電力電子技術 第2章 電力電子器件

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1、第第2章章 電力電子器件電力電子器件 2.1 2.1 電力電子器件概述電力電子器件概述 2.2 2.2 不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管 2.3 2.3 半控型器件半控型器件晶閘管晶閘管 2.4 2.4 典型全控型器件典型全控型器件 本章小結本章小結 2.1 2.1 電力電子器件概述電力電子器件概述 2.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征 2.1.2 應用電力電子器件的系統(tǒng)組成應用電力電子器件的系統(tǒng)組成 2.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類2.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念電力電子器件的概念 電力電子器件（電

2、力電子器件（Power Electronic Device）是是指可直接用于處理電能的指可直接用于處理電能的主電路主電路中，實現(xiàn)電能的中，實現(xiàn)電能的變換或控制的變換或控制的電子器件電子器件。廣義上電力電子器件可分為電真空器件和廣義上電力電子器件可分為電真空器件和半導體器件兩類，目前往往專指電力半導體器件。半導體器件兩類，目前往往專指電力半導體器件。2.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征電力電子器件的特征電力電子器件的特征 所能處理所能處理電功率電功率的大?。雌涑惺茈妷汉碗娏鞯拇笮。雌涑惺茈妷汉碗娏鞯哪芰Γ?，是其最重要的參數(shù)。的能力），是其最重要的參數(shù)。一般都工作在一般

3、都工作在開關狀態(tài)開關狀態(tài)。由信息電子電路來控制由信息電子電路來控制,而且需要而且需要驅動電路驅動電路。自身的自身的功率損耗功率損耗通常仍遠大于信息電子器件，通常仍遠大于信息電子器件，在其工作時一般都需要安裝在其工作時一般都需要安裝散熱器散熱器。2.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征通態(tài)損耗通態(tài)損耗是電力電子器件功率損耗的主要成因。是電力電子器件功率損耗的主要成因。當器件的開關頻率較高時，當器件的開關頻率較高時，開關損耗開關損耗會隨之增會隨之增大而可能成為器件功率損耗的主要因素。大而可能成為器件功率損耗的主要因素。通態(tài)損耗通態(tài)損耗斷態(tài)損耗斷態(tài)損耗開關損耗開關損耗開通損耗開通

4、損耗關斷損耗關斷損耗電力電子器件的功率損耗電力電子器件的功率損耗主電路（主電路（Main circuit）控制電路（控制電路（Control circuit）驅動電路（驅動電路（Drive circuit）檢測電路（檢測電路（Detection circuit）保護電路（保護電路（Protection circuit）2.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征2.1.2 應用電力電子器件的系統(tǒng)組成應用電力電子器件的系統(tǒng)組成電力電子器件在實際應用中，一般是由電力電子器件在實際應用中，一般是由控制電路控制電路、驅動驅動電路電路和以電力電子器件為核心的和以電力電子器件為核心的主電路

5、主電路組成一個系統(tǒng)。組成一個系統(tǒng)。電氣隔離電氣隔離圖圖2-1 電力電子器件在實際應用中的系統(tǒng)組成電力電子器件在實際應用中的系統(tǒng)組成2.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類按照能夠被控制電路信號所控制的程度按照能夠被控制電路信號所控制的程度 半控型器件半控型器件 通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷，通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷，器器件的關斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定件的關斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。（的。（晶閘管（晶閘管（Thyristor）全控型器件全控型器件 通過控制信號既可以控制其導通，又可以控制其關斷。通過控制信號既可以控制其

6、導通，又可以控制其關斷。（IGBT和和Power MOSFET）不可控器件不可控器件 不能用控制信號來控制其通斷。（不能用控制信號來控制其通斷。（電力二極管電力二極管（Power Diode）2.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類按照驅動信號的性質按照驅動信號的性質 電流驅動型電流驅動型 通過從控制端注入或者抽出通過從控制端注入或者抽出電流電流來實現(xiàn)導通或者關斷的控制。來實現(xiàn)導通或者關斷的控制。電壓驅動型電壓驅動型 僅通過在控制端和公共端之間施加一定的僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓電壓信號就可實現(xiàn)信號就可實現(xiàn)導通或者關斷的控制。導通或者關斷的控制。按照驅動信號的波形（電力二

7、極管除外按照驅動信號的波形（電力二極管除外）脈沖觸發(fā)型脈沖觸發(fā)型 通過在控制端施加一個電壓或電流的通過在控制端施加一個電壓或電流的脈沖脈沖信號來實現(xiàn)器件的信號來實現(xiàn)器件的開通或者關斷的控制。開通或者關斷的控制。電平控制型電平控制型 必須通過必須通過持續(xù)持續(xù)在控制端和公共端之間施加一定電平的電壓或在控制端和公共端之間施加一定電平的電壓或電流信號來使器件開通并電流信號來使器件開通并維持維持在導通狀態(tài)或者關斷并維持在阻斷在導通狀態(tài)或者關斷并維持在阻斷狀態(tài)。狀態(tài)。2.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類按照載流子參與導電的情況按照載流子參與導電的情況 單極型器件單極型器件 由一種由一種載流子載

8、流子參與導電。參與導電。雙極型器件雙極型器件 由由電子電子和和空穴空穴兩種載流子參與導電。兩種載流子參與導電。復合型器件復合型器件 由單極型器件和雙極型器件集成混合而成，由單極型器件和雙極型器件集成混合而成，也稱混合型器件。也稱混合型器件。2.2 不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管 2.2.1 PN結與電力二極管的工作原理結與電力二極管的工作原理 2.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性 2.2.3 電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù) 2.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型2.2 不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管引言引言電力二極管（電力二極管（Po

9、wer Diode）自自20世紀世紀50年代初期就獲得年代初期就獲得應用，但其結構和原理簡單，工作可靠，直到現(xiàn)在電力二應用，但其結構和原理簡單，工作可靠，直到現(xiàn)在電力二極管仍然大量應用于許多電氣設備當中。極管仍然大量應用于許多電氣設備當中。在采用全控型器件的電路中電力二極管往往是不可缺少在采用全控型器件的電路中電力二極管往往是不可缺少的，特別是開通和關斷速度很快的的，特別是開通和關斷速度很快的快恢復二極管快恢復二極管和和肖特基肖特基二極管二極管，具有不可替代的地位。，具有不可替代的地位。整流二極管及模塊整流二極管及模塊AKAKa)IKAPNJb)c)AK2.2.1 PN結與電力二極管的工作原理

10、結與電力二極管的工作原理電力二極管是以半電力二極管是以半導體導體PN結結為基礎的為基礎的,實際上是由一個面積實際上是由一個面積較大的較大的PN結結和和兩端引兩端引線線以及以及封裝封裝組成的。組成的。從外形上看，可以有從外形上看，可以有螺栓型螺栓型、平板型平板型等多等多種封裝。種封裝。圖圖2-2 電力二極管的外形、結構和電氣圖形符號電力二極管的外形、結構和電氣圖形符號 a)外形外形 b)基本結構基本結構 c)電氣圖形符號電氣圖形符號2.2.1 PN結與電力二極管的工作原理結與電力二極管的工作原理螺栓型及平板型電力二極管螺栓型及平板型電力二極管在在4族元素本征半導體硅族元素本征半導體硅中摻入中摻入

11、5族元素族元素(砷、磷砷、磷)。在在4族元素本征半導體硅族元素本征半導體硅中摻入中摻入3族元素族元素(硼、鋁硼、鋁)。N型半導體型半導體P型半導體型半導體5個價電子中的個價電子中的4個與相個與相鄰的硅原子組成共價鍵鄰的硅原子組成共價鍵后，還多余一個。后，還多余一個。3個價電子與相鄰的硅原個價電子與相鄰的硅原子組成共價鍵，因缺少子組成共價鍵，因缺少一個價電子，在晶體中一個價電子，在晶體中產(chǎn)生一個空穴。產(chǎn)生一個空穴。2.2.1 PN結與電力二極管的工作原理結與電力二極管的工作原理半導體半導體PN結的形成結的形成2.2.1 PN結與電力二極管的工作原理結與電力二極管的工作原理擴散運動擴散運動漂移運動

12、漂移運動擴散運動擴散運動阻擋層阻擋層勢壘層勢壘層PN結結半導體半導體PN結結2.2.1 PN結與電力二極管的工作原理結與電力二極管的工作原理帶正電帶正電帶負電帶負電漂移運動漂移運動擴散運動擴散運動0，VGK 0，Ig0），形成正反饋，），形成正反饋，晶閘管迅速斷晶閘管迅速斷通。通。2.3.1 晶閘管的結構與工作原理晶閘管的結構與工作原理2.3.1 晶閘管的結構與工作原理晶閘管的結構與工作原理圖圖2-8 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 a)雙晶體管模型雙晶體管模型 b)工作原理工作原理 晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理 按照晶體管工作原理，按照晶體管工作原理，可

13、列出如下方程：可列出如下方程：111CBOAcIII222CBOKcIIIGAKIII21ccAIII（2-2）（2-1）（2-3）（2-4）式中式中 1和和 2分別是晶體管分別是晶體管V1和和V2的共基極電流增益；的共基極電流增益；ICBO1和和ICBO2分別是分別是V1和和V2的的共基極漏電流共基極漏電流。阻斷阻斷：IG=0，1、2很小。流過很小。流過SCR的電的電流約等于漏電流；流約等于漏電流；開通開通：足夠的足夠的IG使發(fā)射極電流增大，使使發(fā)射極電流增大，使 1+21，IA ，飽和導通，飽和導通。IA實際由外電路決定；實際由外電路決定；半控：半控：從關斷到導通后從關斷到導通后,1+2趨

14、近于趨近于1，IG=0，仍有正反饋，維持導通；，仍有正反饋，維持導通；當當IAIG1 IG 正向轉正向轉折電壓折電壓Ubo正向導通雪崩擊穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM+2.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性反向特性反向特性 其伏安特性類似其伏安特性類似二極管二極管的的反向特性。反向特性。晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)時，只有極小的時，只有極小的反向漏電流反向漏電流通通過。過。當反向電壓超過一定限度，當反向電壓超過一定限度，到到反向擊穿電壓反向擊穿電壓后，外電路如后，外電路如無限制措施，則反向漏電流急無限制措施，則反向

15、漏電流急劇增大，導致晶閘管發(fā)熱損壞。劇增大，導致晶閘管發(fā)熱損壞。圖圖2-9 晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性 IG2IG1IG正向導通雪崩擊穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM+2.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性動態(tài)特性動態(tài)特性 開通過程開通過程 由于晶閘管內(nèi)部的由于晶閘管內(nèi)部的正反正反饋過程饋過程需要時間，再加上需要時間，再加上外外電路電感電路電感的限制，晶閘管受的限制，晶閘管受到觸發(fā)后，其陽極電流的增到觸發(fā)后，其陽極電流的增長不可能是長不可能是瞬時瞬時的。的。延遲時間延遲時間td(0.51.5 s)上升時間上升時間tr (0.5

16、3 s)開通時間開通時間tgt=td+tr 延遲時間隨延遲時間隨門極電流門極電流的的增大而減小增大而減小,上升時間除反映上升時間除反映晶閘管本身特性外，還受晶閘管本身特性外，還受外外電路電感電路電感的嚴重影響。提高的嚴重影響。提高陽極電壓陽極電壓,延遲時間和上升時延遲時間和上升時間都可顯著縮短。間都可顯著縮短。圖圖2-10 晶閘管的開通和關斷過程波形晶閘管的開通和關斷過程波形陽極電流穩(wěn)陽極電流穩(wěn)態(tài)值的態(tài)值的90%100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA陽極電流穩(wěn)陽極電流穩(wěn)態(tài)值的態(tài)值的10%2.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性關斷過程關斷過程 由于由于外電

17、路電感外電路電感的存在，原處的存在，原處于導通狀態(tài)的晶閘管當外加電壓突于導通狀態(tài)的晶閘管當外加電壓突然由正向變?yōu)榉聪驎r，其陽極電流然由正向變?yōu)榉聪驎r，其陽極電流在衰減時必然也是有過渡過程的。在衰減時必然也是有過渡過程的。反向阻斷恢復時間反向阻斷恢復時間trr 正向阻斷恢復時間正向阻斷恢復時間tgr 關斷時間關斷時間tq=trr+tgr 關斷時間約幾百微秒。關斷時間約幾百微秒。在在正向阻斷恢復時間正向阻斷恢復時間內(nèi)如果重內(nèi)如果重新對晶閘管施加新對晶閘管施加正向電壓正向電壓，晶閘管，晶閘管會重新正向導通，而不是受門極電會重新正向導通，而不是受門極電流控制而導通。流控制而導通。圖圖2-10 晶閘管的

18、開通和關斷過程波形晶閘管的開通和關斷過程波形100%反向恢復反向恢復電流最大電流最大值值尖峰電壓尖峰電壓90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA2.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)電壓定額電壓定額 斷態(tài)重復峰值電壓斷態(tài)重復峰值電壓UDRM 是在門極斷路而結溫為額定值時，允許是在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復重復加在器件上的加在器件上的正向正向 峰值電壓峰值電壓（見圖（見圖2-9）。）。國標規(guī)定斷態(tài)重復峰值電壓國標規(guī)定斷態(tài)重復峰值電壓UDRM為斷態(tài)不重復峰值電壓（即為斷態(tài)不重復峰值電壓（即 斷態(tài)最大瞬時電壓）斷態(tài)最大瞬時電壓）UDSM的的90%。斷態(tài)不重復峰值

19、電壓應低于斷態(tài)不重復峰值電壓應低于正向轉折電壓正向轉折電壓Ubo。反向重復峰值電壓反向重復峰值電壓URRM 是在門極斷路而結溫為額定值時，允許是在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復重復加在器件上的加在器件上的反向反向 峰值電壓峰值電壓（見圖（見圖2-9）。）。規(guī)定反向重復峰值電壓規(guī)定反向重復峰值電壓URRM為反向不重復峰值電壓（即反向為反向不重復峰值電壓（即反向 最大瞬態(tài)電壓）最大瞬態(tài)電壓）URSM的的90%。反向不重復峰值電壓應低于反向不重復峰值電壓應低于反向擊穿電壓反向擊穿電壓。2.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) 通態(tài)（峰值）電壓通態(tài)（峰值）電壓UT 晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定

20、通態(tài)平均電流時的瞬態(tài)峰值電晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時的瞬態(tài)峰值電 壓。壓。一般為1.52.0V，且隨陽極電流的增加略微增加。通常取晶閘管的通常取晶閘管的UDRM和和URRM中較小的標值作為該器件的中較小的標值作為該器件的額定電壓額定電壓。選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓23倍倍。正向導通雪崩擊穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM+2.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)電流定額電流定額 通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流 IT(AV）國標規(guī)定通態(tài)平均電流為晶

21、閘管在環(huán)境溫度為國標規(guī)定通態(tài)平均電流為晶閘管在環(huán)境溫度為40 C和規(guī)定的和規(guī)定的冷冷 卻狀態(tài)卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結溫不超過額定結溫時所允許流過的最大工頻正弦半下，穩(wěn)定結溫不超過額定結溫時所允許流過的最大工頻正弦半 波電流的平均值。波電流的平均值。按照正向電流造成的器件本身的通態(tài)損耗的按照正向電流造成的器件本身的通態(tài)損耗的發(fā)熱效應發(fā)熱效應來定義的。來定義的。一般取其通態(tài)平均電流為按發(fā)熱效應相等（即有效值相等）的一般取其通態(tài)平均電流為按發(fā)熱效應相等（即有效值相等）的 原則所得計算結果的原則所得計算結果的1.52倍。倍。01sin()2TavmIItdtmI201sin()2TmIItdt2mITfTav

22、IKI平均電流平均電流有效值電流有效值電流波形系數(shù)波形系數(shù)21.57mmII2.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)維持電流維持電流IH 維持電流是指使晶閘管維持導通所必需的維持電流是指使晶閘管維持導通所必需的最小最小電流，電流，一般為幾十到幾百毫安。一般為幾十到幾百毫安。結溫結溫越高，則越高，則IH越小。越小?？梢岳斫鉃榫чl管已處于通態(tài)時，如果其正向電流下降到小于IH時，由于1+2的減小，晶閘管將由于其內(nèi)部正反饋作用的減弱而自動從通態(tài)轉變?yōu)閿鄳B(tài)。擎住電流擎住電流 IL 擎住電流是晶閘管剛從斷態(tài)轉入通態(tài)并移除觸發(fā)信號擎住電流是晶閘管剛從斷態(tài)轉入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導通所需的后，能維

23、持導通所需的最小最小電流。電流。約為約為IH的的24倍倍 浪涌電流浪涌電流ITSM 指由于電路異常情況引起的并使結溫超過額定結溫的指由于電路異常情況引起的并使結溫超過額定結溫的不重復性不重復性最大正向過載電流最大正向過載電流。2.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)動態(tài)參數(shù)動態(tài)參數(shù) 開通時間開通時間tgt和關斷時間和關斷時間tq 斷態(tài)電壓臨界上升率斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt 在額定結溫和門極開路條件下，使晶閘管保持斷態(tài)所能承受的最大電壓上升率。電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導通管誤導通 。通態(tài)電流臨界上升率通態(tài)電流臨界上升率d

24、i/dt 在規(guī)定條件下，晶閘管用門極觸發(fā)導通時，晶閘管能夠承受而不致?lián)p壞的通態(tài)電流最大上升率。如果電流上升太快，可能造成局部過熱而使晶閘管如果電流上升太快，可能造成局部過熱而使晶閘管損壞。損壞。2.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件快速晶閘管（快速晶閘管（Fast Switching ThyristorFST）有有快速晶閘管快速晶閘管和和高頻晶閘管高頻晶閘管?？焖倬чl管的快速晶閘管的開關時間開關時間以及以及du/dt和和di/dt的耐量都有了的耐量都有了明顯改善。明顯改善。從從關斷時間關斷時間來看，普通晶閘管一般為來看，普通晶閘管一般為數(shù)百數(shù)百微秒，快速微秒，快速晶閘管為晶閘管為數(shù)十數(shù)十

25、微秒，而高頻晶閘管則為微秒，而高頻晶閘管則為10 s左右。左右。高頻晶閘管的不足在于其高頻晶閘管的不足在于其電壓電壓和和電流電流定額都不易做高。定額都不易做高。由于工作頻率較高，選擇快速晶閘管和高頻晶閘管的由于工作頻率較高，選擇快速晶閘管和高頻晶閘管的通態(tài)平均電流時不能忽略其通態(tài)平均電流時不能忽略其開關損耗開關損耗的發(fā)熱效應。的發(fā)熱效應。2.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件雙向晶閘管（雙向晶閘管（Triode AC SwitchTRIAC或或Bidirectional triode thyristor）可以認為是一對可以認為是一對反并聯(lián)聯(lián)接反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成的普通晶閘管的集成

26、。門極使器件在主電極的正反兩方向均可觸發(fā)導通，在第門極使器件在主電極的正反兩方向均可觸發(fā)導通，在第和第和第III象限有象限有對稱的伏安特性對稱的伏安特性。雙向晶閘管通常用在交流電路中，因此不用平均值而用雙向晶閘管通常用在交流電路中，因此不用平均值而用有效值有效值來表示其來表示其額定電流值。額定電流值。圖圖2-11 雙向晶閘管的電氣圖形雙向晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性符號和伏安特性a)電氣圖形符號電氣圖形符號 b)伏安特性伏安特性 2.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件a)b)UOIIG=0逆導晶閘管（逆導晶閘管（Reverse Conducting ThyristorRCT）是將是將晶

27、閘管反并聯(lián)一個晶閘管反并聯(lián)一個二極管二極管制作在同一管芯上制作在同一管芯上的功率集成器件，不具有的功率集成器件，不具有承受承受反向電壓反向電壓的能力，一的能力，一旦承受反向電壓即開通。旦承受反向電壓即開通。具有正向壓降小、關斷具有正向壓降小、關斷時間短、高溫特性好、額時間短、高溫特性好、額定結溫高等優(yōu)點，可用于定結溫高等優(yōu)點，可用于不需要阻斷反向電壓的電不需要阻斷反向電壓的電路中。路中。圖圖2-12 逆導晶閘管的電氣圖形符號逆導晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性和伏安特性 a)電氣圖形符號電氣圖形符號 b)伏安特性伏安特性 2.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件AGKa)AK光強度強弱b)O

28、UIA光控晶閘管（光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT）是利用一定波長的是利用一定波長的光光照信號照信號觸發(fā)導通的晶閘管。觸發(fā)導通的晶閘管。由于采用光觸發(fā)保證由于采用光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間了主電路與控制電路之間的的絕緣絕緣，而且可以避免電，而且可以避免電磁干擾的影響，因此光控磁干擾的影響，因此光控晶閘管目前在晶閘管目前在高壓大功率高壓大功率的場合的場合。圖圖2-13 光控晶閘管的電氣圖形符光控晶閘管的電氣圖形符 號和伏安特性號和伏安特性 a)電氣圖形符號電氣圖形符號 b)伏安特性伏安特性 2.4 典型全控型器件典型全控型器件 2.4.1 門極可關斷晶閘

29、管門極可關斷晶閘管 2.4.2 電力晶體管電力晶體管 2.4.3 電力場效應晶體管電力場效應晶體管 2.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管 本章小結本章小結2.4 典型全控型器件典型全控型器件引言引言門極可關斷晶閘管在晶閘管問世后不久出現(xiàn)。門極可關斷晶閘管在晶閘管問世后不久出現(xiàn)。20世紀世紀80年代以來，電力電子技術進入了一個年代以來，電力電子技術進入了一個嶄新時代。嶄新時代。典型代表典型代表門極可關斷晶閘管、電力晶體管、門極可關斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應晶體管、絕緣柵雙極晶體管。電力場效應晶體管、絕緣柵雙極晶體管。電力電力MOSFETIGBT單管及模塊單管及模塊2.4.1 門極可

30、關斷晶閘管門極可關斷晶閘管晶閘管的一種派生器件，晶閘管的一種派生器件，但可以通過在門極施加負但可以通過在門極施加負的脈沖電流使其關斷，因的脈沖電流使其關斷，因而屬于而屬于全控型器件全控型器件。GTO的結構和工作原理的結構和工作原理 GTO的結構的結構 PNPN四層半導體結構四層半導體結構。是一種是一種多元的功率集多元的功率集成器件成器件，雖然外部同樣引，雖然外部同樣引出個極，但內(nèi)部則包含數(shù)出個極，但內(nèi)部則包含數(shù)十個甚至數(shù)百個共陽極的十個甚至數(shù)百個共陽極的小小GTO元元，這些，這些GTO元的元的陰極陰極和和門極門極則在器件內(nèi)部則在器件內(nèi)部并聯(lián)并聯(lián)在一起。在一起。圖圖2-14 GTO的內(nèi)部結構和電

31、氣圖形符號的內(nèi)部結構和電氣圖形符號a)各單元的陰極、門極間隔排列的圖形各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b)并聯(lián)單元結構斷面示意圖并聯(lián)單元結構斷面示意圖 c)電氣圖形符號電氣圖形符號 2.4.1 門極可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管 圖圖2-8 晶閘管的雙晶體管模型晶閘管的雙晶體管模型 及其工作原理及其工作原理 a)雙晶體管模型雙晶體管模型 b)工作原理工作原理GTO的工作原理的工作原理 V1、V2的共基極電流增益分別是的共基極電流增益分別是 1、2。1+2=1是器件是器件臨界導通的條件臨界導通的條件，大于大于1導通，小于導通，小于1則關斷。則關斷。GTO與普通晶閘管的不同與普通晶閘管的不同 設計

32、設計 2較大，使晶體管較大，使晶體管V2控制靈敏，控制靈敏，易于易于GTO關斷。關斷。導通時導通時 1+2更接近更接近1，導通時接近，導通時接近臨界飽和臨界飽和，有利門極控制關斷，但導通，有利門極控制關斷，但導通時管時管壓降壓降增大。增大。多元集成結構，使得多元集成結構，使得P2基區(qū)基區(qū)橫向電橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。阻很小，能從門極抽出較大電流。2.4.1 門極可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管GTO的導通過程與普通晶閘管是一樣的，有同的導通過程與普通晶閘管是一樣的，有同樣的正反饋過程，只不過導通時樣的正反饋過程，只不過導通時飽和程度飽和程度較淺。較淺。而關斷時，給門極加負脈沖，即從門極

33、抽出電流，而關斷時，給門極加負脈沖，即從門極抽出電流，也形成強烈的正反饋，當兩個晶體管發(fā)射極電流也形成強烈的正反饋，當兩個晶體管發(fā)射極電流IA和和IK的減小使的減小使 1+21時，器件退出時，器件退出飽和飽和而關而關斷。斷。GTO的的多元集成結構多元集成結構使得其比普通晶閘管使得其比普通晶閘管開通開通過程過程更快，承受更快，承受di/dt的能力增強。的能力增強。2.4.1 門極可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管GTO的動態(tài)特性的動態(tài)特性 開通過程與普通晶閘管類似。開通過程與普通晶閘管類似。延遲時間延遲時間td和上升時間和上升時間tr。關斷過程關斷過程 儲存時間儲存時間ts 下降時間下降時間tf 尾部

34、時間尾部時間tt 通常通常tf比比ts小得多，而小得多，而tt比比ts要長。要長。門極負脈沖電流門極負脈沖電流幅值幅值越大，越大，前沿前沿越陡，越陡，ts就越短。使門極就越短。使門極負脈沖的負脈沖的后沿后沿緩慢衰減，在緩慢衰減，在tt階段仍能保持適當?shù)碾A段仍能保持適當?shù)呢撾妷贺撾妷?，則可以縮短則可以縮短尾部時間尾部時間。圖圖2-15 GTO的開通和關斷過程電流波形的開通和關斷過程電流波形 Ot0tiGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6抽取飽和導通時抽取飽和導通時儲存的大量載流儲存的大量載流子的時間子的時間等效晶體管從飽等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū)，和區(qū)

35、退至放大區(qū)，陽極電流逐漸減陽極電流逐漸減小時間小時間 殘存殘存載流載流子復子復合所合所需時需時間間 2.4.1 門極可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管GTO的主要參數(shù)的主要參數(shù) GTO的許多參數(shù)都和普通晶閘管相應的參數(shù)意義相同。的許多參數(shù)都和普通晶閘管相應的參數(shù)意義相同。最大可關斷陽極電流最大可關斷陽極電流IATO 用來標稱用來標稱GTO額定電流額定電流。電流關斷增益電流關斷增益 off 最大可關斷陽極電流最大可關斷陽極電流IATO與門極負脈沖電流最大值與門極負脈沖電流最大值IGM之比。之比。off一般很小，只有一般很小，只有5左右，這是左右，這是GTO的一個主要缺點。的一個主要缺點。開通時間開通時

36、間ton 延遲延遲時間與時間與上升上升時間之和。時間之和。延遲時間一般約延遲時間一般約12 s，上升時間則隨，上升時間則隨通態(tài)陽極電流值通態(tài)陽極電流值的增大而的增大而 增大。增大。關斷時間關斷時間toff 一般指一般指儲存儲存時間和時間和下降下降時間之和，而不包括時間之和，而不包括尾部尾部時間。時間。儲存時間隨儲存時間隨陽極電流陽極電流的增大而增大，下降時間一般小于的增大而增大，下降時間一般小于2 s。不少不少GTO都制造成都制造成逆導型逆導型，類似于逆導晶閘管。當需要承受反向電，類似于逆導晶閘管。當需要承受反向電壓時，應和壓時，應和電力二極管電力二極管串聯(lián)使用。串聯(lián)使用。2.4.2 電力晶體

37、管電力晶體管電力晶體管（電力晶體管（Giant TransistorGTR）按英文直譯為巨型晶體管，是一種耐高電壓、按英文直譯為巨型晶體管，是一種耐高電壓、大電流的大電流的雙極結型晶體管（雙極結型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT）GTR的結構和工作原理的結構和工作原理 與普通的雙極結型晶體管基本原理是一與普通的雙極結型晶體管基本原理是一樣的。樣的。最主要的特性是最主要的特性是耐壓高耐壓高、電流大電流大、開關開關特性好。特性好。GTR的結構的結構 采用至少由兩個晶體管按采用至少由兩個晶體管按達林頓接法達林頓接法組成的單元結構，組成的單元結構，并采用集成電路工藝

38、將許多這種單元并采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)并聯(lián)而成。而成。GTR是由是由三層半導體三層半導體（分別引出集電極、基極和發(fā)射（分別引出集電極、基極和發(fā)射極）形成的兩個極）形成的兩個PN結（集電結和發(fā)射結）構成，多采用結（集電結和發(fā)射結）構成，多采用NPN結構。結構。2.4.2 電力晶體管電力晶體管圖圖2-16 GTR的結構、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動的結構、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動a)內(nèi)部結構斷面示意圖內(nèi)部結構斷面示意圖 b)電氣圖形符號電氣圖形符號 c)內(nèi)部載流子的流動內(nèi)部載流子的流動+表示高表示高摻雜濃摻雜濃度，度，-表表示低摻示低摻雜濃度雜濃度 NPN結構結構2.4.2 電

39、力晶體管電力晶體管Iiiceobc空穴流電子流c)EbEcibic=ibie=(1+ib圖圖2-16 c)內(nèi)部載流子的流動內(nèi)部載流子的流動 iibc在應用中，在應用中，GTR一般采用共發(fā)射極接一般采用共發(fā)射極接法。集電極電流法。集電極電流ic與基極電流與基極電流ib之比為之比為 稱為稱為GTR的的電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)，它反映，它反映了基極電流對集電極電流的控制能力。了基極電流對集電極電流的控制能力。當考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流當考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流Iceo時，時，ic和和ib的關系為的關系為 單管單管GTR的的 值比處理信息用的小功值比處理信息用的小功率晶體管小得多，通常為率

40、晶體管小得多，通常為10左右，采用左右，采用達林頓接法達林頓接法可以有效地增大電流增益?？梢杂行У卦龃箅娏髟鲆?。(2-9)(2-10)2.4.2 電力晶體管電力晶體管GTR的基本特性的基本特性 靜態(tài)特性靜態(tài)特性 在在共發(fā)射極共發(fā)射極接法時的典接法時的典 型輸出特性分為型輸出特性分為截止區(qū)截止區(qū)、放放 大區(qū)大區(qū)和和飽和區(qū)飽和區(qū)三個區(qū)域。三個區(qū)域。在電力電子電路中，在電力電子電路中，GTR工作在工作在開關狀態(tài)開關狀態(tài)，即工，即工 作在作在截止區(qū)截止區(qū)或或飽和區(qū)飽和區(qū)。在開關過程中，即在截在開關過程中，即在截 止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，一般要經(jīng)過一般要經(jīng)過放大區(qū)放大區(qū)。截止區(qū)放

41、大區(qū)飽和區(qū)OIcib3ib2ib1ib1ib220V將導致絕緣層將導致絕緣層擊穿。擊穿。極間電容極間電容 CGS、CGD和和CDS。漏源間的漏源間的耐壓耐壓、漏極最大允許、漏極最大允許電流電流和最大和最大耗散功率耗散功率決決定了電力定了電力MOSFET的安全工作區(qū)。的安全工作區(qū)。GSDfsddUIGP-MOSFET 與與 BJT（GTR）的性能對比的性能對比是否可控驅動信號額定電壓額定電流工作頻率飽和壓降 BJT全控正電流較大中小P-MOSFET全控正電壓較小高大2.4.3 電力場效應晶體管電力場效應晶體管2.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管GTR和和GTO是雙極型電流驅動器件，由于具

42、有是雙極型電流驅動器件，由于具有電導調制效應，其通流能力很強，但開關速度較電導調制效應，其通流能力很強，但開關速度較低，所需驅動功率大，驅動電路復雜。而電力低，所需驅動功率大，驅動電路復雜。而電力MOSFET是單極型電壓驅動器件，開關速度快，是單極型電壓驅動器件，開關速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅動功率小而且驅輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅動功率小而且驅動電路簡單。動電路簡單。絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolar TransistorIGBT或或IGT）綜合了綜合了GTR和和MOSFET的優(yōu)點，因而具有良好的特性。的優(yōu)點，因而具有良好的特性。P

43、-MOSFETIGBT2.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管2.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT的結構和工作原理的結構和工作原理 IGBT的結構的結構 是三端器件，具有是三端器件，具有柵極柵極G、集電極集電極C和和發(fā)射極發(fā)射極E。由由N溝道溝道VDMOSFET與與雙雙 極型晶體管極型晶體管組合而成的組合而成的IGBT，比比VDMOSFET多一層多一層P+注入注入 區(qū)，實現(xiàn)對漂移區(qū)電導率進行調區(qū)，實現(xiàn)對漂移區(qū)電導率進行調 制，使得制，使得IGBT具有很強的具有很強的通流通流 能力。能力。簡化等效電路表明，簡化等效電路表明，IGBT 是用是用GTR與與MOSFET組成的組成的

44、達達 林頓林頓結構，相當于一個由結構，相當于一個由 MOSFET驅動的厚基區(qū)驅動的厚基區(qū)PNP晶晶 體管。體管。圖圖2-23 IGBT的結構、簡化等效電路和電氣圖形符號的結構、簡化等效電路和電氣圖形符號a)內(nèi)部結構斷面示意圖內(nèi)部結構斷面示意圖 b)簡化等效電路簡化等效電路 c)電氣圖形符號電氣圖形符號RN為晶體為晶體管基區(qū)內(nèi)的管基區(qū)內(nèi)的調制電阻。調制電阻。2.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT的工作原理的工作原理 IGBT的驅動原理與電力的驅動原理與電力MOSFET基本相同，是一種基本相同，是一種場場控控器件。器件。其開通和關斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓其開通和關斷是由柵極和發(fā)射極

45、間的電壓UGE決定的。決定的。當當UGE為正且大于開啟電壓為正且大于開啟電壓UGE(th)時，時，MOSFET內(nèi)形成內(nèi)形成溝道，并為晶體管提供基極電流進而使溝道，并為晶體管提供基極電流進而使IGBT導通。導通。當柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號時，當柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使得得IGBT關斷。關斷。電導調制效應電導調制效應使得電阻使得電阻RN減小，這樣高耐壓的減小，這樣高耐壓的IGBT也也具有很小的具有很小的通態(tài)壓降通態(tài)壓降。2.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT的基本特

46、性的基本特性 靜態(tài)特性靜態(tài)特性 轉移特性轉移特性 描述的是集電極電流描述的是集電極電流 IC與柵射電壓與柵射電壓UGE之間的之間的 關系。關系。開啟電壓開啟電壓UGE(th)是是 IGBT能實現(xiàn)電導調制而能實現(xiàn)電導調制而 導通的最低柵射電壓，隨導通的最低柵射電壓，隨 溫度溫度升高而略有下降。升高而略有下降。（a）圖圖2-24 IGBT的轉的轉移特性和輸出特性移特性和輸出特性 a)轉移特性轉移特性 2.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管輸出特性（伏安特性）輸出特性（伏安特性）描述的是以柵射電壓描述的是以柵射電壓為參考變量時，集電極電為參考變量時，集電極電流流IC與集射極間電壓與集射極間電壓

47、UCE之間的關系。之間的關系。分為三個區(qū)域：分為三個區(qū)域：正向正向阻斷區(qū)阻斷區(qū)、有源區(qū)有源區(qū)和和飽和區(qū)飽和區(qū)。當當UCE0時，時，IGBT為為反向阻斷工作狀態(tài)。反向阻斷工作狀態(tài)。在電力電子電路中，在電力電子電路中，IGBT工作在工作在開關狀態(tài)開關狀態(tài)，因而是在因而是在正向阻斷區(qū)正向阻斷區(qū)和和飽飽和區(qū)和區(qū)之間來回轉換。之間來回轉換。圖圖2-24 IGBT的轉移特性的轉移特性和輸出特性和輸出特性 b)輸出特性輸出特性圖圖2-17 共發(fā)射極接法時共發(fā)射極接法時GTR 輸出特性輸出特性2.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管動態(tài)特性動態(tài)特性 開通過程開通過程 開通延遲時間開通延遲時間td(on)電

48、流上升時間電流上升時間tr 電壓下降時間電壓下降時間tfv 開通時間開通時間ton=td(on)+tr+tfv tfv分為分為tfv1和和tfv2兩段。兩段。關斷過程關斷過程 關斷延遲時間關斷延遲時間td(off)電壓上升時間電壓上升時間trv 電流下降時間電流下降時間tfi 關斷時間關斷時間toff=td(off)+trv+tfi tfi分為分為tfi1和和tfi2兩段兩段 引入了少子儲存現(xiàn)象，因而引入了少子儲存現(xiàn)象，因而IGBT的開關速度要低于電力的開關速度要低于電力MOSFET。圖圖2-25 IGBT的開關過程的開關過程MOSFET單單獨工作獨工作MOSFET和和PNP晶體管同時工作晶體

49、管同時工作MOSFET關關斷斷PNP關斷關斷2.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT的主要參數(shù)的主要參數(shù) 前面提到的各參數(shù)。前面提到的各參數(shù)。最大集射極間電壓最大集射極間電壓UCES 由器件內(nèi)部的由器件內(nèi)部的PNP晶體管所能承受的擊穿電晶體管所能承受的擊穿電壓所確定的。壓所確定的。最大集電極電流最大集電極電流 包括額定直流電流包括額定直流電流IC和和1ms脈寬最大電流脈寬最大電流ICP。最大集電極功耗最大集電極功耗PCM 在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。2.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT的特性和參數(shù)特點可以總結如下：的特性和

50、參數(shù)特點可以總結如下：開關速度開關速度高，高，開關損耗開關損耗小。小。在相同電壓和電流定額的情況下，在相同電壓和電流定額的情況下，IGBT的的安安全工作區(qū)全工作區(qū)比比GTR大，而且具有耐脈沖電流沖擊的大，而且具有耐脈沖電流沖擊的能力。能力。通態(tài)壓降通態(tài)壓降比比VDMOSFET低，特別是在電流較低，特別是在電流較大的區(qū)域。大的區(qū)域。輸入阻抗輸入阻抗高，其輸入特性與電力高，其輸入特性與電力MOSFET類類似。似。與電力與電力MOSFET和和GTR相比，相比，IGBT的的耐壓耐壓和和通流能力通流能力還可以進一步提高，同時保持還可以進一步提高，同時保持開關頻率開關頻率高高的特點。的特點。l寄生晶閘管等

51、效電路寄生晶閘管等效電路導通時，導通時，Ic過大，使寄生晶體管導通，成為晶閘管狀態(tài)；過大，使寄生晶體管導通，成為晶閘管狀態(tài)；關斷時，集射極電壓上升過快，電容充電電流大，也可能關斷時，集射極電壓上升過快，電容充電電流大，也可能晶閘管狀態(tài)出現(xiàn)。晶閘管狀態(tài)出現(xiàn)。P+N-P晶體管N-PN+晶體管2.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管G GC CE EV Vg gV VR RR Rd ds sR RbrbrT T2 2T T1 1I IC CA AB BR Rg g什么是擎住效應（自鎖效應）：什么是擎住效應（自鎖效應）：集電極電流集電極電流iC過大過大（靜態(tài)擎住效應）（靜態(tài)擎住效應）集電極電壓過高

52、集電極電壓過高（動態(tài)擎住效應）（動態(tài)擎住效應）關斷速度過快；關斷速度過快；溫度升高溫度升高q Rbr（體區(qū)短路電阻）上的電壓過大，可使（體區(qū)短路電阻）上的電壓過大，可使T2導通，使導通，使IGBT失去關斷能力。失去關斷能力。產(chǎn)生擎住效應的原因：產(chǎn)生擎住效應的原因：2.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管動態(tài)擎住效應比靜態(tài)擎住效應所允許的集動態(tài)擎住效應比靜態(tài)擎住效應所允許的集電極電流還要小，因此所允許的最大集電電極電流還要小，因此所允許的最大集電極電流實際上是根據(jù)極電流實際上是根據(jù)動態(tài)擎住效應動態(tài)擎住效應而確定而確定的。的。2.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管 IGBT的安全工作區(qū)的

53、安全工作區(qū) 正向偏置正向偏置安全工作區(qū)（安全工作區(qū)（Forward Biased Safe Operating AreaFBSOA）根據(jù)最大集電極電流、最大集射極間電壓和根據(jù)最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大集電極功耗確定。最大集電極功耗確定。反向偏置反向偏置安全工作區(qū)（安全工作區(qū)（Reverse Biased Safe Operating AreaRBSOA）根據(jù)最大集電極電流、最大集射極間電壓和根據(jù)最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率最大允許電壓上升率dUCE/dt。IGBT的主要特點的主要特點 電壓控制開通和關斷，控制功率小；電壓控制開通和關斷，控制功率??；雙極性導電

54、，開關速度介于雙極性導電，開關速度介于MOSFET和和BJT之間；之間；電壓電流耐量介于電壓電流耐量介于BJT和和GTO之間；之間；無二次擊穿現(xiàn)象，有擎住效應；無二次擊穿現(xiàn)象，有擎住效應；最近二十年，最近二十年，IGBT已得到廣泛應用，已得到廣泛應用，3.3KV-4.5KV/1200-1800A的器件已開始使用。的器件已開始使用。2.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管本章小結本章小結將各種主要電力電子器件的基本結構、工作原理、基本將各種主要電力電子器件的基本結構、工作原理、基本特性和主要參數(shù)等問題作了全面的介紹。特性和主要參數(shù)等問題作了全面的介紹。電力電子器件歸類電力電子器件歸類 按照器

55、件內(nèi)部按照器件內(nèi)部電子電子和和空穴空穴兩種載流子參與導電的情況兩種載流子參與導電的情況 單極型單極型：肖特基二極管、：肖特基二極管、電力電力MOSFET和和SIT等。等。雙極型雙極型：基于：基于PN結的電結的電 力二極管、晶閘管、力二極管、晶閘管、GTO和和 GTR等。等。復合型復合型：IGBT等。等。圖圖2-26 電力電子器件分類電力電子器件分類“樹樹”本章小結本章小結按驅動類型按驅動類型 電壓電壓驅動型器件驅動型器件 單極型器件和復合型器件。單極型器件和復合型器件。共同特點是：輸入阻抗高，所需驅動功率小，驅動電路簡單，工共同特點是：輸入阻抗高，所需驅動功率小，驅動電路簡單，工作頻率高。作頻

56、率高。電流電流驅動型器件驅動型器件 雙極型器件。雙極型器件。共同特點是：具有電導調制效應，因而通態(tài)壓降低，導通損耗小，共同特點是：具有電導調制效應，因而通態(tài)壓降低，導通損耗小，但工作頻率較低，所需驅動功率大，驅動電路也比較復雜。但工作頻率較低，所需驅動功率大，驅動電路也比較復雜。按控制信號的波形按控制信號的波形 電平電平控制型器件控制型器件 電壓驅動型器件和部分電流驅動型器件（如電壓驅動型器件和部分電流驅動型器件（如GTR）脈沖脈沖觸發(fā)型器件觸發(fā)型器件 部分電流驅動型器件（如晶閘管和部分電流驅動型器件（如晶閘管和GTO）本章要點本章要點掌握電力電子器件的概念和特征、電力電子器件的工作方式及損耗

57、的分類；了解電力電子裝置的基本構成；按照器件的可控性能、驅動方式以及參與載流子類型等方面進行分類。掌握電力二極管的結構及工作原理；了解二極管的反向恢復特性、主要參數(shù)、分類及應用場合；掌握基于有效值相等原則的電力二極管額定電流的設計方法。了解晶閘管的結構，采用雙晶體管模型分析晶閘管導通及關斷條件；了解晶閘管的靜、動態(tài)特性、主要參數(shù)、分類及應用場合；掌握有效值相等原則的晶閘管額定電流的設計方法。了解GTO的關斷原理、與晶閘管結構的差異；掌握MOSFET、IGBT結構、工作原理及主要特性和參數(shù)；掌握上述全控行器件優(yōu)缺點及應用場合的對比。N溝道結構溝道結構N溝道符號溝道符號P溝道符號溝道符號耗盡型耗盡型外加外加PN結反向電壓控制場效應晶體結反向電壓控制場效應晶體管柵源之間管柵源之間PN結結耗盡層寬度耗盡層寬度變化變化來控制溝道電導，稱之為來控制溝道電導，稱之為結型結型。2.4.3 電力場效應晶體管電力場效應晶體管DrainGateSourceP溝道符號溝道符號N溝道符號溝道符號N溝道結構溝道結構耗盡型耗盡型由于柵極由于柵極G與其余兩個電極之間是絕與其余兩個電極之間是絕緣的，外加柵、源級之間的電場控制緣的，外加柵、源級之間的電場控制半導體中半導體中感應電荷量的變化感應電荷量的變化控制溝道控制溝道電導，因此稱之為絕緣柵型。電導，因此稱之為絕緣柵型。2.4.3 電力場效應晶體管電力場效應晶體管