電力電子器件ppt課件

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電力電子技術(shù),1,,2.5.3 靜電感應晶閘管SITH,2.5.1 MOS控制晶閘管MCT,2.5.2 靜電感應晶體管SIT,2.5.4 集成門極換流晶閘管IGCT,2.5.5 基于寬禁帶半導體材料的電力電子器件,3,■寬禁帶半導體材料,耐壓等級與導通電阻的矛盾,通流能力與開關(guān)速度的矛盾,5,■寬禁帶半導體材料 ◆禁帶寬度在3.0電子伏特左右及以上的半導體材料 ◆ 硅的禁帶寬度為1.12電子伏特（eV） ◆ 典型的是碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、金剛石等,6,■寬禁帶半導體材料的特點 ◆耐受高電壓、低通態(tài)電阻 ◆更好的導熱性能和熱穩(wěn)定性 ◆耐受更高的高溫和輻射,7,■寬禁帶半導體材料的特點 ◆SiC MOSFET的特點 ? 開通速度與IGBT和MOSFET差不多，但是反并聯(lián)二極管 恢復速度更快 ? 關(guān)斷過程沒有沒有少子存儲效應 ? 常閉型、電壓驅(qū)動型、驅(qū)動功率小,8,■ 結(jié)型場效應晶體管 ■ 多子導電，工作頻率與MOSFET相當，功率容量比MOSFET 大，適用于高頻大功率場合 ■ 不加柵極驅(qū)動時，SIT導通，加負偏壓時關(guān)斷，使用不方便 ■ 通態(tài)電阻大，還未得到廣泛應用,9,■ IGBT + GTO ■ IGCT（ Integrated Gate Commutated Thyristors ） ■由平板型GTO + 多個并聯(lián)MOSFET + 門極驅(qū)動電路組成 ■容量與普通GTO相當，開關(guān)速度比普通GTO快10倍 ■驅(qū)動功率仍然很大 ■ 通態(tài)電阻大，還未得到廣泛應用,10,■ SIT + GTO ■又稱為場控晶閘管（Field Controlled Thyristor——FCT） ■與GTO類似，開關(guān)速度比GTO高得多，是大容量的快速器件 ■驅(qū)動功率仍然很大 ■電流關(guān)斷增益較小，應用范圍還有待拓展,11,■ MOSFET + 晶閘管 ■ MCT（MOS Controlled Thyristor） ■結(jié)合MOSFET的高輸入阻抗、低驅(qū)動功率、快速開關(guān)和晶閘管 的高電壓大電流、低導通壓降的特點 ■關(guān)鍵技術(shù)問題沒有突破，未能投入實際應用,12,,2.5.3 靜電感應晶閘管SITH,2.5.1 MOS控制晶閘管MCT,2.5.2 靜電感應晶體管SIT,2.5.4 集成門極換流晶閘管IGCT,2.5.5 基于寬禁帶半導體材料的電力電子器件,13,■基本概念 ◆ 20世紀80年代，多個器件封裝在一個模塊成為趨勢 ◆可縮小裝置體積，降低成本，提高可靠性 ◆大大減小線路電感，簡化對保護和緩沖電路的要求 ◆將器件與邏輯、控制、保護、傳感、檢測、自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上，稱為功率集成電路（Power Integrated Circuit——PIC）,Datasheet,■實際應用電路 ◆高壓集成電路（High Voltage IC——HVIC） ?一般指橫向高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成 ◆智能功率集成電路（Smart Power IC——SPIC） ?一般指縱向功率器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成,,VDMOS,LDMOS,■實際應用電路 ◆高壓集成電路（High Voltage IC——HVIC） ?一般指橫向高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成,LDMOS,■實際應用電路 ◆高壓集成電路（High Voltage IC——HVIC） ?一般指橫向高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成 ◆智能功率集成電路（Smart Power IC——SPIC） ?一般指縱向功率器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成 ◆智能功率模塊（Intelligent Power Module——IPM） ?專指IGBT及其輔助器件與其保護和驅(qū)動電路的單片集成，也稱智能IGBT（Intelligent IGBT）。,Datasheet,■發(fā)展現(xiàn)狀 ◆主要技術(shù)難點：高低壓電路的絕緣問題以及溫升和散熱 ◆開發(fā)和研究主要在中小功率應用場合 ◆智能功率模塊最近幾年發(fā)展迅速，一定程度上回避了 上述兩個難點 ◆實現(xiàn)了電能和信息的集成，成為機電一體化的理想接口,電力電子器件分類“樹”,電力電子器件分類之一（載流子參與導電的情況） 單極型：電力MOSFET 雙極型：電力二極管、晶閘管、GTO、GTR 復合型：IGBT,電力電子器件分類之二 （驅(qū)動控制的情況） 電壓驅(qū)動型：單極型器件和復合型器件 特點：輸入阻抗高，所需驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單， 工作頻率高。 電流驅(qū)動型：雙極型器件 特點：具有電導調(diào)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(qū)動功率大,驅(qū)動電路較復雜,光控晶閘管：容量最大, 8kV / 3.5kA，裝置最高達300MVA GTO：兆瓦以上首選，制造水平6kV/6kA IGBT：兆瓦以下首選, 主體產(chǎn)品，第四代產(chǎn)品，制造水平2.5kV/1.8kA。仍在不斷發(fā)展，試圖在兆瓦以上取代GTO 電力MOSFET：長足進步，中小功率領(lǐng)域（低壓），地位牢固 SiC-MOSFET：前景廣闊，發(fā)展迅猛 功率模塊和功率集成電路是現(xiàn)在電力電子發(fā)展的一個共同趨勢,當前的應用格局:,