第1章电路运行条件对电力电子器件性能的影响课件.ppt
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1、第1章电路运行条件对电力电子器件性能的影响1.1概述1.4绝缘栅晶体管(IGBT)1.1概述1.1.1决定电力电子器件实际效能的主要因素1.1.2电力电子器件的分类1.1.1决定电力电子器件实际效能的主要因素 所有电力电子器件在其装置中的实际效能取决于两方所有电力电子器件在其装置中的实际效能取决于两方面:一是电力电子器件的设计和制作面:一是电力电子器件的设计和制作(参数设计、结构安排、参数设计、结构安排、材料性能、工艺水平和散热能力等材料性能、工艺水平和散热能力等);二是器件所在电路的;二是器件所在电路的运行条件运行条件(电路结构、负载性质、控制信号、开关频率、环电路结构、负载性质、控制信号、
2、开关频率、环境温度和冷却条件等境温度和冷却条件等)。前一个因素属于器件的设计制作,。前一个因素属于器件的设计制作,后一个因素则与器件的选择和使用有关。后一个因素则与器件的选择和使用有关。半控型器件(如半控型器件(如SCRSCR)通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。全控型器件(如全控型器件(如GTRGTR、GTOGTO、IGBTIGBT、Power Power MOSFET)MOSFET)通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断,又称自关断器件。不可控器件不可控器件(Power Diode)(Power Diode)不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。1.1.2 电力电子
3、器件的分类电力电子器件的分类按器件受控程度可分为以下三类:按器件受控程度可分为以下三类:电流驱动型(如电流驱动型(如GTRGTR、SCRSCR、GTOGTO)通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。电压驱动型(如电压驱动型(如IGBTIGBT、Power MOSFETPower MOSFET )仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。1.1.2 电力电子器件的分类电力电子器件的分类 按驱动信号的性质可分为以下二类:按驱动信号的性质可分为以下二类:单极型器件(如单极型器件(如Power MOSFETPower MOSFET)由一种载流子参与导电的器件
4、。双极型器件(如双极型器件(如GTOGTO、GTRGTR、SCRSCR、SBD)SBD)由电子和空穴两种载流子参与导电的器件。复合型器件复合型器件(如如IGBT)IGBT)由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件。1.1.2 电力电子器件的分类电力电子器件的分类按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况电的情况可分为以下三类:可分为以下三类:典型电力电子器件的输出容量、工作频率及主要应用领域典型电力电子器件的输出容量、工作频率及主要应用领域 晶闸管晶闸管(SCRSilicon Controlled RectifierSCRSilicon Contro
5、lled Rectifier)KP200-5 KP200-5,表示该元件,表示该元件额定电流为额定电流为200A200A,额定电,额定电压为压为500V500V的普通晶闸管。的普通晶闸管。)(121CBO2CBO1G2AIIII常用晶闸管的结构螺栓型晶闸管晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构晶闸管晶闸管(SCRSilicon Controlled RectifierSCRSilicon Controlled Rectifier)门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管(GTO GTO Gate-Turn-Off Thyristor Gate-Turn-Off Thyristor)GTOGTO通过门极关断的
6、原因通过门极关断的原因设计设计 2 2较大,使晶体管较大,使晶体管V V2 2控制灵敏,易于门极关断。控制灵敏,易于门极关断。导通时导通时 1 1+2 2更接近更接近1 1,导通时接近临界饱和,有利门极,导通时接近临界饱和,有利门极控制关断,但导通时管压降增大。控制关断,但导通时管压降增大。多元集成结构,使得多元集成结构,使得P P2 2基区横向电阻很小,能从门极抽基区横向电阻很小,能从门极抽出较大电流出较大电流。电力晶体管(电力晶体管(GTR GTR Giant TransistorGiant Transistor)基本原理与普通双极结型晶体管相同。基本原理与普通双极结型晶体管相同。主要特性
7、:导通内阻低、阻断电压高、输入阻抗低、主要特性:导通内阻低、阻断电压高、输入阻抗低、开关频率低。开关频率低。通常采用达林顿接法组成单元结构。通常采用达林顿接法组成单元结构。功率场效应晶体管功率场效应晶体管(Power MOSFETPower MOSFET)N+GSDP沟道b)N+N-SGDPPN+N+N+沟道a)GSDN沟道图1-19导电机理与小功率导电机理与小功率MOSMOS管相同。管相同。主要特性:导通压降高、开关容量低、输入阻抗高、主要特性:导通压降高、开关容量低、输入阻抗高、开关频率高。开关频率高。小功率小功率MOSMOS管采用管采用横向导电横向导电结构,电力结构,电力MOSFETMO
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