電力電子技術及應用課件05

1、2022-4-2712.4 典型全控型器件典型全控型器件引言引言門極可關斷晶閘管在晶閘管問世后不久出現(xiàn)。門極可關斷晶閘管在晶閘管問世后不久出現(xiàn)。20世紀世紀80年代以來，電力電子技術進入了一個年代以來，電力電子技術進入了一個嶄新時代。嶄新時代。典型代表典型代表門極可關斷晶閘管、電力晶體管、門極可關斷晶閘管、電力晶體管、電力場效應晶體管、絕緣柵雙極晶體管。電力場效應晶體管、絕緣柵雙極晶體管。電力電力MOSFETIGBT單管及模塊單管及模塊2022-4-2722.4.1 門極可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管晶閘管的一種派生器件，但晶閘管的一種派生器件，但可以通過在門極施加負的脈沖可以通過在門極施加負的

2、脈沖電流使其關斷，因而屬于電流使其關斷，因而屬于全控全控型器件型器件。 GTO的結構和工作原理的結構和工作原理 GTO的結構的結構 是是PNPN四層半導體結四層半導體結 構構。 是一種多元的功率集成是一種多元的功率集成 器件，雖然外部同樣引出個器件，雖然外部同樣引出個 極，但內部則包含數(shù)十個甚極，但內部則包含數(shù)十個甚 至數(shù)百個共陽極的至數(shù)百個共陽極的小小GTO 元元，這些，這些GTO元的元的陰極陰極和和門門 極極則在器件內部則在器件內部并聯(lián)并聯(lián)在一起。在一起。 圖圖2-14 GTO的內部結構和電氣圖形符號的內部結構和電氣圖形符號a)各單元的陰極、門極間隔排列的圖形各單元的陰極、門極間隔排列的圖

3、形 b) 并聯(lián)單元結構斷面示意圖并聯(lián)單元結構斷面示意圖 c) 電氣圖形符號電氣圖形符號 2022-4-2732.4.1 門極可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管 圖圖2-8 晶閘管的雙晶體管模型晶閘管的雙晶體管模型 及其工作原理及其工作原理 a) 雙晶體管模型雙晶體管模型 b) 工作原理工作原理GTO的工作原理的工作原理 仍然可以用如圖仍然可以用如圖2-8所示的所示的雙晶體雙晶體管模型管模型來分析，來分析，V1、V2的共基極電流的共基極電流增益分別是增益分別是 1、 2。 1+ 2=1是器件臨是器件臨界導通的條件，大于界導通的條件，大于1導通，小于導通，小于1則則關斷。關斷。 GTO與普通晶閘管的不同

4、與普通晶閘管的不同 設計設計 2較大，使晶體管較大，使晶體管V2控制控制 靈靈敏，易于敏，易于GTO關斷。關斷。 導通時導通時 1+ 2更接近更接近1，導通時接，導通時接近近臨界飽和臨界飽和，有利門極控制關斷，但，有利門極控制關斷，但導通時管導通時管壓降壓降增大。增大。 多元集成結構，使得多元集成結構，使得P2基區(qū)基區(qū)橫向橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。電阻很小，能從門極抽出較大電流。 2022-4-2742.4.1 門極可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管GTO的導通過程與普通晶閘管是一樣的，的導通過程與普通晶閘管是一樣的，只不過導通時只不過導通時飽和程度飽和程度較淺。較淺。 而關斷時，給門極加

5、負脈沖，即從門極抽而關斷時，給門極加負脈沖，即從門極抽出電流，當兩個晶體管發(fā)射極電流出電流，當兩個晶體管發(fā)射極電流IA和和IK的的減小使減小使 1+ 21時，器件退出時，器件退出飽和飽和而關斷。而關斷。 GTO的的多元集成結構多元集成結構使得其比普通晶閘管使得其比普通晶閘管開通過程開通過程更快，承受更快，承受di/dt的能力增強。的能力增強。 2022-4-2752.4.1 門極可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管GTO的動態(tài)特性的動態(tài)特性 開通過程與普通晶閘管開通過程與普通晶閘管類似。類似。 關斷過程關斷過程 儲存時間儲存時間ts 下降時間下降時間tf 尾部時間尾部時間tt 通常通常tf比比ts小得

6、多，而小得多，而tt比比ts要長。要長。 門極負脈沖電流門極負脈沖電流幅值幅值越大，越大，前沿前沿越陡，越陡， ts就越就越短。使門極負脈沖的短。使門極負脈沖的后沿后沿緩慢衰減，在緩慢衰減，在tt階段仍能階段仍能保持適當?shù)谋３诌m當?shù)呢撾妷贺撾妷?，則可，則可以縮短以縮短尾部時間尾部時間。圖圖2-15 GTO的開通和關斷過程電流波形的開通和關斷過程電流波形 Ot0tiGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6抽取飽和導通時抽取飽和導通時儲存的大量載流儲存的大量載流子的時間子的時間等效晶體管從飽等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū)，和區(qū)退至放大區(qū)，陽極電流逐漸減陽極電流逐

7、漸減小時間小時間 殘存殘存載流載流子復子復合所合所需時需時間間 2022-4-2762.4.1 門極可關斷晶閘管門極可關斷晶閘管GTO的主要參數(shù)的主要參數(shù) GTO的許多參數(shù)都和普通晶閘管相應的參數(shù)意義相同。的許多參數(shù)都和普通晶閘管相應的參數(shù)意義相同。 最大可關斷陽極電流最大可關斷陽極電流IATO 用來標稱用來標稱GTO額定電流額定電流。 電流關斷增益電流關斷增益 off 最大可關斷陽極電流最大可關斷陽極電流IATO與門極負脈沖電流最大值與門極負脈沖電流最大值IGM之比。之比。 off一般很小，只有一般很小，只有5左右，這是左右，這是GTO的一個主要缺點。的一個主要缺點。 開通時間開通時間ton

8、 延遲延遲時間與時間與上升上升時間之和。時間之和。 延遲時間一般約延遲時間一般約12 s，上升時間則隨，上升時間則隨通態(tài)陽極電流值通態(tài)陽極電流值的增大而的增大而 增大。增大。 關斷時間關斷時間toff 一般指一般指儲存儲存時間和時間和下降下降時間之和，而不包括時間之和，而不包括尾部尾部時間。時間。 儲存時間隨儲存時間隨陽極電流陽極電流的增大而增大，下降時間一般小于的增大而增大，下降時間一般小于2 s。不少不少GTO都制造成都制造成逆導型逆導型，類似于逆導晶閘管。當需要承受反向電，類似于逆導晶閘管。當需要承受反向電壓時，應和壓時，應和電力二極管電力二極管串聯(lián)使用。串聯(lián)使用。 2022-4-277

9、2.4.2 電力晶體管電力晶體管電力晶體管（電力晶體管（Giant TransistorGTR）按英文直譯為巨型晶體管，是一種耐高電壓、按英文直譯為巨型晶體管，是一種耐高電壓、大電流的大電流的雙極結型晶體管（雙極結型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT） GTR的結構和工作原理的結構和工作原理 與普通的雙極結型晶體管基本原理是一與普通的雙極結型晶體管基本原理是一樣的。樣的。 最主要的特性是最主要的特性是耐壓高耐壓高、電流大電流大、開關開關特性好。特性好。 2022-4-278 GTR的結構的結構 采用至少由兩個晶體管按采用至少由兩個晶體管按達林頓接法達林頓接法組

10、成的單元結構，并采用集組成的單元結構，并采用集成電路工藝將許多這種單元成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)并聯(lián)而成。而成。 GTR是由是由三層半導體三層半導體（分別引出集電極、基極和發(fā)射極）形成（分別引出集電極、基極和發(fā)射極）形成的兩個的兩個PN結（集電結和發(fā)射結）構成，多采用結（集電結和發(fā)射結）構成，多采用NPN結構。結構。2.4.2 電力晶體管電力晶體管圖圖2-16 GTR的結構、電氣圖形符號和內部載流子的流動的結構、電氣圖形符號和內部載流子的流動a) 內部結構斷面示意圖內部結構斷面示意圖 b) 電氣圖形符號電氣圖形符號 c) 內部載流子的流動內部載流子的流動+表示高表示高摻雜濃摻雜濃度，度，-表

11、表示低摻示低摻雜濃度雜濃度 2022-4-2792.4.2 電力晶體管電力晶體管Iiiceobc空穴流電子流c)EbEcibic=ibie=(1+ )ib圖圖2-16 c) 內部載流子的流動內部載流子的流動 iibc在應用中，在應用中，GTR一般采用共發(fā)射極接一般采用共發(fā)射極接法。集電極電流法。集電極電流ic與基極電流與基極電流ib之比為之比為 稱為稱為GTR的的電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)，它反映，它反映了基極電流對集電極電流的控制能力。了基極電流對集電極電流的控制能力。當考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流當考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流Iceo時，時，ic和和ib的關系為的關系為 單管單管GTR的

12、的 值比處理信息用的小功值比處理信息用的小功率晶體管小得多，通常為率晶體管小得多，通常為10左右，采用左右，采用達林頓接法達林頓接法可以有效地增大電流增益?？梢杂行У卦龃箅娏髟鲆妗?2-9)(2-10)2022-4-27102.4.2 電力晶體管電力晶體管GTR的基本特性的基本特性 靜態(tài)特性靜態(tài)特性 在在共發(fā)射極共發(fā)射極接法時的典接法時的典 型輸出特性分為型輸出特性分為截止區(qū)截止區(qū)、放放 大區(qū)大區(qū)和和飽和區(qū)飽和區(qū)三個區(qū)域。三個區(qū)域。 在電力電子電路中，在電力電子電路中， GTR工作在工作在開關狀態(tài)開關狀態(tài)，即工，即工 作在作在截止區(qū)截止區(qū)或或飽和區(qū)飽和區(qū)。 在開關過程中，即在截在開關過程中，即

13、在截 止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時， 一般要經(jīng)過一般要經(jīng)過放大區(qū)放大區(qū)。截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)OIcib3ib2ib1ib1ib220V將導致絕緣層將導致絕緣層擊穿。擊穿。 極間電容極間電容 CGS、CGD和和CDS。 漏源間的漏源間的耐壓耐壓、漏極最大允許、漏極最大允許電流電流和最大和最大耗散功率耗散功率決決定了電力定了電力MOSFET的安全工作區(qū)。的安全工作區(qū)。 2022-4-27242.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管GTR和和GTO是雙極型電流驅動器件，由于具有是雙極型電流驅動器件，由于具有電導調制效應，其通流能力很強，但開關速度較電導調制效應，其通流能力很強，但

14、開關速度較低，所需驅動功率大，驅動電路復雜。而電力低，所需驅動功率大，驅動電路復雜。而電力MOSFET是單極型電壓驅動器件，開關速度快，是單極型電壓驅動器件，開關速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅動功率小而且驅輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅動功率小而且驅動電路簡單。動電路簡單。絕緣柵雙極晶體管（絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolar TransistorIGBT或或IGT）綜合了綜合了GTR和和MOSFET的優(yōu)點，因而具有良好的特性。的優(yōu)點，因而具有良好的特性。 2022-4-27252.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT的結構和工作原理的結構和工作原理

15、 IGBT的結構的結構 是三端器件，具有是三端器件，具有柵極柵極G、 集電極集電極C和和發(fā)射極發(fā)射極E。 由由N溝道溝道VDMOSFET與與雙雙 極型晶體管極型晶體管組合而成的組合而成的IGBT， 比比VDMOSFET多一層多一層P+注入注入 區(qū)，實現(xiàn)對漂移區(qū)電導率進行調區(qū)，實現(xiàn)對漂移區(qū)電導率進行調 制，使得制，使得IGBT具有很強的具有很強的通流通流 能力。能力。 簡化等效電路表明，簡化等效電路表明，IGBT 是用是用GTR與與MOSFET組成的組成的達達 林頓林頓結構，相當于一個由結構，相當于一個由 MOSFET驅動的厚基區(qū)驅動的厚基區(qū)PNP晶晶 體管。體管。 圖圖2-23 IGBT的結構

16、、的結構、簡化等效電路和電氣簡化等效電路和電氣圖形符號圖形符號a) 內部結構內部結構斷面示意圖斷面示意圖 b) 簡化等簡化等效電路效電路 c) 電氣圖形符電氣圖形符號號RN為晶體為晶體管基區(qū)內的管基區(qū)內的調制電阻。調制電阻。 2022-4-27262.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT的工作原理的工作原理 IGBT的驅動原理與電力的驅動原理與電力MOSFET基本相同，是一種基本相同，是一種場場控控器件。器件。 其開通和關斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓其開通和關斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓UGE決定的。決定的。 當當UGE為正且大于開啟電壓為正且大于開啟電壓UGE(th)時，時，MOSF

17、ET內形成內形成溝道，并為晶體管提供基極電流進而使溝道，并為晶體管提供基極電流進而使IGBT導通。導通。 當柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號時，當柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號時，MOSFET內的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使內的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使得得IGBT關斷。關斷。 電導調制效應電導調制效應使得電阻使得電阻RN減小，這樣高耐壓的減小，這樣高耐壓的IGBT也也具有很小的具有很小的通態(tài)壓降通態(tài)壓降。 2022-4-27272.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT的基本特性的基本特性 靜態(tài)特性靜態(tài)特性 轉移特性轉移特性 描述的是集電極電流描述的是集

18、電極電流 IC與柵射電壓與柵射電壓UGE之間的之間的 關系。關系。 開啟電壓開啟電壓UGE(th)是是 IGBT能實現(xiàn)電導調制而能實現(xiàn)電導調制而 導通的最低柵射電壓，隨導通的最低柵射電壓，隨 溫度溫度升高而略有下降。升高而略有下降。 （a）圖圖2-24 IGBT的轉的轉移特性和輸出特性移特性和輸出特性 a) 轉移特性轉移特性 2022-4-27282.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管輸出特性（伏安特性）輸出特性（伏安特性） 描述的是以柵射電壓描述的是以柵射電壓為參考變量時，集電極電為參考變量時，集電極電流流IC與集射極間電壓與集射極間電壓UCE之間的關系。之間的關系。 分為三個區(qū)域：分

19、為三個區(qū)域：正向正向阻斷區(qū)阻斷區(qū)、有源區(qū)有源區(qū)和和飽和區(qū)飽和區(qū)。 當當UCE0時，時，IGBT為為反向阻斷工作狀態(tài)。反向阻斷工作狀態(tài)。 在電力電子電路中，在電力電子電路中，IGBT工作在工作在開關狀態(tài)開關狀態(tài)，因而是在因而是在正向阻斷區(qū)正向阻斷區(qū)和和飽飽和區(qū)和區(qū)之間來回轉換。之間來回轉換。 (b)圖圖2-24 IGBT的轉的轉移特性和輸出特性移特性和輸出特性 b) 輸出特性輸出特性 2022-4-27292.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管動態(tài)特性動態(tài)特性 開通過程開通過程 開通延遲時間開通延遲時間td(on) 電流上升時間電流上升時間tr 電壓下降時間電壓下降時間tfv 開通時間開通

20、時間ton= td(on)+tr+ tfv tfv分為分為tfv1和和tfv2兩段。兩段。 關斷過程關斷過程 關斷延遲時間關斷延遲時間td(off) 電壓上升時間電壓上升時間trv 電流下降時間電流下降時間tfi 關斷時間關斷時間toff = td(off) +trv+tfi tfi分為分為tfi1和和tfi2兩段兩段 引入了少子儲存現(xiàn)象，因而引入了少子儲存現(xiàn)象，因而IGBT的開關速度要低于電力的開關速度要低于電力MOSFET。 圖圖2-25 IGBT的開關過程的開關過程2022-4-27302.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT的主要參數(shù)的主要參數(shù) 前面提到的各參數(shù)。前面提到的

21、各參數(shù)。 最大集射極間電壓最大集射極間電壓UCES 由器件內部的由器件內部的PNP晶體管所能承受的擊穿電晶體管所能承受的擊穿電壓所確定的。壓所確定的。 最大集電極電流最大集電極電流 包括額定直流電流包括額定直流電流IC和和1ms脈寬最大電流脈寬最大電流ICP。 最大集電極功耗最大集電極功耗PCM 在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。 2022-4-27312.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT的特性和參數(shù)特點可以總結如下：的特性和參數(shù)特點可以總結如下： 開關速度開關速度高，高，開關損耗開關損耗小。小。 在相同電壓和電流定額的情況下，在相同電壓和

22、電流定額的情況下，IGBT的的安安全工作區(qū)全工作區(qū)比比GTR大，而且具有耐脈沖電流沖擊的大，而且具有耐脈沖電流沖擊的能力。能力。 通態(tài)壓降通態(tài)壓降比比VDMOSFET低，特別是在電流較低，特別是在電流較大的區(qū)域。大的區(qū)域。 輸入阻抗輸入阻抗高，其輸入特性與電力高，其輸入特性與電力MOSFET類類似。似。 與電力與電力MOSFET和和GTR相比，相比，IGBT的的耐壓耐壓和和通流能力通流能力還可以進一步提高，同時保持還可以進一步提高，同時保持開關頻率開關頻率高高的特點。的特點。 2022-4-27322.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT的擎住效應和安全工作區(qū)的擎住效應和安全工作區(qū)

23、 IGBT的擎住效應的擎住效應 在在IGBT內部寄生著一個內部寄生著一個N-PN+晶體管和作為主開晶體管和作為主開關器件的關器件的P+N-P晶體管組成的寄生晶閘管。其中晶體管組成的寄生晶閘管。其中NPN晶體晶體管的基極與發(fā)射極之間存在管的基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路電阻體區(qū)短路電阻，P形體區(qū)的橫形體區(qū)的橫向空穴電流會在該電阻上產生壓降，相當于對向空穴電流會在該電阻上產生壓降，相當于對J3結施加一結施加一個個正向偏壓正向偏壓，一旦，一旦J3開通，柵極就會失去對集電極電流的開通，柵極就會失去對集電極電流的控制作用，電流失控，這種現(xiàn)象稱為控制作用，電流失控，這種現(xiàn)象稱為擎住效應擎住效應或或自鎖效應自

24、鎖效應。 引發(fā)擎住效應的原因，可能是引發(fā)擎住效應的原因，可能是集電極電流集電極電流過大（靜過大（靜態(tài)擎住效應），態(tài)擎住效應），dUCE/dt過大（動態(tài)擎住效應），或過大（動態(tài)擎住效應），或溫度溫度升高。升高。 動態(tài)擎住效應比靜態(tài)擎住效應所允許的集電極電流動態(tài)擎住效應比靜態(tài)擎住效應所允許的集電極電流還要小，因此所允許的最大集電極電流實際上是根據(jù)還要小，因此所允許的最大集電極電流實際上是根據(jù)動態(tài)動態(tài)擎住效應擎住效應而確定的。而確定的。2022-4-27332.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管 IGBT的安全工作區(qū)的安全工作區(qū) 正向偏置正向偏置安全工作區(qū)（安全工作區(qū)（Forward Bias

25、ed Safe Operating AreaFBSOA） 根據(jù)最大集電極電流、最大集射極間電壓和根據(jù)最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大集電極功耗確定。最大集電極功耗確定。 反向偏置反向偏置安全工作區(qū)（安全工作區(qū)（Reverse Biased Safe Operating AreaRBSOA） 根據(jù)最大集電極電流、最大集射極間電壓和根據(jù)最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率最大允許電壓上升率dUCE/dt。 2022-4-2734全控型器件特點表UGE2022-4-27352.5 其他新型電力電子器件其他新型電力電子器件 2.5.1 MOS控制晶閘管控制晶閘管MCT 2.5.2

26、 靜電感應晶體管靜電感應晶體管SIT 2.5.3 靜電感應晶閘管靜電感應晶閘管SITH 2.5.4 集成門極換流晶閘管集成門極換流晶閘管IGCT 2.5.5 基于寬禁帶半導體材料的電力基于寬禁帶半導體材料的電力 電子器件電子器件2022-4-27362.5.1 MOS控制晶閘管控制晶閘管MCTMCT（MOS Controlled Thyristor）是將）是將MOSFET與與晶閘管晶閘管組合而成的復合型器件。組合而成的復合型器件。 結合了結合了MOSFET的高輸入阻抗、低驅動功率、的高輸入阻抗、低驅動功率、快速的開關過程和晶閘管的高電壓大電流、低導通快速的開關過程和晶閘管的高電壓大電流、低導通

27、壓降的特點。壓降的特點。由數(shù)以萬計的由數(shù)以萬計的MCT元元組成，每個元的組成為：組成，每個元的組成為：一個一個PNPN晶閘管，一個控制該晶閘管開通的晶閘管，一個控制該晶閘管開通的MOSFET，和一個控制該晶閘管關斷的，和一個控制該晶閘管關斷的MOSFET。 其關鍵技術問題沒有大的突破，電壓和電流容量其關鍵技術問題沒有大的突破，電壓和電流容量都遠未達到預期的數(shù)值，未能投入實際應用。都遠未達到預期的數(shù)值，未能投入實際應用。 2022-4-27372.5.2 靜電感應晶體管靜電感應晶體管SIT是一種是一種結型場效應晶體管結型場效應晶體管。是一種是一種多子導電多子導電的器件，其的器件，其工作頻率工作頻

28、率與電力與電力MOSFET相相當，甚至超過電力當，甚至超過電力MOSFET，而，而功率容量功率容量也比電力也比電力MOSFET大，因而適用于大，因而適用于高頻大功率高頻大功率場合。場合。柵極不加任何信號時是導通的，柵極加負偏壓時關斷，柵極不加任何信號時是導通的，柵極加負偏壓時關斷，這被稱為這被稱為正常導通型器件正常導通型器件，使用不太方便，此外，使用不太方便，此外SIT通態(tài)電通態(tài)電阻阻較大，使得較大，使得通態(tài)損耗通態(tài)損耗也大，因而也大，因而SIT還未在大多數(shù)電力電還未在大多數(shù)電力電子設備中得到廣泛應用。子設備中得到廣泛應用。 2022-4-27382.5.3 靜電感應晶閘管靜電感應晶閘管SIT

29、H可以看作是可以看作是SIT與與GTO復合而成。復合而成。 又被稱為又被稱為場控晶閘管（場控晶閘管（Field Controlled ThyristorFCT），），本質上是兩種載流子導電本質上是兩種載流子導電的的雙極型雙極型器件，具有電導調制效應，通態(tài)壓降低、器件，具有電導調制效應，通態(tài)壓降低、通流能力強。通流能力強。 其很多特性與其很多特性與GTO類似，但類似，但開關速度開關速度比比GTO高高得多，是得多，是大容量大容量的快速器件。的快速器件。 一般也是正常導通型，但也有一般也是正常導通型，但也有正常關斷型正常關斷型 ，電，電流關斷增益較小，因而其應用范圍還有待拓展。流關斷增益較小，因而其

30、應用范圍還有待拓展。 2022-4-27392.5.4 集成門極換流晶閘管集成門極換流晶閘管IGCT是將一個平板型的是將一個平板型的GTO與由很多個并聯(lián)的電力與由很多個并聯(lián)的電力MOSFET器件和其它輔助元件組成的器件和其它輔助元件組成的GTO門極驅門極驅動電路采用精心設計的互聯(lián)結構和封裝工藝集成在動電路采用精心設計的互聯(lián)結構和封裝工藝集成在一起。一起。 容量容量與普通與普通GTO相當，但相當，但開關速度開關速度比普通的比普通的GTO快快10倍，而且可以簡化普通倍，而且可以簡化普通GTO應用時龐大應用時龐大而復雜的而復雜的緩沖電路緩沖電路，只不過其所需的，只不過其所需的驅動功率驅動功率仍然仍然

31、很大。很大。 目前正在與目前正在與IGBT等新型器件激烈競爭。等新型器件激烈競爭。2022-4-27402.5.5 基于寬禁帶半導體材料的電力電子器件基于寬禁帶半導體材料的電力電子器件硅的禁帶寬度為硅的禁帶寬度為1.12電子伏特（電子伏特（eV），而寬禁帶半導體，而寬禁帶半導體材料是指禁帶寬度在材料是指禁帶寬度在3.0電子伏特電子伏特左右及以上的半導體材左右及以上的半導體材料，典型的是碳化硅（料，典型的是碳化硅（SiC）、氮化鎵（）、氮化鎵（GaN）、金剛石等）、金剛石等材料。材料。基于寬禁帶半導體材料（如碳化硅）的電力電子器件將基于寬禁帶半導體材料（如碳化硅）的電力電子器件將具有比硅器件高得

32、多的耐受高電壓的能力、低得多的通態(tài)具有比硅器件高得多的耐受高電壓的能力、低得多的通態(tài)電阻、更好的導熱性能和熱穩(wěn)定性以及更強的耐受高溫和電阻、更好的導熱性能和熱穩(wěn)定性以及更強的耐受高溫和射線輻射的能力，許多方面的性能都是成數(shù)量級的提高。射線輻射的能力，許多方面的性能都是成數(shù)量級的提高。寬禁帶半導體器件的發(fā)展一直佑于材料的提煉和制造以寬禁帶半導體器件的發(fā)展一直佑于材料的提煉和制造以及隨后的半導體制造工藝的困難。及隨后的半導體制造工藝的困難。 2022-4-27412.6 功率集成電路與集成電力電子模功率集成電路與集成電力電子模塊塊基本概念基本概念 20世紀世紀80年代中后期開始，模塊化趨勢，將多年

33、代中后期開始，模塊化趨勢，將多個器件封裝在一個模塊中，稱為個器件封裝在一個模塊中，稱為功率模塊功率模塊。 可縮小裝置體積，降低成本，提高可靠性?？煽s小裝置體積，降低成本，提高可靠性。 對工作頻率高的電路，可大大減小線路電感，對工作頻率高的電路，可大大減小線路電感，從而簡化對保護和緩沖電路的要求。從而簡化對保護和緩沖電路的要求。 將器件與邏輯、控制、保護、傳感、檢測、自將器件與邏輯、控制、保護、傳感、檢測、自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上，稱為診斷等信息電子電路制作在同一芯片上，稱為功率功率集成電路（集成電路（Power Integrated CircuitPIC）。2022-4-27422

34、.6 功率集成電路與集成電力電子模功率集成電路與集成電力電子模塊塊實際應用電路實際應用電路 高壓集成電路（高壓集成電路（High Voltage ICHVIC） 一般指橫向高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片一般指橫向高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片 集成。集成。 智能功率集成電路（智能功率集成電路（Smart Power ICSPIC） 一般指縱向功率器件與邏輯或模擬控制電路的單片一般指縱向功率器件與邏輯或模擬控制電路的單片 集成。集成。 智能功率模塊（智能功率模塊（Intelligent Power ModuleIPM） 專指專指IGBT及其輔助器件與其保護和驅動電路的單片及其輔助器件與其

35、保護和驅動電路的單片 集成，也稱智能集成，也稱智能IGBT（Intelligent IGBT）。）。 2022-4-27432.6 功率集成電路與集成電力電子模功率集成電路與集成電力電子模塊塊發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀 功率集成電路的主要技術難點：高低壓電路之功率集成電路的主要技術難點：高低壓電路之間的間的絕緣絕緣問題以及問題以及溫升溫升和和散熱散熱的處理。的處理。 以前功率集成電路的開發(fā)和研究主要在以前功率集成電路的開發(fā)和研究主要在中小功中小功率率應用場合。應用場合。 智能功率模塊在一定程度上回避了上述兩個難智能功率模塊在一定程度上回避了上述兩個難點點,最近幾年獲得了迅速發(fā)展。最近幾年獲得了迅速發(fā)展。 功率集成電路實現(xiàn)了電能和信息的集成，成為功率集成