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电力电子技术课件08.ppt

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文档介绍:电力电子技术课件08
GTO的主要优缺点:
优点:电压电流容量大(比SCR略小);开关速度比SCR高得多。
缺点:关断电流增益小,门极负脉冲电流大,驱动较困难;通态压降较大。
不少GTO都制造成逆导型,无反向阻断能力。当需要承受反向电S型(Metal Oxide Semiconductor FET)。至于结型电力场效应晶体管则一般称作静电感应晶体管(Static Induction Transistor ——SIT)。
工艺结构特点:
电力MOSFET属于单极型器件,只有一种极性的载流子(多子)参与导电。
采用垂直导电结构,故又称为VMOSFET(Vertical MOSFET)。这大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力(小功率MOS管的导电沟道平行于芯片表面,是横向导电器件)。
按垂直导电结构的差异,又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET(Vertical V-groove MOSFET)和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET(Vertical Double-diffused MOSFET)。
电力MOSFET也是多单元并联集成结构。
控制方式:以G-S间施加电压的高低来控制D-S
间主电流的通断。源极S为公共端。门极几乎不取用电流,属压控器件。uGS正电压超过开启电压时导通,负电压作用可使其快速关断。
VMOSFET开关速度高的根本原因:开关控制机理上属于单极型(多子)导电器件,通过电场感应控制反型层沟道宽度,不存在正偏PN结所固有的载流子存储效应(失去了电导调制效应),也不存在少子复合问题。
影响开关速度的主要因素:开关时间主要决定于栅极输入电容Cin的充放电快慢,应尽可能减小栅极回路时间常数=RsCin。
特点:
优点:开关频率最高;驱动电流小,易驱动;通态电阻具有正温度系数(有利于器件并联均流);
缺点:电压电流容量较小;通态压降较大,ID大则压降随之增大(因为无正向PN结的电导调制效应)。
不用时G-S间 短接,以防静电击穿。
§7. 4 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)
结构特点:复合型器件,将GTR双极型电流驱动器件和电力MOSFET单极型电压驱动器件结合,相互取长补短,构成绝缘栅双极晶体管(Insulated-gate Bipolar Transistor——IGBT)。综合了GTR和MOSFET的优点,因而具有良好的特性。目前已取代了原来GTR和一部分电力MOSFET的市场。
控制方式:IGBT的驱动与VMOSFET类似,也是一种压控器件。其C-E间主电流的通断是由栅极和射极间的电压uGE的高低决定的。 E极为公共端。
当uGE为正且大于开启电压UGE(th)时,MOSFET内形成沟道,并为PNP型GTR提供基极电流进而使IGBT导通。当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时,MOSFET内的沟道消失,GTR的基极电流被切断,使得IGBT关断。
IGBT的特点:
开关速度高,开关损耗小。开关频率略低于MOSFET;
电压电流容量大,高于GTR;
驱动电流小,驱动电路简单。
§ 其它新型电力电子器件
MOS控制晶闸管(MCT)
MCT(MOS Controlled Thyristor)是将MOSFET与晶闸管组合而成的复合型器件。MCT将MOSFET的高输入阻抗、低驱动功率、快速的开关过程和晶闸管的高电压大电流、低导通压降的特点结合起来。MCT具有高电压、大电流、高载流密度、低通态压降的特点。
MCT曾一度被认为是一种最有发展前途的电力电子器件。因此,20世纪80年代以来一度成为研究的热点。但经过十多年的努力,其关键技术问题没有大的突破,电压和电流容量都远未达到预期的数值,未能投入实际应用。而其竞争对手IGBT却进展飞速。
静电感应晶体管SIT
SIT(Static Induction Transistor)实际上是一种结型场效应晶体管。SIT是一种多子导电的器件,其工作频率与电力MOSFET相当,甚至超过电力MOSFET,而功率容量也比电力MOSFET大,因而适用于高频大功率场合,目前已在雷达通信设备、超声波功率放大、脉冲功率放大和高频感应加热等某些专业领域获得了较多的应用。
缺点:正常导通型器件,在栅极不加任何信号时是导通的,栅极加负偏压时关断,使用不太方便;此外,SIT通态电阻较大,使得通态损耗也大,因而SIT还未在大多数电力电子设备中得到广泛应用。
静电感应晶闸管(SITH)
SITH(Static Induction Thyristor)又被称为场控晶闸管(Field Controlled Thyristor ——FCT)。由于比SIT多了一个具有少子注入功能的PN结,因而SITH是