静电感应晶体管(SIT)

➢ IGCT ：（Integrated Gate-Commutated Thyristor）
也称GCT（Gate-Commutated Thyristor）。
• 20世纪90年代后期出现。结合了IGBT与GTO的优点， 容量与GTO相当，开关速度快10倍，且可省去GTO庞大而 复杂的缓冲电路，只不过所需的驱动功率仍很大；
五、 其它新型电力电子器件
➢ 一、静电感应晶体管（SIT）
➢ 它是一种多子导电的单极型器件，具有输出功率大、输 入阻抗高、开关特性好、热稳定性好、抗辐射能力强等优 点；
➢ 广泛用于高频感应加热设备(例如200kHz、200kW的高 频感应加热电源)。并适用于高音质音频放大器、大功率 中频广播发射机、电视发射机、差转机微波以及空间技术 等领域。
第1 4-5 其它新型电力电子器（SITH）
2、SITH的特性：
• 栅极负压-UGK可控制阳极电流关断，已关断的 SITH，A-K间只有很小的漏电流存在。 • SITH 为场控双极器件，其动态特性比GTO优越。其 通态电阻比SIT小、压降低、电流大，但因器件内有大量 的存储电荷， 所以其关断时间比SIT要长、工作频率要低。
的恶性循环；T0C ↑→ID↓ ➢ SIT的漏极电流通路上不存在PN结,一般不会发生热不稳定 性和二次击穿现象,其安全工作区范围较宽； ➢ 栅极驱动电路简单：关断SIT需加数十伏的负栅压-UGS；导
通时，也可加5～6V的正栅偏压&#
4-5 缓冲电路
➢ 1）原因： 电力电子器件断态时承受高电压，通态时承载大电
流，而开通和关断过程中开关器件可能同时承受过压、 过流、过大的du／dt和di／dt 以及过大的瞬时功率。
➢ 2）缓冲电路作用：防止高电压和大电流可能使器件 工作点超出安全工作区而损坏器件。
➢ 3）原理：关断缓冲电路吸收器件的关断过电压和换 相过电压，抑制 du／dt,减小关断损耗；开通缓冲电路 抑制器件开通时的电流过冲和 di／dt ,减小器件的开通 损耗。
• IGCT可望成为高功率高电压低频电力电子装置的优 选功率器件之一。
第4章 4-5 其它新型电力电子器（SIT）
2、SIT的特性 ➢ （N沟道SIT）：当栅源电压UGS一定时，随着漏源电压UDS
的增加，漏极电流ID也线性增加， ➢ 场控多子器件, 垂直导电结构,导电沟道短而宽,无电荷积累
效应,其开关速度相当快,适应于高压,大电流、高频场合； ➢ SIT的漏极电流具有负温度系数,可避免因温度升高而引起
两种经常使用的缓冲吸收回路
第4章 4-5 其它新型电力电子器（MCT）
➢2）工作原理（P-MCT） ➢控制信号：用双栅极控制，栅极信号以阳极为基准； ➢导通：当栅极相对于阳极加负脉冲电压时，ON-FET导通， 其漏极电流使NPN晶体管导通。NPN晶体管的导通又使PNP 晶体管导通且形成正反馈触发过程，最后导致MCT导通
➢关断：当栅极相对于阳极施 加正脉冲电压时，OFF-FET导 通，PNP晶体管基极电流中断, PNP晶体管中电流的中断破坏 了使MCT导通的正反馈过程， 于是MCT被关断。
第1章
4-5缓冲电路
❖中、小功率开关器件GTR的缓冲电路。
➢ GTR关断过程： 流过负载ＲL的电
流经电感LS、二极管ＤS给电容ＣS充电， 因为ＣS上电压不能突变，这就使GTR在 关断过程电压缓慢上升，同时也使电压上
升率du／dt被限制。
➢ GTR开通过程：一方面ＣS经ＲS、
ＬS和GTR回路放电减小了电流上升率di ／dt ，另一方面负载电流经电感ＬS后受 到了缓冲，避免了开通过程中GTR同时
第4章 4-5 其它新型电力电子器件（SIT）
一、SIT的结构及工作原理 ➢ 1）结构：三层、元胞结 构，三个电极：栅极G，漏 极D和源极S。 ➢ 2）分类：N沟道、P沟道 两种，箭头向外的为N─SIT， 箭头向内的为P─SIT。
3）原理：SIT为常开器件，即栅源电压为零时，SIT导通；当加 上负栅源电压UGS时，栅源间PN结产生耗尽层。随着负偏压 UGS的增加，其耗尽层加宽，漏源间导电沟道变窄。当 UGS=UP(夹断电压)时，导电沟道被耗尽层所夹断，SIT关断。
电源等领域； ➢ 缺点：SITH制造工艺复杂，成本高；
第1章 4-5 其它新型电力电子器（SITH）
1、SITH的工作原理 1）结构：在SIT的结构基础
上再增加一个P+层即形成 SITH的元胞结构；三极： 阳极A、阴极K、栅极G。
•2）原理： • SITH为常开器件：栅极开路，在阳、阴极之间加正向电 压，有电流流过SITH； • 在栅极G和阴极K之间加负电压，G-K之间PN结反偏，AK间电流被夹断，SITH关断； • 栅极所加的负偏压越高，可关断的阳极电流也越大。
第4章 4-5 其它新型电力电子器（MCT）
• 1、MCT的工作原理 • 1）结构：是晶闸管SCR和场效应管MOSFET复合而成的新
型器件，其主导元件是SCR，控制元件是MOSFET其元胞 有两种结构类型，N-MCT和P-MCT。 ➢ 三个电极：栅极G、阳极A和阴极K。
图1.8.6 P-MCT的结构、等效电路和符号
第4章 4-5 其它新型电力电子器（MCT）
三、MOS控制晶闸管MCT（ MOS-Controlled Thyristor) ➢ MCT自20世纪80年代末问世，已生产出300A/2000V、
1000A/1000V的器件； ➢ 结构：是晶闸管SCR和场效应管MOSFET复合而成的新型
器件，其主导元件是SCR，控制元件是MOSFET。MCT既具 有晶闸管良好的导通特性，又具备MOS场效应管输入阻抗 高、驱动功率低和开关速度快的优点，克服了晶闸管速度 慢、不能自关断和高压MOS场效应管导通压降大的不足。 ➢ 特点：耐高电压、大电流、通态压降低、输入阻抗高、驱 动功率小、开关速度高；
第4章 4-5 其它新型电力电子器（MCT）
MCT器件的最大可关断电流已达到300A，最高阻断电压 为3KV，可关断电流密度为325A/cm2，且已试制出由12个 MCT并联组成的模块。
在应用方面，美国西屋公司采用MCT开发的10kW高频 串并联谐振DC-DC变流器，功率密度已达到6.1W/cm3。美 国正计划采用MCT组成功率变流设备，建设高达500KV 的高压直流输电HVDC设备。国内的东南大学采用SDB键 合特殊工艺在实验室制成了100mA/100V MCT样品；西 安电力电子技术研究所利用国外进口厚外延硅片也试制 出了9A/300V MCT 样品。
承受大电流和高电压的情形。
GTR 缓冲电路
第1章
4-5 缓冲电路
❖ 大功率开关器件GTR的缓冲电路。 ❖ 将无感电容器C、快恢复二极管D和无
感电阻R组成RCD缓冲吸收回路。 ➢ 器件关断过程：电流经过C、D给无
感电容器充电，使器件的UCE电压缓慢 上升，有效抑制过电压的产生； ➢ 器件开通过程：C上的电荷再通过电 阻R经器件放电，可加速器件的导通。 ➢ 作用：①保护了器件，使之工作在安 全工作区；②器件的开关损耗有一部 分转移到了缓冲吸收回路的功率电阻R 上，降低了器件的损耗，且降低器件 的结温。从而可充分利用器件的电压 和电流容量。
P-MCT的等效电路
第4章 4-5 其它新型电力电子器（MCT）
其中：1）导通的MCT中晶闸管流过主电流，而触发通 道只维持很小的触发电流。 2）使P-MCT触发导通的栅极相对阳极的负脉冲幅度 一般为 -5～-15V，使其关断的栅极相对于阳极的正脉冲电压 幅度一般为+10V。
第1章 4-5 其它新型电力电子器（IGCT）
➢ SIT的漏极电流ID不但受栅极电压UGS控制，同时还受漏极电 压UDS控制。
第1章 4-5其它新型电力电子器（SITH）
二、静电感应晶闸管（SITH） ➢ 它自1972年开始研制并生产； ➢ 优点：与GTO相比，SITH的通态电阻小、通态压降
低、开关速度快、损耗小、 及耐压高等； ➢ 应用：应用在直流调速系统，高频加热电源和开关