第二章電力電子器件

2.1電力二極管2.2電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管P－MOSFET2.3絕緣門(mén)極雙極型晶體管IGBT2.4MOSFET及IGBT的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)2.5半導(dǎo)體電力開(kāi)關(guān)模塊和功率集成電路本章小結(jié)電力開(kāi)關(guān)器件家族樹(shù)

電力開(kāi)關(guān)器件發(fā)展史

電力開(kāi)關(guān)器件分類根據(jù)開(kāi)通和關(guān)斷所需門(mén)極（柵極）驅(qū)動(dòng)信號(hào)的不同要求，開(kāi)關(guān)器件又可分為電流控制型開(kāi)關(guān)器件和電壓控制型開(kāi)關(guān)器件兩大類：SCR、BJT和GTO為電流驅(qū)動(dòng)控制型器件P－MOSFET、IGBT均為電壓驅(qū)動(dòng)控制型器件三極管BJT要求有正的、持續(xù)的基極電流開(kāi)通并保持為通態(tài)，當(dāng)基極電流為零后BJT關(guān)斷。為了加速其關(guān)斷，最好能提供負(fù)的脈沖電流。P-MOSFET和IGBT要求有正的持續(xù)的驅(qū)動(dòng)電壓使其開(kāi)通并保持為通態(tài)，要求有負(fù)的、持續(xù)的電壓使其關(guān)斷并保持為可靠的斷態(tài)。電壓型驅(qū)動(dòng)器件的驅(qū)動(dòng)功率都遠(yuǎn)小于電流型開(kāi)關(guān)器件，驅(qū)動(dòng)電路也比較簡(jiǎn)單可靠。2.1電力二極管

PowerDiode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?？旎謴?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。2.1.2半導(dǎo)體二極管基本特性—單向?qū)щ娦园雽?dǎo)體電力二極管的開(kāi)關(guān)特性開(kāi)關(guān)過(guò)程，由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為阻斷狀態(tài)并不是立即完成，它要經(jīng)歷一個(gè)短時(shí)的過(guò)渡過(guò)程；此過(guò)程的長(zhǎng)短、過(guò)渡過(guò)程的波形對(duì)不同性能的二極管有很大差異；理解開(kāi)關(guān)過(guò)程對(duì)今后選用電力電子器件，理解電力電子電路的運(yùn)行是很有幫助的，因此應(yīng)對(duì)二極管的開(kāi)關(guān)特性有較清晰的了解。二極管電流定額的含義2.1.4電力二極管的類型2.1.4電力二極管的類型3）肖特基二極管反向耐壓較低，（一般低于150V，）反向漏電流較大，多用于低電壓場(chǎng)合。*正向壓降低，反向恢復(fù)時(shí)間短2.1.5二極管的基本應(yīng)用2.2電力場(chǎng)效晶體管2.2電力場(chǎng)效晶體管2.2電力場(chǎng)效晶體管電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)2.2電力場(chǎng)效晶體管(1)靜態(tài)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)Gfs。2）電力MOSFET的基本特性電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性2.2電力場(chǎng)效晶體管2.2電力場(chǎng)效晶體管2.2電力場(chǎng)效晶體管2.3結(jié)緣柵雙極晶體管（IGBT）IGBT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)N溝道VDMOSFET與GTR組合——N溝道IGBT。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。2.3結(jié)緣柵雙極晶體管（IGBT）2.3結(jié)緣柵雙極晶體管（IGBT）IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性2.3結(jié)緣柵雙極晶體管（IGBT）2.3結(jié)緣柵雙極晶體管（IGBT）2.4MOSFET及IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)2.4MOSFET及IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)光耦合器的類型及接法a)普通型b)高速型c)高傳輸比型2.4MOSFET及IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)2.4MOSFET及IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路2.4MOSFET及IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路2.4MOSFET及IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)M57962L型IGBT驅(qū)動(dòng)器的原理和接線圖2.4MOSFET及IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)（3）脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng)

2.4MOSFET及IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)關(guān)斷時(shí)的負(fù)載線di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路b)波形2.4MOSFET及IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路另外兩種常用的緩沖電路a)RC吸收電路b)放電阻止型RCD吸收電路2.4MOSFET及IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)2.5功率模塊及功率集成電路2.5功率模塊及功率集成電路2.5功率模塊及功率集成電路本章小結(jié)主要內(nèi)容全面介紹各種主要電力電子器件的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、基本特性和主要參數(shù)等。集中討論電力電子器件的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電力電子器件類型歸納單極型：電力MOSFET雙極型：電力二極管復(fù)合型：IGBT本章小結(jié)本章小結(jié)IGBT為主體，第四代產(chǎn)品，制造水平2.5kV/1.8kA，兆瓦以下首選。仍