2电力电子器件(3)-全控型器件.pptx

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1、电力电子技术(Power Electronics)电力电子器件武汉科技大学信息科学与工程学院2022-5-311第2章 电力电子器件电力电子技术(Power Electronics)电力电子器件武汉科技大学信息科学与工程学院2022-5-312电力电子技术(Power Electronics)电力电子器件武汉科技大学信息科学与工程学院2022-5-3132.4 典型全控型器件典型全控型器件 2.4.1 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管2.4.2 电力晶体管电力晶体管2.4.3 电力场效应晶体管电力场效应晶体管2.4.4 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管电力电子技术(Power Electron

2、ics)电力电子器件武汉科技大学信息科学与工程学院2022-5-314l20世纪80年代以来，信息电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合高频化、全控型、采用集成电路制造工艺的电力电子器件，从而将电力电子技术又带入了一个崭新时代l典型代表门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管l门极可关断晶闸管在晶闸管问世后不久出现2.4 典型全控型器件典型全控型器件 电力电子技术(Power Electronics)电力电子器件武汉科技大学信息科学与工程学院2022-5-3152.4.1 门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（门极可关断晶闸管（Gate-Turn-O

3、ff Thyristor, GTOGate-Turn-Off Thyristor, GTO）晶闸管的一种派生器件;可以通过在门极施加负的脉冲电流负的脉冲电流使其关断;GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用兆瓦以上首选，制造水平6kA/6kV。电力电子技术(Power Electronics)电力电子器件武汉科技大学信息科学与工程学院2022-5-3161、GTO的结构的结构 GTO为四层PNPN结构、三端引出线（A、K、G）的器件。和晶闸管不同的是：GTO内部是由许多四层结构的小晶闸管并联而成，这些小晶闸管的门极和阴极并联在一起，成为GT

4、O元，而普通晶闸管是独立元件结构。下图是GTO的结构示意图、等效电路和电气符号。GKGKGN2N1N2P2P1A电力电子技术(Power Electronics)电力电子器件武汉科技大学信息科学与工程学院2022-5-3172、GTO的工作原理的工作原理 （1 1）开通过程）开通过程 GTO也可等效成两个晶体管P1N1P2和N1P2N2互连，GTO与晶闸管最大区别就是导通后回路增益1+2数值不同，其中1和2分别为P1N1P2和N1P2N2的共基极电流放大倍数。晶闸管的回路增益1+2常为1.15左右，而GTO的1+2非常接近1。因而GTO处于临界饱和状态。这为门极负脉冲关断阳极电流提供有利条件。

5、电力电子技术(Power Electronics)电力电子器件武汉科技大学信息科学与工程学院2022-5-318 （2）关断过程）关断过程 当GTO已处于导通状态时，对门极加负的关断脉冲，形成负的IG，相当于将IC1的电流抽出，使晶体管N1P2N2的基极电流减小，使IC2和IK随之减小，IC2减小又使IA和IC1减小，这是一个正反馈过程。当IC2和IC1的减小使1+21时，等效晶体管N1P2N2和P1N1P2退出饱和，GTO不满足维持导通条件，阳极电流下降到零而关断。 电力电子技术(Power Electronics)电力电子器件武汉科技大学信息科学与工程学院9 由于GTO处于临界饱和状态，用

6、抽走阳极电流的方法破坏临界饱和状态，能使器件关断。而晶闸管导通之后，处于深度饱和状态，用抽走阳极电流的方法不能使其关断。正常工作时处于：临界饱和状态电力电子技术(Power Electronics)电力电子器件武汉科技大学信息科学与工程学院2022-5-3110GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别区别：设计2较大，使晶体管V2控 制灵敏，易于GTO关断。导通时1+2更接近1，导通时接近临界饱和，有利于门极控制关断，但导通时管压降增大。 多元集成结构，使得GTO比晶阐管开通更快，承受能di/dt能力更强。 电力电子技术(Power Electronics)电力电子器件武汉科技大

7、学信息科学与工程学院2022-5-3111GTO的关断特性的关断特性 GTO的关断过程有三个不同的时间，即存储时间ts、下降时间tf及尾部时间tt。l存储时间ts ：对应着从关断过程开始，到阳极电流开始下降到90%IA为止的一段时间间隔。l下降时间tf ：对应着阳极电流迅速下降，阳极电压不断上升和门极反电压开始建立的过程。l尾部时间tt ：则是指从阳极电流降到极小值时开始，直到最终达到维持电流为止的时间。电力电子技术(Power Electronics)电力电子器件武汉科技大学信息科学与工程学院2022-5-3112l开通过程开通过程：与普通晶闸管相同(td + tr)l关断过程关断过程：与普通晶闸管有所不同储存时间储存时间ts，使等效晶体管退出饱和。下降时间下降时间tf ，退至放大区，iA减小尾部时间尾部时间tt 残存载流子复合。通常tfts20V将导致绝缘层击穿d) 极间电容极间电容 三极间分别存在极间电容CGS、CGD和CDS电力电子技术(Power Electronics)电力电子器件武汉科技大学信息科学与工程学院43End