电力电子器件特性介绍及对比
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动态参数
1.开通时间=延迟时间+上升时间
2.关断时间=储存时间+下降时间
动态参数
1.开通时间=延迟时间+上升时间
2.关断时间=关断延时时间+下降时间
动态参数
1.开通时间=开通延迟时间+电流上升时间+电压下降时间
2.关断时间=关断延迟时间+电压上升时间+电流下降时间
电流放大倍数β=Ic/Ib
直流电流增益hfe≈β
集电极最大允Biblioteka Baidu耗散功率
跨导：
Gfs=dID/dUGS
最大集电极功耗PcM
极间电容：
Ciss=Cgs+Cgd
Crss=Cgd
Coss=Cds+Cgd
晶闸管
SCR/Thyristor
SiliconControlledRectifier
门极可关断晶闸管
GTO
Gate-Turn-Off Thyristor
电力晶体管
产生原因：
1.集电极通态连续电流大于临界值（静态）
2.关断时，内部MOSFET关断迅速，总电流很快下降，主电路分布电感在IGBT集射极上产生高压，电压上升率大，在J2结电容上产生充电电流（位移电流）CJ2dUce/dt，流过电阻Rbr时，产生正向偏置电压，使寄生晶闸管满足开通条件（动态）
3.温度升高加重危险
2.反向重复峰值电压
3.额定电压
电压定额
1.断态重复峰值电压
2.反向重复峰值电压
3.额定电压
电压定额
1.最高工作电压< BUceo
BUcbo>BUcex>BUces>BUcer>BUceo
电压定额
1.开启电压
2.漏极电压
3.栅源电压
电压定额
1.最大集射极间电圧Uces
电流定额
1.通态平均电流（额定电流）
2.维持电流
3.擎住电流
4.浪涌电流
电流定额
1.通态平均电流（额定电流）
2.维持电流
3.擎住电流
4.浪涌电流
5.最大可关断阳极电流
（GTO额定电流）
6.电流关断增益βoff
电流定额
1.集射极间漏电流
2.集电极最大允许电流
电流定额
1.漏极直流电流
2.漏极脉冲电流幅值
电流定额
1.最大集电极电流
额定直流电流Ic
GTR
Giant Transistor
电力场效应晶体管
PowerMOSFET
绝缘栅双极晶体管
IGBT
Insulated-gateBipolarTransistor
晶闸管导通条件：
1.门极注入触发电流；
2.阳极电压升至相当高造成雪崩效应；
3.阳极电压上升率du/dt过大；
4.结温较高；
5.光直接照射硅片，即光触发；
GTO能够通过门极关断：
(1)设计时使a2较大，可使晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断；
(2)导通时饱和不深，a1+a2更接近于1，有利于门极控制关断；
(3)多元集成结构使GTO单元阴极面积很小，门阴极间距离大为缩短，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流，导通时饱和程度较浅
一次击穿（雪崩击穿）：只要限制电流就不会损坏，工作特性不变
虽然电力MOSFET是场控器件，静态时几乎不需要输入电流，但在开关过程中需对输入电容充放电，仍需一定的驱动功率。开关频率越高，需要的驱动功率越大。
加正向电压时，为正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过。若正向电压超过临界值，即正向转折电压，则漏电流急剧增大，器件迅速开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。此为硬开通。
晶闸管
SCR/Thyristor
SiliconControlledRectifier
门极可关断晶闸管
GTO
Gate-Turn-Off Thyristor
电力晶体管
GTR
Giant Transistor
电力场效应晶体管
PowerMOSFET
绝缘栅双极晶体管
IGBT
Insulated-gateBipolarTransistor
4.若要关断，只能利用外加电压或外电路作用使晶闸管的电流降到维持电流以下；
寄生二极管：在漏极和源极之间由P区、N-漂移区和N+区形成的与MOSFET反并联的二极管，使得在源、漏极间加反向电压时器件导通；
擎住效应：
IGBT内部寄生着一个N-PN+晶体管，与作为主开关器件的P+NP-晶体管组成了寄生晶闸管。NPN晶体管基射极间的体区电阻上，P区的横向电流会产生一定压降，相当于在NPN基射极加一个正向偏置电压。当集电极电流大到一定程度时，此电压使NPN晶体管导通，进而使NPN和PNP型晶体管互锁，进入饱和状态，于是寄生晶闸管开通，栅极失去控制作用。
二次击穿：永久损坏，或工作特性明显衰弱
安全工作区SOA：
由最高电压、集电极最大电流、最大耗散功率、二次击穿临界线确定
N-漂移区（低掺杂N区）：能够承受高电压，但无电导调制效应，通态电阻增大，损耗增加
双极型PNP晶体管的存在，带来电导调制效应的好处，但引入了少子储存现象，因而开关速度低于电力MOSFET，
8.通态压降比VDMOSFET低，特别大电流时；
9.输入阻抗高；
10.在保持高开关频率同时，耐压和通流能力还能进一步提高；
伏安特性
正向特性
反向特性
输出特性（共射接法）
截止区
放大区
饱和区
工作于截止区和饱和区，但开关时要经过放大区
输出特性（漏极伏安特性）
截止区
饱和区：UDS增加时ID不再增加
非饱和区：UDS增加时ID相应增加
工作于截止区和非饱和区
输出特性（伏安特性）
正向阻断区
有源区
饱和区
工作于正向阻断区和饱和区
电压定额
1.断态重复峰值电压
1ms脉宽最大电流Icp
动态参数
1.开通时间=延迟时间+上升时间
2.关断时间=反向阻断恢复时间+正向阻断恢复时间
3.断态电压临界上升率du/dt
4.通态电流临界上升率di/dt
动态参数
1.开通时间=延迟时间+上升时间
2.关断时间=储存时间+下降时间
3.断态电压临界上升率du/dt
4.通态电流临界上升率di/dt
反向电压超过一定的限度，到反向击穿电压后，外电路如不采取措施，则反向漏电流急剧增大，导致晶闸管发热损坏。
电力MOSFET特性：
1.工作频率高；
2.驱动功率小；
3.无二次击穿现象；
4.安全工作区宽；
5.压控型，输入阻抗高，输入电流小；
IGBT特性和参数特点：
6.开关速度高，开关损耗小；
7.在相同电压和电流定额时，安全工作区SOA比GTR大，且具有耐脉冲电流冲击能力；
通态电阻具有正温度系数，对器件并联均流有利
通态压降在电流较大（接近额定值）时具有正温度系数，并联使用时具有自动调节均流能力
正常工作特性：
1.承受反压时，不论门极是否有触发电流，都不导通；
2.承受正压时，仅在门极有触发电流时，才能导通；
3.一旦导通，门极失去控制作用，无论触发电流是否存在，都保持导通；
1.开通时间=延迟时间+上升时间
2.关断时间=储存时间+下降时间
动态参数
1.开通时间=延迟时间+上升时间
2.关断时间=关断延时时间+下降时间
动态参数
1.开通时间=开通延迟时间+电流上升时间+电压下降时间
2.关断时间=关断延迟时间+电压上升时间+电流下降时间
电流放大倍数β=Ic/Ib
直流电流增益hfe≈β
集电极最大允Biblioteka Baidu耗散功率
跨导：
Gfs=dID/dUGS
最大集电极功耗PcM
极间电容：
Ciss=Cgs+Cgd
Crss=Cgd
Coss=Cds+Cgd
晶闸管
SCR/Thyristor
SiliconControlledRectifier
门极可关断晶闸管
GTO
Gate-Turn-Off Thyristor
电力晶体管
产生原因：
1.集电极通态连续电流大于临界值（静态）
2.关断时，内部MOSFET关断迅速，总电流很快下降，主电路分布电感在IGBT集射极上产生高压，电压上升率大，在J2结电容上产生充电电流（位移电流）CJ2dUce/dt，流过电阻Rbr时，产生正向偏置电压，使寄生晶闸管满足开通条件（动态）
3.温度升高加重危险
2.反向重复峰值电压
3.额定电压
电压定额
1.断态重复峰值电压
2.反向重复峰值电压
3.额定电压
电压定额
1.最高工作电压< BUceo
BUcbo>BUcex>BUces>BUcer>BUceo
电压定额
1.开启电压
2.漏极电压
3.栅源电压
电压定额
1.最大集射极间电圧Uces
电流定额
1.通态平均电流（额定电流）
2.维持电流
3.擎住电流
4.浪涌电流
电流定额
1.通态平均电流（额定电流）
2.维持电流
3.擎住电流
4.浪涌电流
5.最大可关断阳极电流
（GTO额定电流）
6.电流关断增益βoff
电流定额
1.集射极间漏电流
2.集电极最大允许电流
电流定额
1.漏极直流电流
2.漏极脉冲电流幅值
电流定额
1.最大集电极电流
额定直流电流Ic
GTR
Giant Transistor
电力场效应晶体管
PowerMOSFET
绝缘栅双极晶体管
IGBT
Insulated-gateBipolarTransistor
晶闸管导通条件：
1.门极注入触发电流；
2.阳极电压升至相当高造成雪崩效应；
3.阳极电压上升率du/dt过大；
4.结温较高；
5.光直接照射硅片，即光触发；
GTO能够通过门极关断：
(1)设计时使a2较大，可使晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断；
(2)导通时饱和不深，a1+a2更接近于1，有利于门极控制关断；
(3)多元集成结构使GTO单元阴极面积很小，门阴极间距离大为缩短，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流，导通时饱和程度较浅
一次击穿（雪崩击穿）：只要限制电流就不会损坏，工作特性不变
虽然电力MOSFET是场控器件，静态时几乎不需要输入电流，但在开关过程中需对输入电容充放电，仍需一定的驱动功率。开关频率越高，需要的驱动功率越大。
加正向电压时，为正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过。若正向电压超过临界值，即正向转折电压，则漏电流急剧增大，器件迅速开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。此为硬开通。
晶闸管
SCR/Thyristor
SiliconControlledRectifier
门极可关断晶闸管
GTO
Gate-Turn-Off Thyristor
电力晶体管
GTR
Giant Transistor
电力场效应晶体管
PowerMOSFET
绝缘栅双极晶体管
IGBT
Insulated-gateBipolarTransistor
4.若要关断，只能利用外加电压或外电路作用使晶闸管的电流降到维持电流以下；
寄生二极管：在漏极和源极之间由P区、N-漂移区和N+区形成的与MOSFET反并联的二极管，使得在源、漏极间加反向电压时器件导通；
擎住效应：
IGBT内部寄生着一个N-PN+晶体管，与作为主开关器件的P+NP-晶体管组成了寄生晶闸管。NPN晶体管基射极间的体区电阻上，P区的横向电流会产生一定压降，相当于在NPN基射极加一个正向偏置电压。当集电极电流大到一定程度时，此电压使NPN晶体管导通，进而使NPN和PNP型晶体管互锁，进入饱和状态，于是寄生晶闸管开通，栅极失去控制作用。
二次击穿：永久损坏，或工作特性明显衰弱
安全工作区SOA：
由最高电压、集电极最大电流、最大耗散功率、二次击穿临界线确定
N-漂移区（低掺杂N区）：能够承受高电压，但无电导调制效应，通态电阻增大，损耗增加
双极型PNP晶体管的存在，带来电导调制效应的好处，但引入了少子储存现象，因而开关速度低于电力MOSFET，
8.通态压降比VDMOSFET低，特别大电流时；
9.输入阻抗高；
10.在保持高开关频率同时，耐压和通流能力还能进一步提高；
伏安特性
正向特性
反向特性
输出特性（共射接法）
截止区
放大区
饱和区
工作于截止区和饱和区，但开关时要经过放大区
输出特性（漏极伏安特性）
截止区
饱和区：UDS增加时ID不再增加
非饱和区：UDS增加时ID相应增加
工作于截止区和非饱和区
输出特性（伏安特性）
正向阻断区
有源区
饱和区
工作于正向阻断区和饱和区
电压定额
1.断态重复峰值电压
1ms脉宽最大电流Icp
动态参数
1.开通时间=延迟时间+上升时间
2.关断时间=反向阻断恢复时间+正向阻断恢复时间
3.断态电压临界上升率du/dt
4.通态电流临界上升率di/dt
动态参数
1.开通时间=延迟时间+上升时间
2.关断时间=储存时间+下降时间
3.断态电压临界上升率du/dt
4.通态电流临界上升率di/dt
反向电压超过一定的限度，到反向击穿电压后，外电路如不采取措施，则反向漏电流急剧增大，导致晶闸管发热损坏。
电力MOSFET特性：
1.工作频率高；
2.驱动功率小；
3.无二次击穿现象；
4.安全工作区宽；
5.压控型，输入阻抗高，输入电流小；
IGBT特性和参数特点：
6.开关速度高，开关损耗小；
7.在相同电压和电流定额时，安全工作区SOA比GTR大，且具有耐脉冲电流冲击能力；
通态电阻具有正温度系数，对器件并联均流有利
通态压降在电流较大（接近额定值）时具有正温度系数，并联使用时具有自动调节均流能力
正常工作特性：
1.承受反压时，不论门极是否有触发电流，都不导通；
2.承受正压时，仅在门极有触发电流时，才能导通；
3.一旦导通，门极失去控制作用，无论触发电流是否存在，都保持导通；