第二講電力電子器件及其驅(qū)動(dòng)電路2.1電力二極管2.2門(mén)極可關(guān)斷晶閘管2.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.4絕緣柵雙極晶體管2.5MOS控制晶閘管2.6其它新型功率器件/cfzhanduimingzi/2.1電力二極管2.1.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理2.1.2電力二極管的基本特性2.1.3電力二極管的主要參數(shù)2.1.4電力二極管的主要類(lèi)型返回2.1.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理電力二極管結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用快恢復(fù)二極管和肖特基二極管，分別在中、高頻整流和逆變，以及低壓高頻整流的場(chǎng)合，具有不可替代的地位返回2.1.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理電力二極管基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝2.1.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理圖2－1電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)

a)外形b)結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號(hào)2.1.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合后構(gòu)成PN結(jié)。交界處電子和空穴的濃度差別，造成了各區(qū)的多子向另一區(qū)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，到對(duì)方區(qū)內(nèi)成為少子，在界面兩側(cè)分別留下了帶正、負(fù)電荷但不能任意移動(dòng)的雜質(zhì)離子。這些不能移動(dòng)的正、負(fù)電荷稱為空間電荷）?？臻g電荷建立的電場(chǎng)被稱為內(nèi)電場(chǎng)或自建電場(chǎng)，其方向是阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的，另一方面又吸引對(duì)方區(qū)內(nèi)的少子（對(duì)本區(qū)而言則為多子）向本區(qū)運(yùn)動(dòng)，即漂移運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)既相互聯(lián)系又是一對(duì)矛盾，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，正、負(fù)空間電荷量達(dá)到穩(wěn)定值，形成了一個(gè)穩(wěn)定的由空間電荷構(gòu)成的范圍，被稱為空間電荷區(qū)，按所強(qiáng)調(diào)的角度不同也被稱為耗盡層、阻擋層或勢(shì)壘區(qū)。2.1.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)

電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得PN結(jié)在正向電流較大時(shí)壓降仍然很低，維持在1V左右，所以正向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為低阻態(tài)圖2－2PN結(jié)的形成2.1.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理PN結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài)

PN結(jié)的單向?qū)щ娦远O管的基本原理就在于PN結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一主要特征PN結(jié)的反向擊穿

有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式，可能導(dǎo)致熱擊穿PN結(jié)的電容效應(yīng)：

PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容CJ，又稱為微分電容。結(jié)電容按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢(shì)壘電容CB和擴(kuò)散電容CD2.1.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理勢(shì)壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用，外加電壓頻率越高，勢(shì)壘電容作用越明顯。勢(shì)壘電容的大小與PN結(jié)截面積成正比，與阻擋層厚度成反比擴(kuò)散電容僅在正向偏置時(shí)起作用。在正向偏置時(shí)，當(dāng)正向電壓較低時(shí)，勢(shì)壘電容為主；正向電壓較高時(shí)，擴(kuò)散電容為結(jié)電容主要成分結(jié)電容影響PN結(jié)的工作頻率，特別是在高速開(kāi)關(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾?，甚至不能工作，?yīng)用時(shí)應(yīng)加以注意。2.1.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理造成電力二極管和信息電子電路中的普通二極管區(qū)別的一些因素：正向?qū)〞r(shí)要流過(guò)很大的電流，其電流密度較大，因而額外載流子的注入水平較高，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不能忽略引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響承受的電流變化率di/dt較大，因而其引線和器件自身的電感效應(yīng)也會(huì)有較大影響為了提高反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降較大2.1.2電力二極管的基本特性靜態(tài)特性主要指其伏安特性當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到一定值（門(mén)檻電壓UTO），正向電流才開(kāi)始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。當(dāng)電力二極管承受反向電壓時(shí)，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流返回2.1.2電力二極管的基本特性圖2－3電力二極管的伏安特性2.1.2電力二極管的基本特性動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性——因結(jié)電容的存在，三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，此過(guò)程中的電壓—電流特性是隨時(shí)間變化的。動(dòng)態(tài)特性主要指開(kāi)關(guān)特性，開(kāi)關(guān)特性反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程關(guān)斷過(guò)程

在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過(guò)沖須經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)2.1.2電力二極管的基本特性延遲時(shí)間：td=t1-t0,電流下降時(shí)間：tf=t2-t1反向恢復(fù)時(shí)間：trr=td+tf恢復(fù)特性的軟度：下降時(shí)間與延遲時(shí)間的比值tf/td，或稱恢復(fù)系數(shù)，用Sr表示圖2－4電力二極管的動(dòng)態(tài)過(guò)程波形a)正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置b)零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置2.1.2電力二極管的基本特性開(kāi)通過(guò)程(Turn-onTransient)：

電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過(guò)沖UFP，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值（如2V）。這一動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間被稱為正向恢復(fù)時(shí)間tfr。電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用需一定的時(shí)間來(lái)儲(chǔ)存大量少子，達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上升率越大，UFP越高2.1.3電力二極管的主要參數(shù)正向平均電流IF(AV)

額定電流——在指定的管殼溫度（簡(jiǎn)稱殼溫，用TC表示）和散熱條件下，其允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定義的，因此使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來(lái)選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。當(dāng)用在頻率較高的場(chǎng)合時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗造成的發(fā)熱往往不能忽略當(dāng)采用反向漏電流較大的電力二極管時(shí)，其斷態(tài)損耗造成的發(fā)熱效應(yīng)也不小返回2.1.3電力二極管的主要參數(shù)正向壓降UF指電力二極管在指定溫度下，流過(guò)某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降有時(shí)參數(shù)表中也給出在指定溫度下流過(guò)某一瞬態(tài)正向大電流時(shí)器件的最大瞬時(shí)正向壓降反向重復(fù)峰值電壓URRM指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓通常是其雪崩擊穿電壓UB的2/3使用時(shí)，往往按照電路中電力二極管可能承受的反向最高峰值電壓的兩倍來(lái)選定2.1.3電力二極管的主要參數(shù)最高工作結(jié)溫TJM結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用TJ表示最高工作結(jié)溫是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度TJM通常在125~175C范圍之內(nèi)反向恢復(fù)時(shí)間trrtrr=td+tf

，關(guān)斷過(guò)程中，電流降到0起到恢復(fù)反響阻斷能力止的時(shí)間浪涌電流IFSM指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過(guò)電流。2.1.4電力二極管的主要類(lèi)型按照正向壓降、反向耐壓、反向漏電流等性能，特別是反向恢復(fù)特性的不同介紹在應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同場(chǎng)合的不同要求選擇不同類(lèi)型的電力二極管性能上的不同是由半導(dǎo)體物理結(jié)構(gòu)和工藝上的差別造成的返回2.1.4電力二極管的主要類(lèi)型普通二極管普通二極管又稱整流二極管多用于開(kāi)關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路中其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5s以上，這在開(kāi)關(guān)頻率不高時(shí)并不重要正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上2.1.4電力二極管的主要類(lèi)型快恢復(fù)二極管恢復(fù)過(guò)程很短特別是反向恢復(fù)過(guò)程很短（5s以下）的二極管，也簡(jiǎn)稱快速二極管工藝上多采用了摻金措施有的采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)、有的采用改進(jìn)的PiN結(jié)構(gòu)2.1.4電力二極管的主要類(lèi)型采用外延型PiN結(jié)構(gòu)的的快恢復(fù)外延二極管，其反向恢復(fù)時(shí)間更短（可低于50ns），正向壓降也很低（0.9V左右），但其反向耐壓多在400V以下從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100ns以下，甚至達(dá)到20~30ns。

2.1.4電力二極管的主要類(lèi)型肖特基二極管以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢(shì)壘二極管，簡(jiǎn)稱為肖特基二極管20世紀(jì)80年代以來(lái)，由于工藝的發(fā)展得以在電力電子電路中廣泛應(yīng)用肖特基二極管的弱點(diǎn)當(dāng)反向耐壓提高時(shí)其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求，因此多用于200V以下反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度2.1.4電力二極管的主要類(lèi)型肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)反向恢復(fù)時(shí)間很短（10~40ns）正向恢復(fù)過(guò)程中也不會(huì)有明顯的電壓過(guò)沖在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管其開(kāi)關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高2.2門(mén)極可關(guān)斷晶閘管2.2.1概述2.2.2GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理2.2.3GTO的動(dòng)態(tài)特性2.2.4GTO的主要參數(shù)2.2.5GTO的驅(qū)動(dòng)返回2.2.1概述門(mén)極可關(guān)斷晶閘管晶閘管的一種派生器件可以通過(guò)在門(mén)極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷GTO的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，因而在兆瓦級(jí)以上的大功率場(chǎng)合仍有較多的應(yīng)用返回2.2.2GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)：與普通晶閘管的相同點(diǎn)：PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽(yáng)極、陰極和門(mén)極和普通晶閘管的不同：GTO是一種多元的功率集成器件，內(nèi)部包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽(yáng)極的小GTO元，這些GTO元的陰極和門(mén)極則在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起圖2－5GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)

a)各單元的陰極、門(mén)極間隔排列的圖形b)并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖c)電氣圖形符號(hào)返回2.2.2GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理工作原理：與普通晶閘管一樣，可以用圖2－6所示的雙晶體管模型來(lái)分析1+2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。當(dāng)1+2>1時(shí)，兩個(gè)等效晶體管過(guò)飽和而使器件導(dǎo)通；當(dāng)1+2<1時(shí)，不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷圖2－6GTO元或晶閘管的等效電路2.2.2GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理GTO能夠通過(guò)門(mén)極關(guān)斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別：（1）設(shè)計(jì)2較大，使晶體管V2控制靈敏，易于GTO關(guān)斷（2）導(dǎo)通時(shí)1+2更接近1（1.05，普通晶閘管1+21.15）導(dǎo)通時(shí)飽和不深，接近臨界飽和，有利門(mén)極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時(shí)管壓降增大（3）多元集成結(jié)構(gòu)使GTO元陰極面積很小，門(mén)、陰極間距大為縮短，使得P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門(mén)極抽出較大電流導(dǎo)通過(guò)程:與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時(shí)飽和程度較淺關(guān)斷過(guò)程：強(qiáng)烈正反饋——門(mén)極加負(fù)脈沖即從門(mén)極抽出電流，則Ib2減小，使IK和Ic2減小，Ic2的減小又使IA和Ic1減小，又進(jìn)一步減小V2的基極電流當(dāng)IA和IK的減小使1+2<1時(shí)，器件退出飽和而關(guān)斷多元集成結(jié)構(gòu)還使GTO比普通晶閘管開(kāi)通過(guò)程快，承受di/dt能力強(qiáng)2.2.2GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理2.2.3GTO的動(dòng)態(tài)特性開(kāi)通過(guò)程：與普通晶閘管類(lèi)似，需經(jīng)過(guò)延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr圖2－7GTO的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程電流波形返回2.2.3GTO的動(dòng)態(tài)特性關(guān)斷過(guò)程：與普通晶閘管有所不同抽取飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存的大量載流子——儲(chǔ)存時(shí)間ts，使等效晶體管退出飽和等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū)，陽(yáng)極電流逐漸減小——下降時(shí)間tf殘存載流子復(fù)合——尾部時(shí)間tt通常tf比ts小得多，而tt比ts要長(zhǎng)門(mén)極負(fù)脈沖電流幅值越大，前沿越陡，抽走儲(chǔ)存載流子的速度越快，ts越短門(mén)極負(fù)脈沖的后沿緩慢衰減，在tt階段仍保持適當(dāng)負(fù)電壓，則可縮短尾部時(shí)間2.2.4GTO的主要參數(shù)

GTO的許多參數(shù)和普通晶閘管相應(yīng)的參數(shù)意義相同，以下只介紹意義不同的參數(shù)1)開(kāi)通時(shí)間ton

延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和。延遲時(shí)間一般約1~2s，上升時(shí)間則隨通態(tài)陽(yáng)極電流值的增大而增大2)關(guān)斷時(shí)間toff

一般指儲(chǔ)存時(shí)間和下降時(shí)間之和，不包括尾部時(shí)間。GTO的儲(chǔ)存時(shí)間隨陽(yáng)極電流的增大而增大，下降時(shí)間一般小于2s不少GTO都制造成逆導(dǎo)型，類(lèi)似于逆導(dǎo)晶閘管，需承受反壓時(shí)，應(yīng)和電力二極管串聯(lián)返回2.2.4GTO的主要參數(shù)3)最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流IATO:GTO的額定電流4)

電流關(guān)斷增益off

最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流與門(mén)極負(fù)脈沖電流最大值IGM之比稱為電流關(guān)斷增益

（1-8）

off一般很小，只有5左右，這是GTO的一個(gè)主要缺點(diǎn)。1000A的GTO關(guān)斷時(shí)門(mén)極負(fù)脈沖電流峰值要200A2.2.5GTO的驅(qū)動(dòng)GTO的開(kāi)通控制與普通晶閘管相似，但對(duì)脈沖前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門(mén)極電流

使GTO關(guān)斷需施加負(fù)門(mén)極電流，對(duì)其幅值和陡度的要求更高，關(guān)斷后還應(yīng)在門(mén)陰極施加約5V的負(fù)偏壓以提高抗干擾能力推薦的GTO門(mén)極電壓電流波形如圖2－8所示。圖2－8推薦的GTO門(mén)極電壓電流波形返回2.2.5GTO的驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路通常包括開(kāi)通驅(qū)動(dòng)電路、關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門(mén)極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦合式和直接耦合式兩種類(lèi)型直接耦合式驅(qū)動(dòng)電路可避免電路內(nèi)部的相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿，因此目前應(yīng)用較廣，但其功耗大，效率較低典型的直接耦合式GTO驅(qū)動(dòng)電路如圖2－9所示。2.2.5GTO的驅(qū)動(dòng)二極管VD1和電容C1提供+5V電壓VD2、VD3、C2、C3構(gòu)成倍壓整流電路提供+15V電壓VD4和電容C4提供-15V電壓V1開(kāi)通時(shí)，輸出正強(qiáng)脈沖V2開(kāi)通時(shí)輸出正脈沖平頂部分V2關(guān)斷而V3開(kāi)通時(shí)輸出負(fù)脈沖V3關(guān)斷后R3和R4提供門(mén)極負(fù)偏壓圖2－9典型的直接耦合式GTO驅(qū)動(dòng)電路2.3電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管2.3.1概述2.3.2電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理2.3.3電力MOSFET的基本特性2.3.4電力MOSFET的主要參數(shù)2.3.5電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)返回2.3.1概述也分為結(jié)型和絕緣柵型（類(lèi)似小功率FET）但通常主要指絕緣柵型中的MOS型簡(jiǎn)稱電力MOSFET結(jié)型電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管返回2.3.1概述

特點(diǎn)——用柵極電壓來(lái)控制漏極電流驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò)10kW的電力電子裝置2.3.2電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理電力MOSFET的種類(lèi)

按導(dǎo)電溝道可分為P溝道

和N溝道

耗盡型——當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道增強(qiáng)型——對(duì)于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道

電力MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型返回2.3.2電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理電力MOSFET的結(jié)構(gòu)圖2－10電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)2.3.2電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理導(dǎo)通時(shí)只有一種極性的載流子（多子）參與導(dǎo)電，是單極型晶體管導(dǎo)電機(jī)理與小功率MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別電力MOSFET的多元集成結(jié)構(gòu)國(guó)際整流器公司的HEXFET采用了六邊形單元西門(mén)子公司的SIPMOSFET采用了正方形單元摩托羅拉公司的TMOS采用了矩形單元按“品”字形排列2.3.2電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷娏OSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱為VMOSFET——大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力按垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的差異，又分為利用V型槽實(shí)現(xiàn)垂直導(dǎo)電的VVMOSFET和具有垂直導(dǎo)電雙擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的VDMOSFET這里主要以VDMOS器件為例進(jìn)行討論2.3.2電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理電力MOSFET的工作原理截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無(wú)電流流過(guò)2.3.2電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理電力MOSFET的工作原理導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS柵極是絕緣的，所以不會(huì)有柵極電流流過(guò)。但柵極的正電壓會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開(kāi)，而將P區(qū)中的少子——電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面當(dāng)UGS大于UT（開(kāi)啟電壓或閾值電壓）時(shí)，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過(guò)空穴濃度，使P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電2.3.3電力MOSFET的基本特性1)

靜態(tài)特性圖2－11電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性返回2.3.3電力MOSFET的基本特性漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性ID較大時(shí)，ID與UGS的關(guān)系近似線性，曲線的斜率定義為跨導(dǎo)Gfs2.3.3電力MOSFET的基本特性MOSFET的漏極伏安特性（輸出特性）：截止區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的截止區(qū)）飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的放大區(qū)）非飽和區(qū)（對(duì)應(yīng)于GTR的飽和區(qū)）電力MOSFET工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換電力MOSFET漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時(shí)器件導(dǎo)通電力MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對(duì)器件并聯(lián)時(shí)的均流有利2.3.3電力MOSFET的基本特性2)

動(dòng)態(tài)特性圖2－12電力MOSFET的開(kāi)關(guān)過(guò)程a)測(cè)試電路b)開(kāi)關(guān)過(guò)程波形up—脈沖信號(hào)源，Rs—信號(hào)源內(nèi)阻，RG—柵極電阻，RL—負(fù)載電阻，RF—檢測(cè)漏極電流2.3.3電力MOSFET的基本特性開(kāi)通過(guò)程（開(kāi)關(guān)過(guò)程圖）開(kāi)通延遲時(shí)間td(on)——up前沿時(shí)刻到uGS=UT并開(kāi)始出現(xiàn)iD的時(shí)刻間的時(shí)間段上升時(shí)間tr——

uGS從uT上升到MOSFET進(jìn)入非飽和區(qū)的柵壓UGSP的時(shí)間段iD穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓UE和漏極負(fù)載電阻決定UGSP的大小和iD的穩(wěn)態(tài)值有關(guān)UGS達(dá)到UGSP后，在up作用下繼續(xù)升高直至達(dá)到穩(wěn)態(tài)，但iD已不變開(kāi)通時(shí)間ton——開(kāi)通延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和2.3.3電力MOSFET的基本特性關(guān)斷過(guò)程（開(kāi)關(guān)過(guò)程圖）

關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)——up下降到零起，Cin通過(guò)Rs和RG放電，uGS按指數(shù)曲線下降到UGSP時(shí)，iD開(kāi)始減小止的時(shí)間段下降時(shí)間tf——

uGS從UGSP繼續(xù)下降起，iD減小，到uGS<UT時(shí)溝道消失，iD下降到零為止的時(shí)間段關(guān)斷時(shí)間toff——關(guān)斷延遲時(shí)間和下降時(shí)間之和2.3.3電力MOSFET的基本特性MOSFET的開(kāi)關(guān)速度MOSFET的開(kāi)關(guān)速度和Cin充放電有很大關(guān)系使用者無(wú)法降低Cin，但可降低驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)阻Rs減小時(shí)間常數(shù)，加快開(kāi)關(guān)速度MOSFET只靠多子導(dǎo)電，不存在少子儲(chǔ)存效應(yīng)，因而關(guān)斷過(guò)程非常迅速開(kāi)關(guān)時(shí)間在10~100ns之間，工作頻率可達(dá)100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的場(chǎng)控器件，靜態(tài)時(shí)幾乎不需輸入電流。但在開(kāi)關(guān)過(guò)程中需對(duì)輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動(dòng)功率。開(kāi)關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動(dòng)功率越大。2.3.4電力MOSFET的主要參數(shù)除跨導(dǎo)Gfs、開(kāi)啟電壓UT以及td(on)、tr、td(off)和tf之還有:1)

漏極電壓UDS電力MOSFET電壓定額2)

漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM電力MOSFET電流定額3)柵源電壓UGS柵源之間的絕緣層很薄，UGS>20V將導(dǎo)致絕緣層擊穿4)

極間電容

極間電容CGS、CGD和CDS返回2.3.4電力MOSFET的主要參數(shù)廠家提供：漏源極短路時(shí)的輸入電容Ciss、共源極輸出電容Coss和反向轉(zhuǎn)移電容CrssCiss=CGS+CGD（1-14）Crss=CGD（1-15）Coss=CDS+CGD（1-16）輸入電容可近似用Ciss代替這些電容都是非線性的2.3.4電力MOSFET的主要參數(shù)

漏源間的耐壓、漏極最大允許電流和最大耗散功率決定了電力MOSFET的安全工作區(qū)

一般來(lái)說(shuō)，電力MOSFET不存在二次擊穿問(wèn)題，這是它的一大優(yōu)點(diǎn)實(shí)際使用中仍應(yīng)注意留適當(dāng)?shù)脑Ａ繄D2－13MOSFET正向偏置安全工作區(qū)（圖中的時(shí)間表示脈沖寬度）2.3.5電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)?xùn)旁撮g、柵射間有數(shù)千皮法的電容，為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路輸出電阻小。使MOSFET開(kāi)通的驅(qū)動(dòng)電壓一般10~15V，使IGBT開(kāi)通的驅(qū)動(dòng)電壓一般15～20V。關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓（一般取–5～-15V）有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。在柵極串入一只低值電阻（數(shù)十歐左右）可以減小寄生振蕩，該電阻阻值應(yīng)隨被驅(qū)動(dòng)器件電流額定值的增大而減小。典型的電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路如圖2－14所示。返回2.3.5電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)無(wú)輸入信號(hào)時(shí)高速放大器A輸出負(fù)電平,V3導(dǎo)通輸出負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)A輸出正電平，V2導(dǎo)通輸出正驅(qū)動(dòng)電壓

專(zhuān)為驅(qū)動(dòng)電力MOSFET而設(shè)計(jì)的混合集成電路有三菱公司的M57918L，其輸入信號(hào)電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為+2A和-3A，輸出驅(qū)動(dòng)電壓+15V和-10V。圖2－14電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路2.4絕緣柵雙極晶體管2.4.1概述2.4.2IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理2.4.3IGBT的基本特性2.4.4IGBT的主要參數(shù)2.4.5IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)2.4.6IGBT的驅(qū)動(dòng)返回2.4.1概述GTR和GTO的特點(diǎn)——雙極型，電流驅(qū)動(dòng)，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通流能力很強(qiáng)，開(kāi)關(guān)速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜

MOSFET的優(yōu)點(diǎn)——單極型，電壓驅(qū)動(dòng)，開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單兩類(lèi)器件取長(zhǎng)補(bǔ)短結(jié)合而成的復(fù)合器件—Bi-MOS器件返回2.4.1概述絕緣柵雙極晶體管（IGBT或IGT）

GTR和MOSFET復(fù)合，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，具有好的特性

1986年投入市場(chǎng)后，取代了GTR和一部分MOSFET的市場(chǎng),中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件

繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位2.4.2IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理IGBT是三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極E圖2－15IGBT的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)簡(jiǎn)化等效電路c)電氣圖形符號(hào)返回2.4.2IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理IGBT的結(jié)構(gòu)（顯示圖）圖2－15（a）—N溝道VDMOSFET與GTR組合——N溝道IGBT（N-IGBT）

IGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，形成了一個(gè)大面積的P+N結(jié)J1——使IGBT導(dǎo)通時(shí)由P+注入?yún)^(qū)向N基區(qū)發(fā)射少子，從而對(duì)漂移區(qū)電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)制，使得IGBT具有很強(qiáng)的通流能力簡(jiǎn)化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管

RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻2.4.2IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理IGBT的原理

驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相同，場(chǎng)控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定導(dǎo)通：uGE大于開(kāi)啟電壓UGE(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通導(dǎo)通壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使通態(tài)壓降小關(guān)斷：柵射極間施加反壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷2.4.3IGBT的基本特性1)

IGBT的靜態(tài)特性圖2－16IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性返回2.4.3IGBT的基本特性轉(zhuǎn)移特性——IC與UGE間的關(guān)系，與MOSFET轉(zhuǎn)移特性類(lèi)似開(kāi)啟電壓UGE(th)——IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓UGE(th)隨溫度升高而略有下降，在+25C時(shí)，UGE(th)的值一般為2~6V輸出特性（伏安特性）——以UGE為參考變量時(shí)，IC與UCE間的關(guān)系分為三個(gè)區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。分別與GTR的截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)相對(duì)應(yīng)uCE<0時(shí)，IGBT為反向阻斷工作狀態(tài)2.4.3IGBT的基本特性2)

IGBT的動(dòng)態(tài)特性圖2－17IGBT的開(kāi)關(guān)過(guò)程2.4.3IGBT的基本特性IGBT的開(kāi)通過(guò)程

（開(kāi)關(guān)過(guò)程圖）

與MOSFET的相似，因?yàn)殚_(kāi)通過(guò)程中IGBT在大部分時(shí)間作為MOSFET運(yùn)行開(kāi)通延遲時(shí)間td(on)——從uGE上升至其幅值10%的時(shí)刻，到iC上升至10%ICM2

電流上升時(shí)間tr

——iC從10%ICM上升至90%ICM所需時(shí)間開(kāi)通時(shí)間ton——開(kāi)通延遲時(shí)間與電流上升時(shí)間之和uCE的下降過(guò)程分為tfv1和tfv2兩段。tfv1——IGBT中MOSFET單獨(dú)工作的電壓下降過(guò)程；tfv2——MOSFET和PNP晶體管同時(shí)工作的電壓下降過(guò)程2.4.3IGBT的基本特性IGBT的關(guān)斷過(guò)程（開(kāi)關(guān)過(guò)程圖）關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)——從uGE后沿下降到其幅值90%的時(shí)刻起，到iC下降至90%ICM電流下降時(shí)間tf——iC從90%ICM下降至10%ICM關(guān)斷時(shí)間toff——關(guān)斷延遲時(shí)間與電流下降之和電流下降時(shí)間又可分為tfi1和tfi2兩段。tfi1——IGBT內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過(guò)程，iC下降較快；tfi2——IGBT內(nèi)部的PNP晶體管的關(guān)斷過(guò)程，iC下降較慢2.4.3IGBT的基本特性IGBT中雙極型PNP晶體管的存在，雖然帶來(lái)了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的好處，但也引入了少子儲(chǔ)存現(xiàn)象，因而IGBT的開(kāi)關(guān)速度低于電力MOSFETIGBT的擊穿電壓、通態(tài)壓降和關(guān)斷時(shí)間也是需要折衷的參數(shù)2.4.4IGBT的主要參數(shù)1)最大集射極間電壓UCES由內(nèi)部PNP晶體管的擊穿電壓確定2)

最大集電極電流包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP3)最大集電極功耗PCM正常工作溫度下允許的最大功耗返回2.4.4IGBT的主要參數(shù)IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損耗小。在電壓1000V以上時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電力MOSFET相當(dāng)相同電壓和電流定額時(shí)，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類(lèi)似與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開(kāi)關(guān)頻率高的特點(diǎn)2.4.5IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)

圖2－15IGBT的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào)a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)簡(jiǎn)化等效電路c)電氣圖形符號(hào)返回2.4.5IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)寄生晶閘管——由一個(gè)N-PN+晶體管和作為主開(kāi)關(guān)器件的P+N-P晶體管組成正偏安全工作區(qū)——最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大集電極功耗確定反向偏置安全工作區(qū)——最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率duCE/dt確定2.4.5IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)

NPN晶體管基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路電阻，P形體區(qū)的橫向空穴電流會(huì)在該電阻上產(chǎn)生壓降，相當(dāng)于對(duì)J3結(jié)施加正偏壓，一旦J3開(kāi)通，柵極就會(huì)失去對(duì)集電極電流的控制作用，電流失控動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)比靜態(tài)擎住效應(yīng)所允許的集電極電流小擎住效應(yīng)曾限制IGBT電流容量提高，20世紀(jì)90年代中后期開(kāi)始逐漸解決IGBT往往與反并聯(lián)的快速二極管封裝在一起，制成模塊，成為逆導(dǎo)器件2.4.6IGBT的驅(qū)動(dòng)IGBT的驅(qū)動(dòng)多采用專(zhuān)用的混合集成驅(qū)動(dòng)器常用的有三菱公司的M579系列（如M57962L和M57959L）和富士公司的EXB系列（如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851）內(nèi)部具有退飽和檢測(cè)和保護(hù)環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)生過(guò)電流時(shí)能快速響應(yīng)但慢速關(guān)斷IGBT，并向外部電路給出故障信號(hào)M57962L輸出的正驅(qū)動(dòng)電壓均為+15V左右，負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓為－10V。M57962L型IGBT驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部接線如圖2－18所示。返回2.4.6IGBT的驅(qū)動(dòng)圖2－18M57962L型IGBT驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部接線圖2.5MOS控制晶閘管2.5.1概述2.5.2MCT的結(jié)構(gòu)和工作原理2.5.3MCT的基本特性2.5.4MCT的主要參數(shù)2.5.5MCT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)返回2.5.1概述綜合利用晶閘管高電壓、大電流技術(shù)與MOSFET控制技術(shù)，研制出MOS控制晶閘管復(fù)合器件。這種復(fù)合器件的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)晶閘管與一個(gè)或幾個(gè)MOSFET的集成。根據(jù)門(mén)極控制方法的不同，MOS晶閘管可分為MOS－GTO(MCT)和MOS光控晶閘管。MCT將MOSFET的高輸入阻抗、低驅(qū)動(dòng)功率與快的開(kāi)關(guān)速度和SCR的高壓大電流結(jié)合在一起，成為80年代末最熱門(mén)的器件之一。返回2.5.2MCT的結(jié)構(gòu)和工作原理MCT是在SCR結(jié)構(gòu)中集成了一對(duì)MOSFET，通過(guò)MOSFET來(lái)控制SCR的導(dǎo)通與關(guān)斷。使MCT導(dǎo)通的P溝道MOSFET稱為ON－FET。使MCT關(guān)斷的N溝道MOSFET稱為OFF－FET。MCT是采用DMOSFET集成電路工藝制成的。一個(gè)MCT大約105個(gè)單胞。每個(gè)單胞含有一個(gè)寬基區(qū)的NPN晶體管和一個(gè)窄基區(qū)PNP晶體管以及一個(gè)OFF－FET。OFF－FET連接在PNP晶體管的基射極之間，另有4％的單胞含有ON－FET，連接在PNP晶體管的集射極之間，這兩組的MOSFET柵極連接在一起，構(gòu)成MCT的單門(mén)極。含有ON－FET的MCT單胞如圖2－19所示。返回2.5.2MCT的結(jié)構(gòu)和工作原理圖2－19MCT的典型結(jié)構(gòu)2.5.2MCT的結(jié)構(gòu)和工作原理MCT的等效電路和符號(hào)如圖2－20所示圖2－20MCT的等效電路與符號(hào)2.5.2MCT的結(jié)構(gòu)和工作原理在結(jié)構(gòu)上MCT需要用雙門(mén)極控制，對(duì)外只有單門(mén)極，門(mén)極信號(hào)以陽(yáng)極為基準(zhǔn)而不是以陰極為基準(zhǔn)。當(dāng)門(mén)極相對(duì)陽(yáng)極加負(fù)脈沖電壓時(shí)，ON－FET導(dǎo)通它的漏極電流使NPN晶體管導(dǎo)通。NPN晶體管又使PNP晶體管導(dǎo)通，并且形成正反饋觸發(fā)過(guò)程。通過(guò)正反饋的循環(huán)使PNP+NPN1，于是，MCT導(dǎo)通。當(dāng)門(mén)極相對(duì)陽(yáng)極加正脈沖電壓時(shí)，OFF－FET導(dǎo)通，PNP晶體管基極電流中斷，PNP晶體管被切斷，破壞了正反饋過(guò)程，于是，MCT關(guān)斷。一般來(lái)說(shuō)，－5V～－10V脈沖電壓可使MCT導(dǎo)通，＋10V脈沖電壓可使MCT關(guān)斷。2.5.3MCT的基本特性靜態(tài)正向特性MCT實(shí)質(zhì)上是一個(gè)MOS控制的晶閘管。在靜態(tài)時(shí)，其內(nèi)含的MOSFET不起作用，MCT相當(dāng)于晶閘管，因此具有高的阻斷電壓和低的通態(tài)壓降。其正向伏安特性如圖2－17所示。MCT的正向伏安特性隨溫度升高左移，也就是說(shuō)，溫度升高管壓降減小，但反向漏電流增大。MCT的實(shí)際工作溫度一般在－55oC～150oC。MCT的正向伏安特性類(lèi)似于二極管，在很大的電流下，通態(tài)電壓僅有一定程度的增加，十分適合于大電流場(chǎng)合。同時(shí)，MCT又是雙注入器件，通態(tài)電壓隨阻斷電壓的升高變化不大，所以，在高電壓場(chǎng)合更具優(yōu)勢(shì)。返回2.5.3MCT的基本特性圖2－21MCT正向伏安特性2.5.3MCT的基本特性開(kāi)關(guān)特性MCT由內(nèi)含的MOSFET控制其開(kāi)通與關(guān)斷，開(kāi)關(guān)機(jī)理與晶閘管不同。特別是在MCT中，無(wú)論是開(kāi)通或關(guān)斷，都是在芯片各個(gè)部分同時(shí)進(jìn)行的，與晶閘管相比，MCT具有較快的開(kāi)關(guān)速度。MCT典型的感性開(kāi)關(guān)電路與相應(yīng)的開(kāi)關(guān)波形如圖2－22所示。圖2－22（a）MCT典型的感性開(kāi)關(guān)電路2.5.3MCT的基本特性圖2－22（b）MCT開(kāi)關(guān)波形TD(off)I90%TFITRITD(on)I10%vGIK-VKA2.5.3MCT的基本特性MCT的關(guān)斷有兩個(gè)過(guò)程：先破壞晶閘管的擎住條件，然后使器件兩個(gè)基區(qū)中的過(guò)剩載流子復(fù)合。表征關(guān)斷過(guò)程的參數(shù)主要是關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。關(guān)斷時(shí)間由關(guān)斷延時(shí)時(shí)間TD（off）I和關(guān)斷電流下降時(shí)間TFI組成，如圖2－22（b）所示。關(guān)斷損耗Eoff的定義則是，從VG上升變化10％的時(shí)刻起到IK＝0的時(shí)間內(nèi)，瞬時(shí)功耗VKAIK對(duì)時(shí)間的積分。2.5.3MCT的基本特性MCT的關(guān)斷特性與陰極電流、陰陽(yáng)極電壓和溫度等有關(guān)。陰極電流增大，關(guān)斷延時(shí)時(shí)間TD（off）I減?。魂P(guān)斷電流下降時(shí)間TFI略微增大。陰陽(yáng)極電壓數(shù)值增大，關(guān)斷延時(shí)時(shí)間TD（off）I增大；關(guān)斷電流下降時(shí)間TFI減小。溫度升高，關(guān)斷延時(shí)時(shí)間TD（off）I、關(guān)斷電流下降時(shí)間TFI、關(guān)斷損耗均增大。2.5.3MCT的基本特性MCT開(kāi)通過(guò)程中的參數(shù)變化遠(yuǎn)沒(méi)有關(guān)斷過(guò)程那樣劇烈。陰極電流上升的同時(shí)，陽(yáng)－陰極之間的電壓是在減小的，可避免開(kāi)通過(guò)程中同時(shí)產(chǎn)生峰值電流和峰值電壓，并使開(kāi)通損耗減小。表征開(kāi)通特性的參數(shù)開(kāi)通時(shí)間TON和開(kāi)通損耗EON。開(kāi)通時(shí)間TON包括開(kāi)通延遲時(shí)間TD（ON）I和開(kāi)通電流上升時(shí)間TRI，其定義如圖2－22（b）所示。開(kāi)通損耗EON的定義則是，從VG下降變化10％的時(shí)刻起到VKA=VTM的時(shí)間內(nèi)，瞬時(shí)功耗VKAIK對(duì)時(shí)間的積分。（VTM是MCT的通態(tài)壓降）2.5.3MCT的基本特性MCT的關(guān)斷特性與陰極電流、陰陽(yáng)極電壓等有關(guān)。陰極電流增大，開(kāi)通延時(shí)時(shí)間TD（ON）I增大；開(kāi)通電流上升時(shí)間TRI略微增大。陰陽(yáng)極電壓數(shù)值增大，開(kāi)通延時(shí)時(shí)間TD（ON）I增大；開(kāi)通電流上升時(shí)間TRI減小。2.5.3MCT的基本特性安全工作區(qū)MCT無(wú)正偏安全工作區(qū)。在沒(méi)有吸收電路時(shí)的反偏安全工作區(qū)，也即是MCT關(guān)斷時(shí)的電流與電壓極限容量，如圖2－23所示。它們與結(jié)溫、電流和工作周期等有關(guān)。當(dāng)工作電流超出安全工作區(qū)時(shí)，MCT可能失效。但是當(dāng)峰值可控電流超出安全工作區(qū)時(shí)，MCT不會(huì)像GTO那樣損壞，而只是不能用門(mén)極信號(hào)關(guān)斷而已。2.5.3MCT的基本特性圖2－23MCT的安全工作區(qū)2.5.4MCT的主要參數(shù)MCT的特性參數(shù)分為兩大類(lèi)：絕對(duì)最大額定值和電特性值。絕對(duì)最大額定值：在任何情況下都不能超越，否則器件講損壞。電特性值：一般已最小值、典型值、最大值的形式給出，它們與測(cè)試方法和應(yīng)用條件密切相關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，若特性值應(yīng)用，器件本省不一定損壞，單可能導(dǎo)致電路的工作失常。MCT的主要參數(shù)包括：斷態(tài)峰值電壓VDRM、反向峰值電壓VRRM、陰極連續(xù)電流IKXX、陰極非重復(fù)峰值電流ITSM、峰值可控制電流ITC、門(mén)陽(yáng)極電壓（連續(xù)）VGA、門(mén)陽(yáng)極電壓（峰值）VGAM、電流變化率di/dt、最大功耗PT、工作與儲(chǔ)存溫度Tj，Tstg和最大引線焊接溫度TL。返回2.5.4MCT的主要參數(shù)MCT是非反向阻斷器件，反向峰值電流VRRM很低（大約5V左右，MCT35P60F1），但是使用時(shí)還需反并聯(lián)二極管。陰極非重復(fù)峰值電流ITSM是通態(tài)脈寬下所允許的流過(guò)器件的最大電流限制允許峰值電流和脈寬的是結(jié)溫。當(dāng)MCT門(mén)極通過(guò)換向信號(hào)時(shí)額定關(guān)斷的最大陰極電流稱器件的峰值可控制電流ITC。美國(guó)Harris公司生產(chǎn)的型號(hào)為MCT35P60F1的MCT的主要參數(shù)見(jiàn)表2－1所示。2.5.4MCT的主要參數(shù)表2－1MCTG35P60F1的最大額定值2.5.5MCT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)MCT具有MOS門(mén)極，因而門(mén)極驅(qū)動(dòng)比較容易實(shí)現(xiàn)。門(mén)極電容的典型值為10nF，在開(kāi)關(guān)動(dòng)作期間基本上沒(méi)有miller效應(yīng)（對(duì)MOSFET或IGBT的柵極和漏極或集電極之間的結(jié)電容稱miller電容，從而使得柵極驅(qū)動(dòng)電壓波形上升沿有一小段平臺(tái)，這就稱作miller效應(yīng)）的電容電流，門(mén)極的驅(qū)動(dòng)要求進(jìn)一步簡(jiǎn)化。返回2.5.5MCT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)門(mén)極驅(qū)動(dòng)波形MCT的額定性能對(duì)門(mén)極驅(qū)動(dòng)波形在幅值和上升時(shí)間兩方面都有一定的要求。圖2－24給出了MCT門(mén)極驅(qū)動(dòng)波形的邊界極限。在MCT開(kāi)通或關(guān)斷的門(mén)極脈沖期間，門(mén)極波形應(yīng)處于穩(wěn)態(tài)極限之內(nèi)。在門(mén)極波形變換過(guò)程中，門(mén)極波形應(yīng)處于陰影線所示范圍之內(nèi)。2.5.5MCT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)圖2－24推薦的MCT門(mén)極電壓驅(qū)動(dòng)波形關(guān)斷導(dǎo)通時(shí)間（us）穩(wěn)態(tài)MCT導(dǎo)通穩(wěn)態(tài)MCT關(guān)斷門(mén)－陽(yáng)極電壓（V）－25105－5－10－15－201520250122102.5.5MCT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)負(fù)電壓幅值在MCT的門(mén)極上施加相對(duì)于陽(yáng)極為負(fù)值的門(mén)極電壓時(shí)，MCT開(kāi)通。由于MCT內(nèi)部的輸出極為晶閘管，一旦陰極電流超過(guò)器件的維持電流（毫安級(jí)），器件將完全進(jìn)入通態(tài)。－7V的穩(wěn)態(tài)開(kāi)通極限電壓將保證MCT開(kāi)通，但最高不能低于－20V。電壓的負(fù)轉(zhuǎn)換過(guò)程MCT與其它MOS門(mén)極器件相比，它的門(mén)極不能控制開(kāi)關(guān)時(shí)間。允許門(mén)極電壓在負(fù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中有過(guò)沖，但幅值不能低于－25V，維持時(shí)間不超過(guò)1．8us。2.5.5MCT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)正電壓幅值在MCT的門(mén)極上施加相對(duì)于陽(yáng)極為正值的門(mén)極電壓時(shí)，MCT關(guān)斷或維持?jǐn)鄳B(tài)。7V的穩(wěn)態(tài)關(guān)斷極限電壓將保證MCT維持?jǐn)鄳B(tài)，但最高不能超過(guò)20V。在關(guān)斷過(guò)程中，要求門(mén)極電壓大于18V，持續(xù)時(shí)間大于1．5us，但最高電壓不能超過(guò)25V。電壓的正轉(zhuǎn)換過(guò)程MCT是通過(guò)內(nèi)部MOSFET短路PNP晶體管的基射結(jié)實(shí)現(xiàn)關(guān)斷的。為了實(shí)現(xiàn)最大關(guān)斷容量，短路的FET必須均勻而快速地開(kāi)通，以保證MCT關(guān)斷相同的電流。因此，門(mén)極電壓正轉(zhuǎn)換時(shí)間不能超過(guò)200ns，允許門(mén)極電壓有一定地過(guò)沖，但必須大于18V小于25V。2.5.5MCT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)MCT門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓波形的邊界極限總結(jié)：由于MCT內(nèi)部MOSFET地高溫直流阻斷能力，限定了＋20V和－20V地直流電壓極限。持續(xù)1．5us的最小為＋18V的電壓使電流流過(guò)內(nèi)部OFF－FET時(shí)，其阻抗很小，從而保證額定的關(guān)斷容量。MCT關(guān)斷時(shí)最小為＋7V的電壓是OFF－FET閥值電壓的2～3倍，保證了器件不會(huì)因dv/dt或漏電流而開(kāi)通。200ns的上升和下降時(shí)間保證了所有單胞像一個(gè)整體，否則性能會(huì)下降。25V瞬態(tài)峰值電壓取決于器件的重復(fù)瞬態(tài)擊穿電壓，典型值至少為40V。－7V的最小值是MCT內(nèi)部ON－FET閥值電壓的2～3倍，能保證良好的開(kāi)通。2.5.5MCT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)門(mén)極驅(qū)動(dòng)對(duì)關(guān)斷電流的影響在MCT完全關(guān)斷之前，門(mén)極電壓必須達(dá)到并維持推薦值，如果降低正的最小穩(wěn)態(tài)門(mén)極電壓，則MCT的關(guān)斷能力下降。如果增大正的門(mén)極電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間，則MCT的關(guān)斷能力下降。門(mén)極驅(qū)動(dòng)條件與可關(guān)斷電流之間的關(guān)系如圖2－25所示。2.5.5MCT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)圖2－25（a）Ioff與門(mén)極電壓上升時(shí)間之間的關(guān)系2.5.5MCT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)圖2－25（b）Ioff與門(mén)極電壓之間的關(guān)系2.5.5MCT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)MCT門(mén)極驅(qū)動(dòng)的典型電路MCT的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路有很多種，其中較常用的是由集成功率驅(qū)動(dòng)器UC3705構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路如圖2－26所示。圖2－26MCT門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路2.6其它新型功率器件

除了我們前面介紹的幾種功率器件外，還有一些常用的功率器件，如：靜電感應(yīng)晶體管SI