典型全控型电力电子器件 PPT

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(4)最高工作结温TJM
3.二次击穿和安全工作区
(1)二次击穿 二次击穿是由于集电极电压升高到一定值(未
达到极限值)时,发生雪崩效应造成的。一般情况下, 只要功耗不超过极限,GTR是可以承受的,但是在实 际使用中,会出现负阻效应,使iE进一步剧增。由 于GTR结面的缺陷、结构参数的不均匀,使局部电流 密度剧增,形成恶性循环,使GTR损坏。
off
I ATO I GM
三、GTO的驱动与保护
1.GTO门极驱动电路 对门极驱动电路的要求: 1)正向触发电流iG。由于GTO是多元集成结构,
为了使内部并联的GTO元开通一致性好,故要求GTO 门极正向驱动电流的前沿必须有足够的幅度和陡度, 正脉冲的后沿陡度应平缓。
2)反向关断电流﹣iG。为了缩短关断时间与减 少关断损耗,要求关断门极电流前沿尽可能陡,而 且持续时间要超过GTO的尾部时间。还要求关断门极 电流脉冲的后沿陡度应尽量小。
图4-4 较为理想的门极电压和电流波形
2.GTO的驱动电路
a)
b)
图4-5 GTO门极驱动电路
a)小容量GTO门极驱动电路 b)较大容量GTO桥式门极驱动电路
3.GTO的保护电路
a)
b)
c)
d)
图4-6 GTO的阻容缓冲电路
图4-6为GTO的阻容缓冲电路。图4-6a只能用于小电流;图4-6b加 在GTO上的初始电压上升率大,因而在GTO电路中不推荐;图4-6c与图 4-6d是较大容量GTO电路中常见的缓冲器,其二极管尽量使用速度快 的,并使接线短,从而使缓冲器电容效果更显著。
典型全控型电力 电子器件
全控型电力电子器件
学习目标
1. 掌握GT0、GTR、功率MOSFET、IGBT四种 常见全控型电力电子器件的工作原理、特性、 主要参数、驱动电路及使用中应注意的问题。
2. 熟悉常见全控型电力电子器件各自特点以及 适用场合。
3. 了解新型电力电子器件的概况。
第一节 门极可关断晶闸管(GTO)
第二节 电力晶体管(GTR)
一、电力晶体管的结构与工作原理 1.电力晶体管的结构
a)
b)
图4-7 NPN型电力晶体管的内部结构及电气图形符号
a) 内部结构 b) 电气图形符号
电力晶体管的外形图
2.工作原理
在电力电子技术中,GTR主要工作在开关状态。晶体
管通常连接成共发射极电路,GTR通常工作在正偏(Ib>0) 时大电流导通;反偏(Ib<0)时处于截止状态。因此,给
一、GTO的结构与工作原理 1.基本结构
a)芯片的实际图形
b) GTO结构的纵断面
c) GTO结构的纵断面 d)图形符号
图4-1 GTO的内部结构和电气图形符号
GTO的外形图
2.工作原理
图4-2 GTO的工作原理电路
当图中开关S置于“1”时,IG是正向触发电流,控制GTO导
通;S置于“2”时,则门极加反向电流,控制GTO关断。
GTR的基吸施加幅度足够大的脉冲驱动信号,它将工作于 导通和截止的开关状态。
二、电力晶体管的特性与主要参数
1. GTR的基本特性
(1)静态特性
共发射极接法时,GTR的典型输出特性如图4-8所示, 可分为三个工作区:
① 截止区。在截止区内,iB≤0,uBE≤0,uBC<0,
集电极只有漏电流流过。
② 放大区。iB >0,uBE>0,uBC<0,iC =βiB。
二、GTO的特性与主要参数
1.GTO的开关特性
图4-3 GTO在开通和关断过程中电流的波形
2.GTO的主要参数
GTO的基本参数与普通晶闸管大多相同。
1) 反向重复峰值电压URRM:
① 不规定URRM值。
② URRM值很低。
③ URRM略低于UDRM。
④ URRM = UDRM。
⑤ URRM略大于UDRM。
图4-11 GTR基极驱动电流波形
(2)基极驱动电路
图4-12 实用的GTR驱动电路
3.GTR的保护电路
a)
b)
c)
图4-13 GTR的缓冲电路
图4-13a所示RC缓冲电路简单,对关断时集电极—发射极间电压上升
有抑制作用。这种电路只适用于小容量的GTR(电流10 A以下)。
图4-13b所示充放电型R、C、VD缓冲电路增加了缓冲二极管VD2,可以
(2)安全工作区 以直流极限参数ICM、PCM、UCEM构成的工作区为 一次击穿工作区,如图4-10所示。
图4-10 GTR安全工作区
三、电力晶体管的驱动与保护
1.GTR基极驱动电路 (1)对基极驱动电路的要求 ①由于GTR主电路电压较高,控制电路电压较低,所以应实现主电路与 控制电路间的电隔离。 ②在使GTR导通时,基极正向驱动电流应有足够陡的前沿,并有一定幅 度的强制电流,以加速开通过程,减小开通损耗,如图4-11所示。 ③GTR导通期间,在任何负载下,基极电流都应使GTR处在临界饱和状态, 这样既可降低导通饱和压降,又可缩短关断时间。 ④在使GTR关断时,应向基极提供足够大的 反向基极电流(如图4-11波形所示),以加快关 断速度,减小关断损耗。 ⑤应有较强的抗干扰能力,并有一定的保 护功能。
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饱和区。iB
I CS
,uBE>0,uBC>0,iCS是集电极
饱和电流,其值由外电路决定。
(2)动态特性
图4-8 GTR共发射极接法的输出特性
图4-9 GTR开关特性
2.GTR的参数
(1)最高工作电压
①BUCBO:射极开路时,集-基极间的反向击穿电压。 ②BUCEO:基极开路时,集-射极之间的击穿电压。 ③BUCER:GTR的射极和基极之间接有电阻R。 ④BUCES:发射极和基极短路,集-射极之间的击穿电压。 ⑤BUCEX:发射结反向偏置时,集-射极之间的击穿电压。 其中BUCBO > BUCES > BUCES> BUCER> BUCEO,实际使用时, 为确保安全,最高工作电压要比BUCEO低得多。 (2)集电极最大允许电流ICM (3)集电极最大允许耗散功率PCM
2)最大可关断阳极电流IATO:GTO的最大阳极电流受发热和饱和深度两个
因素限制。阳极电流过大,内部晶体管饱和深度加深,使门极关断失效。
所以GTO必须规定一个最大可关断阳极电流,也就是GTO的铭牌电流。
3)关断增益βoff 最大可关断阳极电流IATO与门极负脉冲电流最大值 IGM之比称为电流关断增益βoff。即
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