常用电力电子器件介绍(精)

绝缘栅双极晶体管（IGBT）
• 绝缘栅双极晶体管简称IGBT是一种集大功率晶体管（GTR）
和功率场效应晶体管（MOSFET）两者于一身的复合型器 件，它有三个极分别是集电极（C），发射极（E）和栅极 （G），如图2-5所示。输入阻抗很高，，它既有MOS器件 的工作速度快，驱动电路简单的特点，又具备了大功率晶 体管的电流大，通态电压低的优点。 因为IGBT性能优良，所以它已全面取代了功率晶体管而成 为中小容量电力变流装置中的主要器件，并广泛用于交流 变频调速，开关电源及其他设备中。随着IGBT单管容量的 不断提高，它已开始进入中大容量的电力变流装置中。
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常它有三个极：阳极（A）、阴极（K）和门极（G）。其工作原理是： 通过控制门极信号进行接通和关断晶闸管，其工作特点如下： 1.导通条件 在门极和阴极之间加一正向电压，即：G（＋）、K（－），GTO导通。 2.关断条件 在门极和阴极之间加一反向电压， G（－）、K（＋），GTO关断。 电路如图2-3所示 门极可关断晶闸管通断方便，是一种大功率无触点开关，它是逆变电 路中的主要开关元件，广泛用在中小容量变频器中。但由于受到反向 关断及工作频率的限制，门极可关断晶闸管正被新型的大功率晶体管 GTR所取代，但是在大容量变频器，GTO以其工作电流大，耐压高的 特性，仍得到普遍应用。
C1 B1 C
B
E1 B2 E
E1 C2
E2
E2
图 2-4
GTR 模块的内部电路
大功率晶体管（GTR）
• （一）、基本结构 • 是一种大功率晶体管，又叫双极型晶体管（BJT），GTR在结构上常用达林顿
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结构形式，是由多个晶体管复合组成的大功率晶体管，通过与反相续流二极 管并联组成一个模块，如图2-4所示。 GTR也具有三个极，分别是基极（B）、发射极（E）、集电极（C）。 （二）、GTR的工作特点 GTR如同普通的晶体管一样，也有三种工作状态，即放大、饱和及截止状态， 在大功率可控电路中，GTR主要工作在饱和状态和截止状态。 由于GTR工作在大功率电路中，因此管子的功耗是一个不容忽视的问题， GTR在截止和饱和状态时其功耗是很小的，但是在放大状态其功耗将增大百 倍，因此，逆变电路的GTR在交替切换的过程中是不允许在放大区稍做停留 的。GTR具有自关断能力及开关时间短、饱和压降低、安全工作区宽等特点， 广泛用于交流调速、变频电源中。在中小容量的变频器中，曾一度占据了主 导地位。
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A
A Ia N P2 N2 Ig Eg G
A
P1 N1 G P2 N2 J1 J2 J3 N1 G P2
P1
PNP Ic1 Ica Ib2
Ib1 Ic2
R
NPN
Ea IK
K
( a )
K
( b ) ( c )
K
图 2.2
晶闸管的内部工作过程
门极可关断晶闸管（GTO）
• 门极可关断晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而来。从结构上看通
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RC
IC UCபைடு நூலகம்C
G E u GE
图
2-5
IGBT的基本电路
功率场效应晶体管（MOSFET）
• 率场效应晶体管与场效应晶体管一样也是有三个
极，分别是源极S、漏极D和栅极G，管子的连接 及工作特性也基本与场效应晶体管一样。功率场 效应晶体管属于电压控制型器件，自关断能力强， 驱动功率很小，使用方便，开关频率比较高，无 二次击穿现象。功率场效应晶体管在存放和运输 中应有防静电装置，栅极不能开路工作，对于电 感性负载应有适当的保护措施。
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它有三个PN结：J1、J2、J3。其外形有 平板形和螺栓形，见图2.1（a）、(b)所 示。三个引出端分别叫做阳极A、阴极K 和门极G，门极也叫控制级。晶闸管的图 形符号见图2.1(c)所示。
K G A
G
G A K
K
A
(a) 平板形
(b) 螺栓形
(c) 图形符号
图 2.1 晶闸管的外形和图形符号
晶闸管的工作原理
• 由晶闸管的结构可知，晶闸管是一种四层三端器件，有J1、J2、J3三个PN结，
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见图2.2(a)所示.当把中间的N1和P2分为两部分，则可构成一个NPN型晶体管 和一个PNP型晶体管的复合管，如图2.2(b)所示。 1.晶闸管的导电特性：单向导电特性和正向导通的可控性。 2.晶闸管的导通条件： （1）晶闸管的阳极－阴极之间加正向电压。 （2）晶闸管的门极－阴极之间有正向触发电压,且有足够的触发电流。 3.维持电流：保持晶闸管导通的最小阳极电流。 由图2.2（c）可知，每个晶体管的集电极电流是另一个晶体管的基极电流。 两个晶体管相互复合,当有足够的门极电流Ig时，就会形成强烈的正反馈，即 此时两个晶体管迅速饱和导通，即晶闸管饱和导通。 若要关断晶闸管，则应设法使晶闸管的阳极电流减小到维持电流以下。
果好，而交流电机结构简单但调速效果一 般，随着大功率可控整流器件的出现使得 交流调速进入了实际应用的阶段。
晶闸管(Thyristor)的结构及工作原理
• 晶闸管(Thyristor)俗称硅晶体闸流管。晶闸
管通常有普通晶闸管、双向晶闸管、可关 断晶闸管、逆导晶闸管和快速晶闸管等。 普通晶闸管也叫可控硅，用SCR表示，国际 通用名称为Thyristor简称T。 • 晶闸管的结构 晶闸管内部是一种四层（P、 N、P、N）结构，对外呈三端（A、G、K） 大功率半导体器件，
常用电力电子器件介绍
一、晶闸管(Thyristor)的结构及工作 原理 二、门极可关断晶闸管（GTO）
三、大功率晶体管（GTR）
四、功率场效应晶体管（MOSFET） 五、绝缘栅双极晶体管（IGBT）
复习提问
• 1、什么是直流电机，什么是交流电机？ • 2、三相异步电动机转速公式表达
式。
导入新课
• 从复习可知，直流电机结构复杂但调速效