的复合型器件，它有三个极分别是集电极（C），发射极（E）和栅极（G），如图2-5所示。输入阻抗很高，它既有MOS器件的工作速度快，驱动电路简单的特点，又具备了大功率晶体管的电流大，通态电压低的优点。,因为IGBT性能优良，所以它已全面取代,了功率晶体管而成为中小容量电力变流,装置中的主要器件，并广泛用于交流变,频调速，开关电源及其他设备中。随着,IGBT单管容量的不断提高，它已开始进,入中大容量的电力变流装置中。,75,I,C,I,C,U,GE,U,CE,0,0,U,GE(th),U,FM,U,GE(th),U,GE,增加,U,RM,正向阻断区,有源区,饱和区,反向阻断区,1、绝缘栅双极型晶体管IGBT,三、复合型器件,76,1、绝缘栅双极型晶体管IGBT,三、复合型器件,1、最大集射极间电压U,CES,2、集电极额定电流I,CN,3、集电极脉冲峰值电流I,CP,4、最大集电极功耗P,CN,77,A,K,G,OFF-FET,ON-FET,A,K,G,OFF-FET,ON-FET,2、MOS控制晶闸管MCT,三、复合型器件,78,三、复合型器件,igct,IGCT,是一种中压变频器开发的用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体开关器件(集成门极换流晶闸管=门极换流晶闸管+门极单元)。,1997年由ABB公司提出。IGCT使变流装置在功率、可靠性、开关速度、效率、成本、重量和体积等方面都取得了巨大进展，给电力电子成套装置带来了新的飞跃。IGCT是将GTO芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接，结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点，在导通阶段发挥晶闸管的性能，关断阶段呈现晶体管的特性。IGCT具有电流大、阻断电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、低导通损耗等特点，而且造成本低，成品率高，有很好的应用前景。 已用于电力系统电网装置（100MVA）和的中功率工业驱动装置（5MW）IGCT在中压变频器领域内成功的应用了11年的时间（到09年为止），由于IGCT的高速开关能力无需缓冲电路，因而所需的功率元件数目更少，运行的可靠性大大增高。,IGCT集IGBT（绝缘门极双极性晶体管）的高速开关特性和GTO（门极关断晶闸管）的高阻断电压和低导通损耗特性于一体，一般触发信号通过光纤传输到IGCT单元。在ACS6000的有缘整流单元的相模块里，每相模块由IGCT和二极管、钳位电容组成，由独立的门极供电单元GUSP为其提供能源。,3、集成门极换流晶闸管IGCT,(Intergrated Gate Commutated Thyristors),79,