电力电子器件-典型全控型器件课件

,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,*,电力电子技术,(Power Electronics),电力电子器件,武汉科技大学信息科学与工程学院,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,*,*,第,2,章 电力电子器件,2024/9/22,1,第一节 电力电子器件概述,第二节 不可控器件,电力二极管,第三节 半控型器件,晶闸管,第四节,典型全控型器件,第五节 其他新型电力电子器件,第六节 功率集成电路与集成电力电子模块,本章小结及作业,2024/9/22,2,2.4,典型全控型器件,2.4.1,门极可关断晶闸管,2.4.2,电力晶体管,2.4.3,电力场效应晶体管,2.4.4,绝缘栅双极晶体管,2024/9/22,3,20,世纪,80,年代以来，信息电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合,高频化、全控型、采用集成电路制造工艺的电力电子器件,，,从而将电力电子技术又带入了一个崭新时代,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,门极可关断晶闸管,在晶闸管问世后不久出现,2.4,典型全控型器件,2024/9/22,4,2.4.1,门极可关断晶闸管,门极可关断晶闸管（,Gate-Turn-Off Thyristor, GTO,）,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,;,GTO,的电压、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,兆瓦以上首选，制造水平,6kA/6kV,。,2024/9/22,5,1,、,GTO,的结构,GTO,为四层,PNPN,结构、三端引出线（,A,、,K,、,G,）的器件。和晶闸管不同的是：,GTO,内部是由许多四层结构的,小晶闸管,并联而成，,这些小晶闸管的门极和阴极并联在一起，成为,GTO,元,，而普通晶闸管是独立元件结构。下图是,GTO,的结构示意图、等效电路和电气符号。,G,K,G,K,G,N,2,N,1,N,2,P,2,P,1,A,2024/9/22,6,2,、,GTO,的工作原理,（,1,）开通过程,GTO,也可等效成两个晶体管,P,1,N,1,P,2,和,N,1,P,2,N,2,互连，,GTO,与晶闸管最大区别就是导通后回路增益,1,+,2,数值不同,，其中,1,和,2,分别为,P,1,N,1,P,2,和,N,1,P,2,N,2,的共基极电流放大倍数。晶闸管的回路增益,1,+,2,常为,1.15,左右，而,GTO,的,1,+,2,非常接近,1,。因而,GTO,处于,临界饱和状态,。这为门极负脉冲关断阳极电流提供有利条件。,2024/9/22,7,（,2,）关断过程,当,GTO,已处于导通状态时，对门极加负的关断脉冲，形成负的,I,G,，,相当于将,I,C1,的电流抽出,，使晶体管,N,1,P,2,N,2,的基极电流减小，使,I,C2,和,I,K,随之减小，,I,C2,减小又使,I,A,和,I,C1,减小，这是一个,正反馈,过程。当,I,C2,和,I,C1,的减小使,1,+,2,1,时，等效晶体管,N,1,P,2,N,2,和,P,1,N,1,P,2,退出饱和,，,GTO,不满足维持导通条件，阳极电流下降到零而关断。,2024/9/22,8,由于,GTO,处于,临界饱和,状态，用,抽走阳极电流,的方法破坏临界饱和状态，能使器件关断。而晶闸管导通之后，处于,深度饱和,状态，用抽走阳极电流的方法不能使其关断。,正常工作时处于：,临界饱和状态,9,GTO,能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下,区别,：,设计,2,较大，使,晶体管,V,2,控 制灵敏,，易于,GTO,关断。,导通时,1,+,2,更接近,1,，,导通时接近临界饱和,，有利于门极控制关断，但导通时管压降增大。,多元集成结构,，使得,GTO,比晶阐管开通更快，承受能,d,i,/d,t,能力更强。,2024/9/22,10,GTO,的关断特性,GTO,的关断过程有三个不同的时间，即存储时间,t,s,、下降时间,t,f,及尾部时间,t,t,。,存储时间,t,s,：对应着从关断过程开始，到阳极电流开始下降到,90%,I,A,为止的一段时间间隔。,下降时间,t,f,：对应着阳极电流迅速下降，,阳极电压不断上升,和,门极反电压开始建立,的过程。,尾部时间,t,t,：则是指从阳极电流降到极小值时开始，直到最终达到维持电流为止的时间。,2024/9/22,11,开通过程,：,与普通晶闸管相同,(,t,d,+,t,r,),关断过程,：,与普通晶闸管有所不同,储存时间,t,s,，使等效晶体管退出饱和。,下降时间,t,f,，,退至放大区，,i,A,减小,尾部时间,t,t,残存载流子复合。,通常,t,f,t,s,20V,将导致绝缘层击穿,极间电容,三极间分别存在极间电容,C,GS,、,C,GD,和,C,DS,2024/9/22,42,End,43,