典型全控型电力电子器件.ppt

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1、《电力电子技术》全控型电力电子器件学习目标1.掌握GT0、GTR、功率MOSFET、IGBT四种常见全控型电力电子器件的工作原理、特性、主要参数、驱动电路及使用中应注意的问题。2.熟悉常见全控型电力电子器件各自特点以及适用场合。3.了解新型电力电子器件的概况。《电力电子技术》第一节门极可关断晶闸管(GTO)一、GTO的结构与工作原理1．基本结构a)芯片的实际图形b)GTO结构的纵断面c)GTO结构的纵断面d)图形符号图4-1GTO的内部结构和电气图形符号《电力电子技术》GTO的外形图《电力电子技术》2．工

2、作原理图4-2GTO的工作原理电路当图中开关S置于“1”时，IG是正向触发电流，控制GTO导通；S置于“2”时，则门极加反向电流，控制GTO关断。《电力电子技术》二、GTO的特性与主要参数1．GTO的开关特性图4-3GTO在开通和关断过程中电流的波形《电力电子技术》2．GTO的主要参数GTO的基本参数与普通晶闸管大多相同。1)反向重复峰值电压URRM：①不规定URRM值。②URRM值很低。③URRM略低于UDRM。④URRM=UDRM。⑤URRM略大于UDRM。2）最大可关断阳极电流IATO：GTO的最大

3、阳极电流受发热和饱和深度两个因素限制。阳极电流过大，内部晶体管饱和深度加深，使门极关断失效。所以GTO必须规定一个最大可关断阳极电流，也就是GTO的铭牌电流。3）关断增益βoff最大可关断阳极电流IATO与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益βoff。即《电力电子技术》三、GTO的驱动与保护1．GTO门极驱动电路对门极驱动电路的要求：1）正向触发电流iG。由于GTO是多元集成结构，为了使内部并联的GTO元开通一致性好，故要求GTO门极正向驱动电流的前沿必须有足够的幅度和陡度，正脉冲的后沿陡度应平

4、缓。2）反向关断电流﹣iG。为了缩短关断时间与减少关断损耗，要求关断门极电流前沿尽可能陡，而且持续时间要超过GTO的尾部时间。还要求关断门极电流脉冲的后沿陡度应尽量小。图4-4较为理想的门极电压和电流波形《电力电子技术》2．GTO的驱动电路a)b)图4-5GTO门极驱动电路a)小容量GTO门极驱动电路b)较大容量GTO桥式门极驱动电路《电力电子技术》3．GTO的保护电路a)b)c)d)图4-6GTO的阻容缓冲电路图4-6为GTO的阻容缓冲电路。图4-6a只能用于小电流；图4-6b加在GTO上的初始电压上升

5、率大，因而在GTO电路中不推荐；图4-6c与图4-6d是较大容量GTO电路中常见的缓冲器，其二极管尽量使用速度快的，并使接线短，从而使缓冲器电容效果更显著。《电力电子技术》第二节电力晶体管(GTR)一、电力晶体管的结构与工作原理1．电力晶体管的结构a)b)图4-7NPN型电力晶体管的内部结构及电气图形符号a)内部结构b)电气图形符号电力晶体管的外形图《电力电子技术》《电力电子技术》2．工作原理在电力电子技术中，GTR主要工作在开关状态。晶体管通常连接成共发射极电路，GTR通常工作在正偏(Ib＞0)时大电流

6、导通；反偏(Ib＜0)时处于截止状态。因此，给GTR的基吸施加幅度足够大的脉冲驱动信号，它将工作于导通和截止的开关状态。《电力电子技术》二、电力晶体管的特性与主要参数1.GTR的基本特性(1)静态特性共发射极接法时，GTR的典型输出特性如图4-8所示，可分为三个工作区：①截止区。在截止区内，iB≤0，uBE≤0，uBC＜0，集电极只有漏电流流过。②放大区。iB＞0，uBE＞0，uBC＜0，iC=βiB。③饱和区。，uBE＞0，uBC＞0，iCS是集电极饱和电流，其值由外电路决定。《电力电子技术》(2)动态

7、特性图4-8GTR共发射极接法的输出特性图4-9GTR开关特性《电力电子技术》2．GTR的参数(1)最高工作电压①BUCBO：射极开路时，集-基极间的反向击穿电压。②BUCEO：基极开路时，集-射极之间的击穿电压。③BUCER：GTR的射极和基极之间接有电阻R。④BUCES：发射极和基极短路，集-射极之间的击穿电压。⑤BUCEX：发射结反向偏置时，集-射极之间的击穿电压。其中BUCBO>BUCES>BUCES>BUCER>BUCEO，实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比BUCEO低得多。(2)集电极最

8、大允许电流ICM(3)集电极最大允许耗散功率PCM(4)最高工作结温TJM《电力电子技术》3．二次击穿和安全工作区(1)二次击穿二次击穿是由于集电极电压升高到一定值(未达到极限值)时，发生雪崩效应造成的。一般情况下，只要功耗不超过极限，GTR是可以承受的，但是在实际使用中，会出现负阻效应，使iE进一步剧增。由于GTR结面的缺陷、结构参数的不均匀，使局部电流密度剧增，形成恶性循环，使GTR损坏。(2)安全工作区以直流极限参数IC