電力電子器件-第3講.ppt

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(1-1),1.4典型全控型器件,門極可關(guān)斷晶閘管——在晶閘管問(wèn)世后不久出現(xiàn)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，電力電子技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新時(shí)代。典型代表——門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管。,0引言,(1-2),常用的典型全控型器件,電力MOSFET,IGBT單管及模塊,(1-3),1門極可關(guān)斷晶閘管,晶閘管的一種派生器件?？梢酝ㄟ^(guò)在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷。是電流控制型器件，因而在關(guān)斷時(shí)需要很大的反向驅(qū)動(dòng)電流；通態(tài)壓降大、du/dt及di/dt耐量低，需要龐大的吸收電路。GTO容量最大、工作頻率最低(1～2kHz)。電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，因而在兆瓦級(jí)以上的大功率場(chǎng)合仍有較多的應(yīng)用。目前，GTO雖然在低于2000V的某些領(lǐng)域內(nèi)已被GTR和IGBT等所替代，但它在大功率電力牽引中有明顯優(yōu)勢(shì)；它也必將在高壓領(lǐng)域占有一席之地。,門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-OffThyristor—GTO）,(1-4),GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)a)各單元的陰極、門極間隔排列的圖形b)并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖c)電氣圖形符號(hào),GTO的結(jié)構(gòu),與普通晶閘管的相同點(diǎn)：PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽(yáng)極、陰極和門極。和普通晶閘管的不同點(diǎn)：GTO是一種多元的功率集成器件。,(1-5),正向?qū)ㄟ^(guò)程和晶閘管類似。設(shè)計(jì)?2較大，使晶體管V2控制靈敏，易于關(guān)斷。3導(dǎo)通時(shí)?1+?2更接近1，導(dǎo)通時(shí)接近臨界飽和，有利門極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時(shí)管壓降增大。普通晶閘管（?1+?2≈1.15）GTO（略大于1）臨界飽和利于門級(jí)負(fù)脈沖關(guān)斷，但導(dǎo)通時(shí)管壓降增大。4對(duì)門級(jí)加入負(fù)關(guān)斷脈沖，形成-Ig，相當(dāng)于抽出Ic1電流，形成正反饋，最后?1+?2BUcex>BUces>BUcer>Buceo。實(shí)際使用時(shí)，最高工作電壓要比BUceo低得多。,BJT的主要參數(shù),(1-18),實(shí)際使用時(shí)要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一點(diǎn)。3)集電極最大耗散功率PcM最高工作溫度下允許的耗散功率。產(chǎn)品說(shuō)明書中給PcM時(shí)同時(shí)給出殼溫TC，間接表示了最高工作溫度。,2)集電極最大允許電流IcM,(1-19),（4）BJT的電流放大倍數(shù)β值β定義為晶體管的集電極電流變化率和基極電流變化率之比。（5）BJT的反向電流BJT的反向電流會(huì)消耗一部分電源能量，會(huì)影響管子的穩(wěn)定性。常希望反向電流盡可能小。有ICBO、ICEO和IEBO。（6）最大允許結(jié)溫TJM雙極型功率晶體管結(jié)溫過(guò)高時(shí)將導(dǎo)致熱擊穿而燒毀。是晶體管能正常工作的最高允許結(jié)溫。,(1-20),BJT的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū),（1）BJT的二次擊穿現(xiàn)象(重要）二次擊穿是大功率晶體管損壞的主要原因，是影響晶體管變流裝置可靠性的一個(gè)重要因素。一次擊穿集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，Ic迅速增大，出現(xiàn)雪崩擊穿；只要Ic不超過(guò)限度，GTR一般不會(huì)損壞，工作特性也不變。二次擊穿一次擊穿發(fā)生時(shí)Ic增大到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)會(huì)突然急劇上升，并伴隨電壓的陡然下降常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變,(1-21),PN結(jié)的反向擊穿熱電擊穿，隧道擊穿（齊納擊穿），雪崩擊穿二次擊穿一次擊穿發(fā)生時(shí)，如果繼續(xù)增高外接電壓，則Ic繼續(xù)增大，當(dāng)達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，Uce會(huì)突然降低至一個(gè)小值，同時(shí)導(dǎo)致Ic急劇上升，這種現(xiàn)象稱為二次擊穿；開(kāi)始發(fā)生二次擊穿的電壓（USB）和電流（ISB）稱為二次擊穿的臨界電壓和臨界電流，其乘積為PSB稱為二次擊穿的臨界功率。二次擊穿的持續(xù)時(shí)間很短，一般在納秒至微秒范圍，常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞。必需避免。通常認(rèn)為，在出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)時(shí)，電流會(huì)急劇向發(fā)射區(qū)的局部地方集中，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)局部溫度升高，引起局部區(qū)域電流密度更加增大的惡性循環(huán)反應(yīng)，直至燒毀硅材料。把不同下發(fā)生二次擊穿的臨界點(diǎn)連接起來(lái)就二次擊穿臨界線，PSB越大，二次擊穿越不容易發(fā)生。,(1-22),二次擊穿的幾個(gè)特點(diǎn)二次擊穿的延遲時(shí)間相差很大，長(zhǎng)可到100ms，短可能瞬時(shí)B到E是瞬時(shí)的，不穩(wěn)定的，不可逆的E點(diǎn)的電壓是二次擊穿的維持電壓，一般為10~15V二次擊穿的原因局部過(guò)熱,(1-23),（2）BJT的安全工作區(qū)正向偏置安全工作區(qū)反向偏置安全工作區(qū),BJT的正向偏置安全工作區(qū),BJT反向偏置安全工作區(qū),