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1、第四章第四章 全控型电力电子器件全控型电力电子器件电力电子器件概述电力电子器件概述一、基本模型一、基本模型 在对电能的变换和控制过程中，电力电子器件可以抽象成下图所示的理想开关模型，它有三个电极，其中A和B代表开关的两个主电极，K是控制开关通断的控制极。它只工作在“通态”和“断态”两种情况，理想状态下，在通态时其电阻为零，断态时其电阻无穷大。二、基本特性二、基本特性（1）电力电子器件一般都工作在开关状态。（2）电力电子器件的开关状态由外电路（驱动电路）来控制。（3）在工作中器件的功率损耗（通态、断态、开关损耗）很大。为保证不至因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，在其工作时一般都要安装散热器
2、。三、电力电子器件的分类三、电力电子器件的分类（一）按器件的开关控制特性分（一）按器件的开关控制特性分1.1.不可控器件：不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功能，而需要根据电路条件决定其导通、关断状态的器件称为不可控器件。如：电力二极管（Power Diode）；2.2.半控型器件：半控型器件：通过控制信号只能控制其导通，不能控制其关断的电力电子器件称为半控型器件。如：晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件；3.3.全控型器件：全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断的器件，称为全控型器件。如：门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor）、功率场效
3、应管（Power MOSFET）绝缘栅双极型晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor）等。（二）按控制信号的性质不同分（二）按控制信号的性质不同分 电流控制型器件：电流控制型器件：此类器件采用电流信号来实现导通或关断控制。如：晶闸管、门极可关断晶闸管、功率晶体管、IGCT等；电压控制半导体器件：电压控制半导体器件：这类器件采用电压（场控原理）控制它的通、断，输入控制端基本上不流过控制电流信号，用小功率信号就可驱动它工作。如：代表性器件为 MOSFET和IGBT。（三）根据内部载流子参与导电的种类分（三）根据内部载流子参与导电的种类分1.1.单极型：单极型：器件
4、内只有一种载流子参与导电。如：功率MOSFET（功率场效应晶体管）SIT（静电感应晶体管）2.2.双极型：双极型：器件内电子与空穴都参与导电。如：GTR（电力晶体管）GTO（可关断晶闸管）SITH（静电感应晶闸管）3.3.复合型：复合型：由双极型器件与单极型器件复合而成 如：IGBT（绝缘栅双极晶体管）MCT（MOS控制晶闸管）附表附表:主要电力半导体器件主要电力半导体器件的特性及其应用领域的特性及其应用领域器件种类器件种类开关开关功能功能器件特性概略器件特性概略应用领域应用领域电力电力二极管二极管不可不可控控5 5k kV V/3 3k kA A4 40 00 0H Hz z各种整流装置各种
5、整流装置晶闸管晶闸管可控可控导通导通6kV/6kA6kV/6kA400Hz400Hz8kV/3.5kA8kV/3.5kA光光控控SCRSCR炼炼钢钢厂厂、轧轧钢钢机机、直直流流输输电电、电解用整流器电解用整流器可关断可关断晶闸管晶闸管自关自关断型断型6kV/6kA500Hz工工业业逆逆变变器器、电电力力机机车车用用逆逆变变器、无功补偿器器、无功补偿器MOSFETMOSFET600V/70A100kHz开开关关电电源源、小小功功率率UPSUPS、小小功功率逆变器率逆变器IGBTIGBT1200V1200V/1200A20kHz4.5kV/1.2kA2kHz各各种种整整流流/逆逆变变器器（UPSU
6、PS、变变频频器器、家家电电）、电电力力机机车车用用逆逆变变器、中压变频器器、中压变频器第一节第一节 电力晶体管（电力晶体管（GTRGTR）基本术语：基本术语：电力晶体管（Giant TransistorGTR，直译为巨型晶体管）耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction TransistorBJT），英文有时候也称为Power BJT。在电力电子技术的范围内，GTR与BJT这两个名称等效应用：应用：20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代。一、一、GTRGTR的结构及工作原理的结构及工作原理a)a)内部结构断面示
7、意图内部结构断面示意图 b)b)电气图形符号电气图形符号 c)c)内部载流子的流动内部载流子的流动 主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元 结构。结构。采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成 。GTRGTR的的电流放大系数电流放大系数二、二、GTRGTR的特性与主要参数的特性与主要参数(一一)GTR)GTR共射电路输出特性共射电路输出特性 深饱和区：深饱和区：UBE0,UBC0，IB变化时IC不再改变，管压降UCES很小，类似于
8、开关的通态类似于开关的通态。输出特性：输出特性：截止区(又叫阻断区)、线性放大区、准饱和区和深饱和区四个区域。截止区：截止区：IB0(或IB=0)，UBE0，UBC0，GTR承受高电压，且有很小的穿透电流流过，类似于开关的断态类似于开关的断态；线性放大区：线性放大区：UBE0，UBC0，IC=IB，GTR 应避免工作在线性区以防止大功耗损坏GTR；准饱和准饱和(临界饱和临界饱和)区：区：随着IB的增大，此时UBE0，UBCUGE(TH)(开启电压,一般为36V)；其输出电流Ic与驱动电压UGE基本呈线性关系；IGBTIGBT关断：关断：IGBTIGBT开通：开通：UGE(2-4)IgT（门极触发电流）。