电力电子应用技术莫正康版主编

电力电子应用技术上海交通大学莫正康主编,第三版。第四章课件

第四章 全控型电力电子器件第一节 电力晶体管 第二节 可关断晶闸管 第三节 功率场效应晶体管 第四节 绝缘栅双极晶体管

第五节 电力电子器件的缓冲电路第六节 其它新型电力电子器件

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典型全控型器件 门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。 20世纪80年代以来，信息电子技术与电力电子 技术在各自发展的基础上相结合——高频化、全 控型、采用集成电路制造工艺的电力电子器件， 从而将电力电子技术又带入了一个崭新时代。 典型代表——门极可关断晶闸管、电力晶体管、 电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。

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第一节 电力晶体管(GTR)

术语用法： 电力晶体管(Giant Transistor——GTR,直译为 巨型晶体管) 耐 高 电 压 、 大 电 流 的 双 极 结 型 晶 体 管 ( Bipolar Junction Transistor——BJT),英文有时候也称 为Power BJT。 在电力电子技术的范围内，GTR与BJT这两个名称 等效。

应用 20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸 管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代。

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GTR的结构与工作原理 一. GTR的结构和工作原理

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与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的。 主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。 通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元 结构。

采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成 。

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在应用中，GTR一般采用共发射极接法。 集电极电流ic与基极电流ib之比为ic ib ——GTR的电流放大系数，反映了基极电流对 集电极电流的控制能力

产品说明书中通常给直流电流增益hFE—— 在直流工作情况下集电极电流与基极电流之 比。一般可认为 hFE 。 单管GTR的 值比小功率的晶体管小得多， 通常为10左右，采用达林顿接法可有效增大 电流增益。

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饱和区

二. GTR的基本特性1、 静态特性 共发射极接法时的典型 输出特性：截止区、放 大区和饱和区。 在电力电子电路中GTR 工作在开关状态，即工 作在截止区或饱和区

Ic

放大区 ib3 ib2 ib1 ib1<ib2<ib3 Uce 图1-16

截止区 O

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2、 动态特性 开通过程

ib 90%Ib1 10%Ib1 0

Ib1

延 迟 时 间 td 和 上 升 时 间 tr , 二 者 之和为开通时间 ton。

t Ib2 ton toff Ics ts tf

ic 90%Ics 10%Ics 0

td t r

t0 t1

t2 图1-17

t3

t4

t5

t

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关断过程 储存时间ts 和下降 时间tf ,二者之和 为关断时间toff 。 GTR 的 开 关 时 间 在几微秒以内， 比 晶 闸 管 和 GTO 都短很多 。

ib 90%Ib1 10%Ib1 0

Ib1

t Ib2 ton toff Ics ts tf

ic 90%Ics 10%Ics 0

td t r

t0 t1

t2 图1-17

t3

t4

t5

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三、GTR的主要参数前已述及：电流放大倍数 、直流电流增益hFE、集射极间 漏

电流Iceo、集射极间饱和压降Uces、开通时间ton和关断时间

toff 此外还有：1、 最高工作电压 UM GTR上电压超过规定值时会发生击穿 击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接 法有关。 BUcbo> BUcex> BUces> BUcer> Buceo 实际使用时，最高电压UM取(1/2~1/3)BUceo。

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2、 集电极最大允许电流IcM 通常规定为hFE下降到规定值的1/2~1/3时所对应的Ic

实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半。3、集电极最大耗散功率PcM

最高工作温度下允许的耗散功率 产品说明书中给PcM时同时给出壳温TC,间接表示了最高工

作温度 。

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第二节 可关断晶闸管门极可关断晶闸管简称GTO,是一种通过门极来控制器件导通和关

断的电力半导体器件。可以通过在门极施加正的脉冲电流使其导通，负的脉冲电流使其关断 目前GTO的生产水平已达到6000V、6000A,频率为1kHz。其研

制水平可达到9000V、8000A。一、GTO的结构与工作原理 GTO结构原理与普通晶闸管相似，为PNPN四层三端半导体器件。

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二、GTO的主要特性 1.阳极伏安特性 逆阻型GTO的阳极伏安特性它与普通晶闸管的伏安特性极其相似，

目UDRM和URRM等术语的含义也相同。

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2.通态压降特性 …… 此处隐藏：473字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……