第二章電力電子器件

電子技術(shù)的基礎(chǔ)

介紹各種常用電力電子器件的工作原理、基本特性、主要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意的一些問題

簡要概述電力電子器件的概念、特點和分類等問題本章主要內(nèi)容：

電力電子器件

電力電子電路的基礎(chǔ)電子器件：晶體管和集成電路引言電力電子器件第2章1電力電子器件的概述1

電力電子器件的概念和特征2

應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成3

電力電子器件的分類

2電力電子器件的概念和特征

電力電子電路的基礎(chǔ)——電力電子器件概念:電力電子器件（powerelectronicdevice）——可直接用于處理電能的主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件主電路（mainpowercircuit）——電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路廣義上分為兩類:

電真空器件(汞弧整流器、閘流管等電真空器件)

半導(dǎo)體器件(采用的主要材料仍然是硅)33.同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的一般特征：能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力，是最重要的參數(shù)。電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。實用中，電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致器件溫度過高而損壞，不僅在器件封裝上講究散熱設(shè)計，在其工作時一般都要安裝散熱器。

電力電子器件的概念和特征4應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動電路和以電力電子器件為核心的主電路組成控制電路檢測電路驅(qū)動電路RL主電路V1V2圖1-1電力電子器件在實際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成在主電路和控制電路中附加一些電路，以保證電力電子器件和整個系統(tǒng)正?？煽窟\行電氣隔離控制電路5電力電子器件的分類按照器件能夠被控制電路信號所控制的程度，分為以下三類：半控型器件絕緣柵雙極晶體管（Insulated-GateBipolarTransistor——IGBT）電力場效應(yīng)晶體管（電力MOSFET）門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）不可控器件電力二極管（PowerDiode）只有兩個端子，器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。通過控制信號既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定全控型器件通過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。不能用控制信號來控制其通斷,因此也就不需要驅(qū)動電路。6

按照驅(qū)動電路加在器件控制端和公共端之間信號的性質(zhì)，分為兩類：

按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類：

1)

電流驅(qū)動型

1)

單極型器件電力電子器件的分類2)

電壓驅(qū)動型通過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制

2)

雙極型器件3)

復(fù)合型器件由一種載流子參與導(dǎo)電的器件由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件7不可控器件—功率二極管2.11一、功率二極管工作原理和靜態(tài)伏安特性2二、功率二極管的動態(tài)特性3三、功率二極管的參數(shù)4四、功率二極管的主要類型8PN結(jié)與電力二極管的工作原理

基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)由一個面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝圖1-2電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號

a)外形b)結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號9

狀態(tài)參數(shù)正向?qū)ǚ聪蚪刂狗聪驌舸╇娏髡虼髱缀鯙榱惴聪虼箅妷壕S持1V反向大反向大阻態(tài)低阻態(tài)高阻態(tài)——PN結(jié)的狀態(tài)10電力二極管的基本特性1.

靜態(tài)特性主要指其伏安特性門檻電壓UTO，正向電壓降UF

。承受反向電壓時，只有微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。

11電力二極管的基本特性2.

動態(tài)特性正向恢復(fù)時間tfr延遲時間：td=t1-t0,電流下降時間：tf=t2-t1反向恢復(fù)時間：tRR=td+tf12電力二極管的主要參數(shù)1.正向平均電流IF2.

正向壓降UF3.

反向重復(fù)峰值電壓URRM4.

最高工作結(jié)溫TJM5.

反向恢復(fù)時間tRR6.

浪涌電流Isur

13電力二極管的主要類型普通二極管（GeneralPurposeDiode）2.快恢復(fù)二極管（FastRecoveryDiode——FRD）3.肖特基二極管（SchottkyBarrierDiode——SBD）14半控器件—晶閘管1

晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理2

晶閘管的基本特性3晶閘管的主要參數(shù)4

晶閘管的派生器件2.215晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器（SiliconControlledRectifier——SCR）1956年美國貝爾實驗室（BellLab）發(fā)明了晶閘管1957年美國通用電氣公司（GE）開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品1958年商業(yè)化晶閘管往往專指晶閘管的一種基本類型——普通晶閘管，廣義上講，晶閘管還包括其許多類型的派生器件半控器件—晶閘管16晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理外形有螺栓型和平板型兩種封裝引出陽極A、陰極K和門極（控制端）G三個聯(lián)接端圖1-6晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號a)外形b)結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號17常用晶閘管的結(jié)構(gòu)螺栓型晶閘管晶閘管模塊平板型晶閘管外形及結(jié)構(gòu)18晶閘關(guān)的結(jié)構(gòu)與工作原理實驗1、實驗電路2、實驗結(jié)果（1）

UAK<0UGK任意或者UAK>0UGK≤0時電路處于關(guān)斷狀態(tài)（2）

UAK>0UGK>0導(dǎo)通（3）

導(dǎo)通后，UGK斷開，晶閘管仍導(dǎo)通，G失去控制作用。（4）

R↑→I↓→晶閘管斷開UAK≤0或Ia<IH

IH

（維持電流）：當(dāng)門極斷開后，維持晶閘管導(dǎo)通所需的最小陽極電流。AKGEGEA19晶閘關(guān)的結(jié)構(gòu)與工作原理可以簡單歸納晶閘管正常工作時的特性如下：承受反向陽極電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導(dǎo)通。承受正向陽極電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。UAK>0且UGK>0

晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。門極只需加脈沖信號而無須連續(xù)信號，稱觸發(fā)信號要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。Ia<IHSCR具有單向?qū)щ娦?0其他幾種可能導(dǎo)通的情況：陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)陽極電壓上升率du/dt過高結(jié)溫較高光直接照射硅片，即光觸發(fā)只有門極觸發(fā)（包括光觸發(fā)）是最精確、迅速而可靠的控制手段晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理211.晶閘管的伏安特性

第I象限的是正向特性第III象限的是反向特性（1）Direct:UDRM——正向重復(fù)峰值電壓UDSM——正向不重復(fù)峰值電壓Ubo——正向轉(zhuǎn)折電壓門極電流幅值增加，正向轉(zhuǎn)折電壓降低UDRM≈0.9UDSM（2）Reverse:URRM——反向重復(fù)峰值電壓URSM——反向不重復(fù)峰值電壓URRM≈0.9URSM圖1-8晶閘管的伏安特性IG2>IG1>IG晶閘管的基本特性222.動態(tài)特性圖1-9晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形晶閘管的基本特性延遲時間上升時間反向阻斷恢復(fù)時間正向阻斷恢復(fù)時間231.電壓定額晶閘管的主要參數(shù)（補(bǔ)充）通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。選用時，額定電壓要留有一定裕量,一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓2~3倍。1)

斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM——在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。2)

反向重復(fù)峰值電壓URRM——在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。3)

通態(tài)（峰值）電壓UTM——晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時的瞬態(tài)峰值電壓。242.電流定額晶閘管的主要參數(shù)1)

通態(tài)平均電流IT(AV)

①IT（AV）的概念——平均值晶閘管在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。②電流波形系數(shù)Kf的概念

Kf=I/IdI——有效值Id——平均值正弦半波的波形系數(shù)為：

Kf’=I/Id=1.5725晶閘管的主要參數(shù)③已知IT（AV）、波形求Id實際波形的電流有效值≤

IT（AV）允許的電流有效值

I≤ItnKf*Id≤1.57IT（AV）∴Id≤1.57IT（AV）/Kf例：設(shè)某晶閘管的額定電流IT(AV)=100A，其上流過電流如圖所示，問允許的電流平均值是多少？26④已知波形的Im或I選擇晶閘管的IT（AV）實際波形的電流有效值≤

IT（AV）允許的電流有效值

I≤Itn=1.57IT（AV）∴IT（AV）≥I/1.57考慮安全裕度IT（AV）≥（1.5~2）*I/1.57例：設(shè)流過晶閘管的電流如圖所示，Im=100A，則應(yīng)選擇IT（AV）多大？晶閘管的主要參數(shù)27晶閘管的主要參數(shù)2）其他電流參數(shù)①維持電流IH——使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安，與結(jié)溫有關(guān)。結(jié)溫越高，則IH越小。

②擎住電流IL

——晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導(dǎo)通所需的最小電流對同一晶閘管來說，通常IL約為IH的2~4倍。283.動態(tài)參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)——指在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率?！冈谝?guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率。

如果電流上升太快，則晶閘管剛一開通，便會有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而造成局部過熱而使晶閘管損壞。(2)通態(tài)電流臨界上升率di/dt

在阻斷的晶閘管兩端施加的電壓具有正向的上升率時，相當(dāng)于一個電容的J2結(jié)會有充電電流流過，被稱為位移電流。此電流流經(jīng)J3結(jié)時，起到類似門極觸發(fā)電流的作用。如果電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導(dǎo)通。(1)斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt

除開通時間tgt和關(guān)斷時間tq外，還有：

29晶閘管的派生器件雙向晶閘管（TriodeACSwitch——TRIAC或Bidirectionaltriodethyristor）圖1-10雙向晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性a)電氣圖形符號b)伏安特性30作業(yè)：1.圖1中陰影部分為晶閘管處于通態(tài)區(qū)間的電流波形，各波形的電流最大值均為Im，試計算各波形的電流平均值Id1、Id2、Id3與電流有效值I1、I2、I3。2.上題中如果不考慮安全裕量,問100A的晶閘管能送出的平均電流Id1、Id2、Id3各為多少？這時，相應(yīng)的電流最大值Im1、Im2、Im3各為多少?圖1晶閘管導(dǎo)電波形31典型全控型器件

2.3

門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)

2.4

電力晶體管(GTR)

2.5

電力場效應(yīng)晶體管(PowerMOSFET)

2.6

絕緣柵雙極晶體管(IGBT)32門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-OffThyristor—GTO）晶閘管的一種派生器件可以通過在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷GTO的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，因而在兆瓦級以上的大功率場合仍有較多的應(yīng)用2.3331.GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理門極可關(guān)斷晶閘管同普通晶閘管一樣，GTO也可由門極脈沖觸發(fā)導(dǎo)通。并且一旦導(dǎo)通，再無任何門極脈沖作用下仍保持導(dǎo)通態(tài)。與晶閘管不同的是，GTO能夠在負(fù)的門極電壓作用下引起足夠大的負(fù)門控電流而關(guān)斷。342.GTO的動態(tài)特性開通過程：與普通晶閘管類似，需經(jīng)過延遲時間td和上升時間tr。圖1-14GTO的開通和關(guān)斷過程電流波形門極可關(guān)斷晶閘管35關(guān)斷過程：與普通晶閘管有所不同抽取飽和導(dǎo)通時儲存的大量載流子——儲存時間ts，使等效晶體管退出飽和。等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū)，陽極電流逐漸減小——下降時間tf

。殘存載流子復(fù)合——尾部時間tt

。GTO的開通和關(guān)斷過程電流波形門極可關(guān)斷晶閘管363.GTO在應(yīng)用中要特別注意幾個問題（1）明確驅(qū)動信號的要求：門極導(dǎo)通和門極關(guān)斷波形。（2）驅(qū)動電路的電源電壓的選擇。（3）吸收電路的合理設(shè)計。（4）吸收電路雜散電感的消除。（5）設(shè)計陽極電路的電抗器等。門極可關(guān)斷晶閘管37術(shù)語用法：電力晶體管（GiantTransistor——GTR，直譯為巨型晶體管）耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（BipolarJunctionTransistor——BJT），英文有時候也稱為PowerBJT。在電力電子技術(shù)的范圍內(nèi)，GTR與BJT這兩個名稱等效。

應(yīng)用20世紀(jì)80年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代。電力晶體管(GTRorBJT)2.4381.

GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理圖1-15GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動

a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)電氣圖形符號c)內(nèi)部載流子的流動電力晶體管(GTRorBJT)2.4與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的。主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好。通常采用至少由兩個晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)。采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成。392.GTR的基本特性

(1)

靜態(tài)特性共發(fā)射極接法時的典型輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。在電力電子電路中GTR工作在開關(guān)狀態(tài)，即工作在截止區(qū)或飽和區(qū)在開關(guān)過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，要經(jīng)過放大區(qū)圖1-16共發(fā)射極接法時GTR的輸出特性電力晶體管40(2)

動態(tài)特性開通過程延遲時間td和上升時間tr，二者之和為開通時間ton。關(guān)斷過程儲存時間ts和下降時間tf，二者之和為關(guān)斷時間toff

。圖1-17GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形電力晶體管413.GTR的主要參數(shù)

1)

最高工作電壓

BUcbo>BUcex>BUces>BUcer>Buceo實際使用時，為確保安全，最高工作電壓要比BUceo低得多。2)

集電極最大允許電流IcM3)

集電極最大耗散功率PcM電力晶體管424.GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)一次擊穿

二次擊穿安全工作區(qū)（SafeOperatingArea——SOA）最高電壓UceM、集電極最大電流IcM、最大耗散功率PcM、二次擊穿臨界線限定。電力晶體管43

MetalOxideSemiconductorFET特點——用柵極電壓來控制漏極電流驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小。開關(guān)速度快，工作頻率高（可達(dá)100KHz）。熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。2.5功率場效應(yīng)晶體管(PowerMOSFET)441.電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理

電力MOSFET的種類

按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道

按柵極電壓為零時是否存在導(dǎo)電溝道分為耗盡型和增強(qiáng)型電力場效應(yīng)晶體管45電力MOSFET的結(jié)構(gòu)電力場效應(yīng)晶體管圖1-19電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號電力MOSFET的工作原理截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。導(dǎo)電：漏源極間加正電源，在柵源極間加正電壓UGS461)

靜態(tài)特性漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性。ID較大時，ID與UGS的關(guān)系近似線性，曲線的斜率定義為跨導(dǎo)Gfs。圖1-20電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性

a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性2.電力MOSFET的基本特性電力場效應(yīng)晶體管47MOSFET的漏極伏安特性：截止區(qū)（對應(yīng)于GTR的截止區(qū)）飽和區(qū)（對應(yīng)于GTR的放大區(qū)）非飽和區(qū)（對應(yīng)于GTR的飽和區(qū)）電力MOSFET工作在開關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。

電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性

a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性電力場效應(yīng)晶體管48電力場效應(yīng)晶體管2)

動態(tài)特性49開通過程開通延遲時間td(on)

——

up前沿時刻到uGS=UT并開始出現(xiàn)iD的時刻間的時間段。上升時間tr——uGS從uT上升到MOSFET進(jìn)入非飽和區(qū)的柵壓UGSP的時間段。開通時間ton——開通延遲時間與上升時間之和。電力場效應(yīng)晶體管50關(guān)斷過程關(guān)斷延遲時間td(off)

——up下降到零起，Cin通過Rs和RG放電，uGS按指數(shù)曲線下降到UGSP時，iD開始減小止的時間段。下降時間tf——

uGS從UGSP繼續(xù)下降起，iD減小，到uGS<UT時溝道消失，iD下降到零為止的時間段。關(guān)斷時間toff——關(guān)斷延遲時間和下降時間之和。電力場效應(yīng)晶體管513.電力MOSFET的主要參數(shù)

電力場效應(yīng)晶體管——電力MOSFET電壓定額1)

漏極電壓UDS

2)

漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM——電力MOSFET電流定額3)柵源電壓UGS——柵源之間的絕緣層很薄，UGS>20V將導(dǎo)致絕緣層擊穿。

524)

極間電容

極間電容CGS、CGD和CDS

電力場效應(yīng)晶體管5）安全工作區(qū)漏源間的耐壓、漏極最大允許電流和最大耗散功率決定了電力MOSFET的安全工作區(qū)。一般來說，電力MOSFET不存在二次擊穿問題，這是它的一大優(yōu)點。53絕緣柵雙極功率晶體管（IGBTorIGT)GTR和GTO的特點——雙極型，電流驅(qū)動，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通流能力很強(qiáng)，開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜。MOSFET的優(yōu)點——單極型，電壓驅(qū)動，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小而且驅(qū)動電路簡單，電流容量小耐壓低。兩類器件取長補(bǔ)短結(jié)合而成的復(fù)合器件—Bi-MOS器件

絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）2.6541.IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理圖1-22IGBT的結(jié)構(gòu)、簡化等效電路和電氣圖形符號a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)簡化等效電路c)電氣圖形符號絕緣柵雙極晶體管IGBT的結(jié)構(gòu)三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極E55IGBT的原理

驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同，場控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定。導(dǎo)通：uGE大于開啟電壓UGE(th)時，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。導(dǎo)通壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使通態(tài)壓降小。關(guān)斷：柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。絕緣柵雙極晶體管562.IGBT的基本特性

1)

IGBT的靜態(tài)特性絕緣柵雙極晶體管輸出特性分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。轉(zhuǎn)移特性——IC與UGE間的關(guān)系(開啟電壓UGE(th))572)

IGBT的動態(tài)特性ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM絕緣柵雙極晶體管58IGBT的特性和參數(shù)特點可以總結(jié)如下：絕緣柵雙極晶體管(1)

開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。(2)易于并聯(lián)(3)

相同電壓和電流定額時，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力。(4)

通態(tài)壓降比VDMOSFET低。(5)

輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似。(6)與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時保持開關(guān)頻率高的特點。59絕緣柵雙極晶體管三、IGBT的過載能力

IGBT的短路特性

通過該試驗電路獲得一個結(jié)果：IGBT器件的飽和壓降越高，其允許的短路時間越長，60擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)：絕緣柵雙極晶體管——柵極就會失去對集電極電流的控制作用，導(dǎo)致集電極電流增加造成器件功耗過高而損壞。電流失控現(xiàn)象。引起擎住效應(yīng)的原因：集電極電流過大（靜態(tài)擎住效應(yīng)）duCE/dt過大（動態(tài)擎住效應(yīng)）4.IGBT的擎住效應(yīng)61容量工作頻率驅(qū)動功率類別GTO大低需很大反向驅(qū)動電流全控電流驅(qū)動雙極型GTR中中大二次擊穿全控電流驅(qū)動雙極型電力MOS小高小靜電感應(yīng)全控電壓驅(qū)動單極型IGBT中比GTR高比GTR小擎住效應(yīng)全控電壓驅(qū)動復(fù)合型62集成門極換流晶閘管IGCTIGCT（IntegratedGate-CommutatedThyristor），也稱GCT（Gate-CommutatedThyristor）20世紀(jì)90年代后期出現(xiàn)，結(jié)合了GTR與GTO的優(yōu)點，容量與GTO相當(dāng)，開關(guān)速度快10倍，且可省去GTO龐大而復(fù)雜的緩沖電路，只不過所需的驅(qū)動功率仍很大。IGCT在導(dǎo)通期間發(fā)揮晶閘管的性能,關(guān)斷階段呈類似晶體管的特性。IGCT具有電流大、電壓高、開關(guān)頻率高、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、損耗低的特點。2.763功率集成電路20世紀(jì)80年代中后期開始，模塊化趨勢，將多個器件封裝在一個模塊中，稱為功率模塊。將器件與邏輯、控制、保護(hù)、傳感、檢測、自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上，稱為功率集成電路（PowerIntegratedCircuit——PIC）。類似功率集成電路的還有許多名稱，但實際上各有側(cè)重。高壓集成電路（HighVoltageIC——HVIC）智能功率集成電路（SmartPowerIC——SPIC）智能功率模塊（IntelligentPowerModule——IPM）2.864電力電子器件的保護(hù)驅(qū)動電路1

電力電子器件驅(qū)動電路概述2

晶閘管的觸發(fā)電路典型全控型器件的驅(qū)動電路過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電流保護(hù)2.1065電力電子器件驅(qū)動電路概述驅(qū)動電路——主電路與控制電路之間的接口驅(qū)動電路的基本任務(wù)：將信息電子電路傳來的信號按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。

對半控型器件只需提供開通控制信號。對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號。66

驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。

光隔離一般采用光耦合器

磁隔離的元件通常是脈沖變壓器按照驅(qū)動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號的性質(zhì)分，可分為電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型。驅(qū)動電路具體形式可為分立元件的，但目前的趨勢是采用專用集成驅(qū)動電路。電力電子器件驅(qū)動電路概述67晶閘管的觸發(fā)電路作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：

1)觸發(fā)信號可以是交流直流或脈沖，常采用脈沖形式。

2)觸發(fā)脈沖必須有足夠的電壓和電流。

3)觸發(fā)脈沖要有足夠的寬度（考慮掣住電流）。

4)觸發(fā)脈沖必須與主回路電源同步。

5)觸發(fā)脈沖的移相范圍應(yīng)滿足變流裝置的要求。

6)動態(tài)響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)，溫度穩(wěn)定性好。68過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)電力電子裝置可能的過電壓——外因過電壓和內(nèi)因過電壓外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外因

(1)

操作過電壓：由分閘