电力电子器件及其器件基础.doc

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1、1、半控型:SCR(晶闸管);2、全控型:(GTR巨型双极晶体管)GTO(门极可关断晶闸管)MOSFET(绝缘栅场效应晶体器);3、不可控型:功率二极管复按器件体内电子空穴与导电强度不同1.单极型:(只有一种载流子参与导电,多子)MOSFET,SIT(静电感应晶体管)2.双极型:SCR,GTR,SITH(静电感应晶闸管),GTO3.复合型:IGBT,MCT(MOS控制的晶闸管)驱动电路加载控制端与公共端信号性质不同电流控制型:SCR,GTR2.电压控制型:MOSFET,IG盯,MCTPN结特性:单向导电性,一切半导体器件工作原理的基础PN结击穿:1雪崩击穿:夕卜加

2、电场强度大;空间电荷区较宽;P+N(单边);反向偏压比较大;雪崩击穿电压随着轻掺杂区浓度变大而变/」2齐纳击穿:发生在重参杂PN结中;反向偏压未必很大;空间电荷区中的点阵原子直接被强电场电离,而不是借助于被电场加速的高能量载流子PN结击穿与穿通的不同:穿通和击穿都是反偏压超过一定限度时发生的反向电流急剧上升现象。不过,穿通是指空间电荷区随着反偏压的升高而展宽到与电极接通时发生的短路现象,而击穿是指空间电荷区的电场随着反偏压的升高而增强到某一临界值时,点阵原子的电离直接成为少数载流子的抽取源而使反向电流急剧上升的现象雪崩击穿:与强电场中半导体载流子的倍增效应有关。

3、齐纳击穿:空间电荷区中的点阵原子直接被强电场电离而不是借助于被电场加速的高能量载流子PN结的电导调制反应:PN结电容效应:势垒电容:Cb空间电荷区(正偏,反偏均存在)扩散电容:CdPN结正偏势垒电容:扩散电容:为了避免击穿影响的两种办法:台面磨角造型,加P型保护环为什么只有正斜角可以提高表触率(为什么只能用正斜角做二极管):表面空间电荷区变宽的是低掺杂区,展宽的幅度比高掺杂区收缩的幅度大,斜面上总的空间电荷区宽度明显增加,因而表面电场下降,使击穿首先在表面发生的可能性减小,从而得到提高反向阻断电压的效果,而负斜角展宽远远没有低掺杂区收缩的幅度大,因而斜面上总的空间

4、电荷区宽度明显减小,表面电场增强,显然硅功率二极管采用台面造型方式提高反向阻断电压时只能用正斜角SCR(晶闸管)结构:PNPN四层,四层三端器件,3个PN结(阳极A,阴极K,门级G);双稳在一个象限内有导通阻断两个稳定状态;外壳结构:螺栓型和压接型:内压接(靠弹簧垫圈,弹簧压接);外压接(靠外力压接)散热好卩小巴血掺杂浓度高,有效提供载流子;PNPzN巴N?N1掺杂浓度低且N1区比较宽,可以承受更高阻断电压;PN结击穿的直接原因:空间电荷区中因点阵原子的晶闸管定义:指那些具有3个以上的PN结z主电压电离而产生大量额外的电子和空穴电流特性至少在一个象限内具有导通阻断

5、两个稳定状态z且可在这两个稳定状态之间进行转换的半导体器件SCR开通条件:Uak>0且Ugk>0关断方式:1自然关断(流进器件电流逐渐减小到某值)2强制关断(阴阳级之间采用加反偏压方法)3施加负的门极信号进行门极关断触发:1门极触发:晶闸管是靠门极电流触发,而PNPN靠端电压触发2非门极触发:热触发,Du/Dt触发/光触发晶闸管导通的必要条件是使双晶体管的电流增益之和从小于1增大至等于或大于1门极触发电流IGD:表示在室温下,当阳极阴极间施加6V或12V电压时,能使器件导通所需要的最小门极直流电流门极触发电流IGD:表示在额定结温下z当器件端电压为断态重复峰值电压

6、Udrm时,保持器件不导通所允许施加的最大门极直流电流IL>IH的原因:晶闸管导通首先发生在门极附近的一维局部导通,然后由局部导通区横向扩展到整个阴极面全面导通。因此擎住电流不仅要维持两个晶体管的正反馈作用”还要为导通区的横向扩展提供足够的载流子,而维持电流是均匀分布在整个阴极结结面上的电流,它的作用仅仅是维持两个晶体管正反馈所需的最小电流du/dt耐压量当门级开路,阳极■阴极间施加迅速上升的电压时,器件有可能在比它的正向转折电压低得多的电压下导通,所以对每一个晶闸管而言,也有一个承受du/dt的能力,这就是器件的du/dt耐量,它表示承受阳极电压上升速率的极限值

7、,如果电路上的du/dt值超过器件所允许的du/dt极限值,则晶闸管就会误导通而失去阻断能力提高晶闸管du/dt耐压量:1采用短路发射极结构2在晶闸管的门极和阴极间接入电阻3在门极加负偏压的方法逆导晶闸管(RCT)是将一个晶闸管和一个二极管反并联集成在同一硅片上而构成的组合型器件改善措施:器件角度:采用隔离结构,把晶闸管和二极管区分开,减小相互影响和作用。电路角度:串接一个快速饱和电抗器,限制电路中流过二极管的电流在电流过零处的下降率和同时加在期间上的电压上升率发射极电流聚边效应(基区电阻自偏压效应):指大功率晶体管的正向基极电流在基区横向电阻Rb±产生压降使得发

8、射结上的正

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