第四讲全控型电力电子器件VIP免费

第1页共14页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共14页第四讲全控型电力电子器件4.1概述门极可关断晶闸管(Gate-Turn-OffThyristor—GTO)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(GiantTransistor——GTR)、电力场效应晶体管(PowerMOSFET)、绝缘栅双极晶体管(Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT)。4.2门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristor—GTO）门极可关断晶闸管是晶闸管的一种派生器件；可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断；GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。4.2.1GTO的结构和工作原理结构：与普通晶闸管的相同点：PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极；和普通晶闸管的不同：GTO是一种多元的功率集成器件，内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极则在器件内部并联在一起。图1GTO的内部结构和电气图形符号a)各单元的阴极、门极间隔排列的图形b)并联单元结构断面示意图c)电气图形符号工作原理：与普通晶闸管一样，可以用图2所示的双晶体管模型来分析α1+α2=1是器件临界导通的条件。当a1+a2>1时，两个等效晶体管过饱第2页共14页第1页共14页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共14页和而使器件导通；当a1+a2<1时，不能维持饱和导通而关断图2GTO的双晶体管模型GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别：（1）设计α2较大，使晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断；（2）导通时α1+α2更接近1（≈1.05，普通晶闸管α1+α2≥1.15）导通时饱和不深，接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大；（3）多元集成结构使GTO元阴极面积很小，门、阴极间距大为缩短，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流导通过程:与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅；关断过程：强烈正反馈——门极加负脉冲即从门极抽出电流，则Ib2减小，使IK和IC2减小，IC2的减小又使IA和IC1减小，又进一步减小V2的基极电流。当IA和IK的减小使α1+α2<1时，器件退出饱和而关断，多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程快，承受di/dt能力强。4.2.2GTO的动态特性开通过程：与普通晶闸管类似，需经过延迟时间td和上升时间tr。关断过程：与普通晶闸管有所不同Ÿ抽取饱和导通时储存的大量载流子——储存时间ts，使等效晶体管退出饱和。等效晶体管从饱和区退至放大区，阳极电流逐渐减小——下降时间tf残存载流子复合——尾部时间tt通常tf比ts小得多，而tt比ts要长；门极负脉冲电流幅值越大，前沿越陡，抽走储存载流子的速度越快，ts越短；门极负脉冲的后沿缓慢衰减，在tt阶段仍保持适当负电压，则可缩短尾部第3页共14页第2页共14页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共14页时间。图1-14GTO的开通和关断过程电流波形4.2.3GTO的主要参数GTO的许多参数和普通晶闸管相应的参数意义相同，以下只介绍意义不同的参数:1)开通时间ton：延迟时间与上升时间之和。延迟时间一般约1～2ms，上升时间则随通态阳极电流值的增大而增大；2)关断时间toff：一般指储存时间和下降时间之和，不包括尾部时间。GTO的储存时间随阳极电流的增大而增大，下降时间一般小于2ms；不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承受反压时，应和电力二极管串联；3)最大可关断阳极电流IATO:GTO的额定电流；4)电流关断增益boff最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益βoff=IATOIGM（1）βoff一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A。4.3电力晶体管术语用法：电力晶体管（GiantTransistor——GTR，直译为巨型晶体管）耐高电压、大电流的双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor——BJT），英文有时候也称为PowerBJT在电力电子...