第1章緒論

1.1什么是電力電子技術

1.2電力電子技術的發展史

1.3電力電子技術的應用

1.4本教材的內容簡介第1章緒論1.1什么是電力電子技術■電力電子技術的概念◆電力電子技術就是應用于電力領域的電子技術。

?電力電子技術中所變換的“電力”有區別于“電力系統”所指的“電力”，后者特指電力網的“電力”。

?電子技術包括信息電子技術(模擬電子技術和數字電子技術)和電力電子技術兩大分支。2/211.1什么是電力電子技術■電力電子技術的概念2/211.1什么是電力電子技術◆具體地說，電力電子技術就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術。

?電力電子器件是電力電子技術的基礎。

?變流技術則是電力電子技術的核心。

輸入輸出

交流（AC）

直流（DC）

直流（DC）整流

直流斬波

交流（AC）交流電力控制變頻、變相逆變

3/21表1-1電力變換的種類1.1什么是電力電子技術◆具體地說，電力電子技術就是使用電1.1什么是電力電子技術■電力電子學◆美國學者W.Newell認為電力電子學是由電力學、電子學和控制理論三個學科交叉而形成的。4/21圖1-1描述電力電子學的倒三角形1.1什么是電力電子技術■電力電子學4/21圖1-1描1.1什么是電力電子技術?電力電子技術和電子學

電力電子器件的制造技術的理論和工藝與用于信息變換的電子器件制造技術相同。?電力電子技術和電力學電力電子技術廣泛用于電氣工程中，這是電力電子學和電力學的主要關系。5/211.1什么是電力電子技術?電力電子技術和電子學5/211.1什么是電力電子技術

?

電力電子技術與電氣工程學科的關系

隸屬于電氣工程一級學科

電力電子技術的應用和發展必須依賴其它學科

電力電子技術促進了其他學科的發展

圖1-2電氣工程的雙三角形描述6/211.1什么是電力電子技術?電力電子技術與電氣1.1什么是電力電子技術?電力電子技術和控制理論控制理論使電力電子裝置和系統的性能不斷滿足人們日益增長的各種需求。電力電子技術是弱電和強電之間的接口而控制理論則是實現這種接口的一條強有力的紐帶。控制理論是自動化技術的理論基礎，而電力電子裝置則是自動化技術的基礎元件和重要支撐技術。

7/211.1什么是電力電子技術?電力電子技術和控制理論7/211.2電力電子技術的發展史8/21■電力電子技術的發展史圖1-3電力電子技術的發展史◆一般認為，電力電子技術的誕生是以1957年美國通用電氣公司研制出第一個晶閘管為標志。1.2電力電子技術的發展史8/21■電力電子技術的發展史圖1.2電力電子技術的發展史◆晶閘管出現前的時期可稱為電力電子技術的史前期或黎明期。

?電子管(1904)，在真空中對電子流進行控制，并應用于通信和無線電，從而開啟了電子技術用于電力領域的先河。

?水銀整流器(1930s-1950s)，廣泛用于電化學工業、電氣鐵道直流變電所以及軋鋼用直流電動機的傳動，甚至用于直流輸電。這一時期，各種整流電路、逆變電路、周波變流電路的理論已經發展成熟并廣為應用。在這一時期，也應用直流發電機組來變流。

?1947年美國著名的貝爾實驗室發明了晶體管，引發了電子技術的一場革命。

9/211.2電力電子技術的發展史◆晶閘管出現前的時期可稱為電力電1.2電力電子技術的發展史◆晶閘管時代

?晶閘管憑借其優越的電氣性能和控制性能，很快就取代了水銀整流器和旋轉變流機組，并且其應用范圍也迅速擴大。電力電子技術的概念和基礎就是由于晶閘管及晶閘管變流技術的發展而確立的。?晶閘管是通過對門極的控制能夠使其導通而不能使其關斷的器件，屬于半控型器件。對晶閘管電路的控制方式主要是相位控制方式，簡稱相控方式。

?晶閘管的關斷通常依靠電網電壓等外部條件來實現。這就使得晶閘管的應用受到了很大的局限。10/211.2電力電子技術的發展史◆晶閘管時代10/211.2電力電子技術的發展史◆全控型器件和電力電子集成電路（PIC）?70年代后期，以門極可關斷晶閘管（GTO）、電力雙極型晶體管（BJT）和電力場效應晶體管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件迅速發展。

全控型器件的特點是，通過對門極（基極、柵極）的控制既可使其開通又可使其關斷。?采用全控型器件的電路的主要控制方式為脈沖寬度調制（PWM）方式。相對于相位控制方式，可稱之為斬波控制方式，簡稱斬控方式。?在80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為代表的復合型器件異軍突起。它是MOSFET和BJT的復合，綜合了兩者的優點。與此相對，MOS控制晶閘管（MCT）和集成門極換流晶閘管（IGCT）復合了MOSFET和GTO。11/211.2電力電子技術的發展史◆全控型器件和電力電子集成電路（1.2電力電子技術的發展史?把驅動、控制、保護電路和電力電子器件集成在一起，構成電力電子集成電路（PIC），這代表了電力電子技術發展的一個重要方向。電力電子集成技術包括以PIC為代表的單片集成技術、混合集成技術以及系統集成技術。?隨著全控型電力電子器件的不斷進步，電力電子電路的工作頻率也不斷提高。與此同時，軟開關技術的應用在理論上可以使電力電子器件的開關損耗降為零，從而提高了電力電子裝置的功率密度。

12/211.2電力電子技術的發展史?把驅動、控制、保護電路和電力電1.3電力電子技術的應用■電力電子技術的應用范圍

◆一般工業

?工業中大量應用各種交直流電動機，都是用電力電子裝置進行調速的。一些對調速性能要求不高的大型鼓風機等近年來也采用了變頻裝置，以達到節能的目的。避免調速電機起動時的電流沖擊的軟起動裝置。?電化學工業大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源?電力電子技術還大量用于冶金工業中的高頻或中頻感應加熱電源淬火電源及直流電弧爐電源等場合。13/211.3電力電子技術的應用■電力電子技術的應用范圍13/211.3電力電子技術的應用◆交通運輸?電氣化鐵道：電氣機車中的直流機車中采用整流裝置，交流機車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術更是一項關鍵技術。除牽引電機傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術。

?電動汽車：電機依靠電力電子裝置進行電力變換和驅動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺高級汽車中需要許多控制電機，它們也要靠變頻器和斬波器驅動并控制。

?飛機、船舶和電梯都離不開電力電子技術。14/211.3電力電子技術的應用◆交通運輸14/211.3電力電子技術的應用◆電力系統?用戶終端：發達國家在用戶使用的電能中，有60%以上的電能至少經過一次以上電力電子變流裝置的處理。

?直流輸電：其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置，而輕型直流輸電則主要采用全控型的IGBT器件。近年發展起來的柔性交流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實現的。?電能質量提高：晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）、靜止無功發生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等電力電子裝置大量用于電力系統的無功補償或諧波抑制。

?

在配電網系統，電力電子裝置還可用于防止電網瞬時停電、瞬時電壓跌落、閃變等。

?在變電所中，給操作系統提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需要電力電子裝置。

15/211.3電力電子技術的應用◆電力系統15/211.3電力電子技術的應用16/21圖1-5中國南方電網公司安順換流站圖1-6靜止無功發生器（上）和晶閘管投切電容器（下）1.3電力電子技術的應用16/21圖1-5中國南方電網公1.3電力電子技術的應用◆電子裝置用電源

?各種電子裝置一般都需要不同電壓等級的直流電源供電。通信設備中的程控交換機所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現在已改為采用全控型器件的高頻開關電源。大型計算機所需的工作電源、微型計算機內部的電源現在也都采用高頻開關電源。

?在大型計算機等場合，常常需要不間斷電源（UninterruptiblePowerSupply__UPS）供電，不間斷電源實際就是典型的電力電子裝置。17/211.3電力電子技術的應用◆電子裝置用電源17/211.3電力電子技術的應用◆家用電器

?電力電子照明電源體積小、發光效率高、可節省大量能源，正在逐步取代傳統的白熾燈和日光燈。

?空調、電視機、音響設備、家用計算機，不少洗衣機、電冰箱、微波爐等電器也應用了電力電子技術。◆其它

?航天飛行器中的各種電子儀器需要電源，載人航天器也離不開各種電源，這些都必需采用電力電子技術。?抽水儲能發電站的大型電動機需要用電力電子技術來起動和調速。超導儲能是未來的一種儲能方式，它需要強大的直流電源供電，這也離不開電力電子技術。18/211.3電力電子技術的應用◆家用電器18/211.3電力電子技術的應用總之，電力電子技術的應用越來越廣，其地位也越來越重要。

19/21?新能源、可再生能源發電需要用電力電子技術來緩沖能量和改善電能質量。當需要和電力系統聯網時，更離不開電力電子技術。?核聚變反應堆在產生強大磁場和注入能量時，需要大容量的脈沖電源，這種電源就是電力電子裝置。科學實驗或某些特殊場合，常需要一些特種電源。圖1-7風場1.3電力電子技術的應用總之，電力電子技術的應用越來越廣，1.4本教材的內容簡介■本教材的內容20/211.4本教材的內容簡介■本教材的內容20/21■參考書目?趙良炳.現代電力電子器件基礎.北京:清華大學出版社,1995.?丁道宏.電力電子技術.北京:航空工業出版社,1992.?張占松,蔡宣三.開關電源的原理與設計.北京:電子工業出版社,1998.?李先允,陳剛.電力電子技術習題集.北京:中國電力出版社,2008.■網絡資源?/?/21/21■參考書目■網絡資源21/21學習目標初級目標：掌握常用電力電子器件工作原理、基本電路及控制方法。中級目標：能利用上述知識進行簡單電力電子裝置設計與開發。高級目標：綜合利用所學知識，設計滿足生產實際需要的電力電子裝置。學習方法在掌握電力電子器件和基本電路結構的基礎上，利用分段線性分析方法，熟悉電路中主要器件工作波形。充分利用教學實驗，驗證電路工作原理和相關器件工作波形。發揮現代電力電子仿真軟件的作用，加強對本課程的感性認識。22/21學習目標學習方法22/21第2章電力電子器件

2.1電力電子器件概述

2.2不可控器件——電力二極管

2.3半控型器件——晶閘管

2.4典型全控型器件

2.5其他新型電力電子器件

2.6功率集成電路與集成電力電子模塊

本章小結

第2章電力電子器件24/89引言■模擬和數字電子電路的基礎

——晶體管和集成電路等電子器件

電力電子電路的基礎

——電力電子器件■本章主要內容：

◆概述電力電子器件的概念、特點和分類。◆分別介紹各種常用電力電子器件的工作原理、基本特性、主要參數以及選擇和使用中應注意的一些問題。

24/89引言■模擬和數字電子電路的基礎25/892.1電力電子器件概述

2.1.1電力電子器件的概念和特征

2.1.2應用電力電子器件的系統組成

2.1.3電力電子器件的分類

2.1.4本章內容和學習要點25/892.1電力電子器件概述26/892.1.1電力電子器件的概念和特征■電力電子器件的概念

◆電力電子器件（PowerElectronicDevice）是指可直接用于處理電能的主電路中，實現電能的變換或控制的電子器件。

?主電路：在電氣設備或電力系統中，直接承擔電能的變換或控制任務的電路。

?廣義上電力電子器件可分為電真空器件和半導體器件兩類，目前往往專指電力半導體器件。

26/892.1.1電力電子器件的概念和特征■電力電子器件27/892.1.1電力電子器件的概念和特征■電力電子器件的特征

◆處理電功率的大小（承受電壓和電流的能力）一般都遠大于處理信息的電子器件，是其最重要的參數，◆為了減小本身的損耗，提高效率，一般都工作在開關狀態。◆由信息電子電路來控制

,而且需要驅動電路。

◆自身的功率損耗通常仍遠大于信息電子器件，在其工作時一般都需要安裝散熱器。

27/892.1.1電力電子器件的概念和特征■電力電子器件28/892.1.1電力電子器件的概念和特征?通態損耗是電力電子器件功率損耗的主要成因。?當器件的開關頻率較高時，開關損耗會隨之增大而可能成為器件功率損耗的主要因素。

通態損耗斷態損耗開關損耗開通損耗關斷損耗?電力電子器件的功率損耗28/892.1.1電力電子器件的概念和特征?通態損耗29/89

2.1.2應用電力電子器件的系統組成

■電力電子器件實際應用：由控制電路、驅動電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個系統。

電氣隔離圖2-1電力電子器件在實際應用中的系統組成29/89

2.1.2應用電力電子器件的系統組成

■電力電30/892.1.3電力電子器件的分類■按照能夠被控制電路信號所控制的程度◆半控型器件

?器件的關斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定

?主要是指晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件。◆全控型器件?通過控制信號既可以控制其導通、關斷。

?目前最常用的是

IGBT和PowerMOSFET。

◆不可控器件

?電力二極管（PowerDiode）?不能用控制信號來控制其通斷。30/892.1.3電力電子器件的分類■按照能夠被控制電路31/892.1.3電力電子器件的分類■按照驅動信號的性質

◆電流驅動型

?從控制端注入或者抽出電流來實現器件導通、關斷。

◆電壓驅動型

?在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號實現器件導通或者關斷的控制。■按照驅動信號的波形（電力二極管除外

）

◆脈沖觸發型

?在控制端施加一個電壓或電流的脈沖信號來實現器件的開通或者關斷的控制。

◆電平控制型

?通過持續在控制端施加一定電平的電壓或電流信號使器件開通并維持導通狀態或者關斷并維持阻斷狀態。

31/892.1.3電力電子器件的分類■按照驅動信號的性質32/892.1.3電力電子器件的分類■按照載流子參與導電的情況◆單極型器件

?由一種載流子參與導電。◆雙極型器件

?由電子和空穴兩種載流子參與導電。

◆復合型器件

?由單極型器件和雙極型器件集成混合而成，也稱混合型器件。

32/892.1.3電力電子器件的分類■按照載流子參與導電33/892.1.4本章內容和學習要點■本章內容◆介紹不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其它新型器件的工作原理、基本特性、主要參數以及選擇和使用中應注意的一些問題。■學習要點

◆掌握其基本特性（重點）。◆掌握電力電子器件的型號命名法，以及其參數和特性曲線的使用方法。

◆了解電力電子器件的半導體物理結構和基本工作原理。

◆了解某些主電路中對其它電路元件的特殊要求。33/892.1.4本章內容和學習要點■本章內容34/892.2不可控器件——電力二極管

2.2.1PN結與電力二極管的工作原理

2.2.2電力二極管的基本特性

2.2.3電力二極管的主要參數

2.2.4電力二極管的主要類型34/892.2不可控器件——電力二極管35/892.2不可控器件——電力二極管·引言■電力二極管（PowerDiode）

?自1950s初期就獲得應用，其結構和原理簡單，工作可靠，直到現在仍然大量應用于許多電氣設備當中。?在采用全控型器件的電路中電力二極管往往是不可缺少的，特別是開通和關斷速度很快的快恢復二極管和肖特基二極管。

整流二極管及模塊35/892.2不可控器件——電力二極管·引言■電力二極管36/89AKAKa)IKAPNJb)c)AK2.2.1PN結與電力二極管的工作原理■電力二極管是以半導體PN結為基礎的,實際上是由一個面積較大的PN結和兩端引線以及封裝組成的。從外形上看，可以有螺栓型、平板型等多種封裝。圖2-2電力二極管的外形、結構和電氣圖形符號

a)外形b)基本結構c)電氣圖形符號36/89AKAKa)IKAPNJb)c)AK2.2.1P37/892.2.1PN結與電力二極管的工作原理■二極管的基本原理——PN結的單向導電性◆正向導通：PN結外加正向電壓（正向偏置）時，形成自P區流入從N區流出的電流，稱為正向電流IF。

◆反向截止：當PN結外加反向電壓時（反向偏置）時，PN結表現為高阻態，幾乎沒有電流流過。

◆反向擊穿：PN結具有一定的反向耐壓能力，但當施加的反向電壓過大，反向電流將會急劇增大，破壞PN結反向偏置為截止的工作狀態。

?按照機理不同有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式。

?反向擊穿發生時，采取了措施將反向電流限制在一定范圍內，PN結仍可恢復原來的狀態。?否則PN結因過熱而燒毀，這就是熱擊穿。

37/892.2.1PN結與電力二極管的工作原理■二極管的38/892.2.1PN結與電力二極管的工作原理■PN結的電容效應◆稱為結電容CJ，又稱為微分電容◆按其產生機制和作用的差別分為勢壘電容CB和擴散電容CD

?勢壘電容只在外加電壓變化時才起作用，外加電壓頻率越高，勢壘電容作用越明顯。在正向偏置時，當正向電壓較低時，勢壘電容為主。

?擴散電容僅在正向偏置時起作用。正向電壓較高時，擴散電容為結電容主要成分。◆結電容影響PN結的工作頻率，特別是在高速開關的狀態下，可能使其單向導電性變差，甚至不能工作。38/892.2.1PN結與電力二極管的工作原理■PN結的39/892.2.2電力二極管的基本特性■靜態特性

◆主要是指其伏安特性

◆正向電壓大到一定值（門檻電壓UTO

），正向電流才開始明顯增加，處于穩定導通狀態。與IF對應的電力二極管兩端的電壓即為其正向電壓降UF。

◆承受反向電壓時，只有少子引起的微小而數值恒定的反向漏電流。IOIFUTOUFU圖2-5電力二極管的伏安特性39/892.2.2電力二極管的基本特性■靜態特性IOIF40/892.2.2電力二極管的基本特性a)IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdtub)UFPiiFuFtfrt02V

圖2-6電力二極管的動態過程波形正向偏置轉換為反向偏置零偏置轉換為正向偏置

■動態特性◆因為結電容的導致電壓-電流隨時間變化，這就是電力二極管的動態特性，并且往往專指反映通態和斷態之間轉換過程的開關特性。◆由正向偏置轉換為反向偏置

?電力二極管并不能立即關斷，而是須經過一段短暫的時間才能重新獲得反向阻斷能力，進入截止狀態。

?在關斷之前有較大的反向電流出現，并伴隨有明顯的反向電壓過沖。?延遲時間：td=t1-t0

電流下降時間：tf=t2-t1

反向恢復時間：trr=td+tf

恢復特性的軟度：

tf

/td，或稱恢復系數，用Sr表示。t0:正向電流降為零的時刻t1:反向電流達最大值的時刻t2:電流變化率接近于零的時刻40/892.2.2電力二極管的基本特性a)IFUFtFt41/892.2.2電力二極管的基本特性UFPuiiFuFtfrt02V◆由零偏置轉換為正向偏置

?先出現一個過沖UFP，經過一段時間才趨于接近穩態壓降的某個值（如2V）。

?正向恢復時間tfr

?出現電壓過沖的原因:電導調制效應起作用所需的大量少子需要一定的時間來儲存，在達到穩態導通之前管壓降較大；正向電流的上升會因器件自身的電感而產生較大壓降。電流上升率越大，UFP越高。

圖2-6電力二極管的動態過程波形

b)零偏置轉換為正向偏置

41/892.2.2電力二極管的基本特性UFPuiiFuF42/892.2.3電力二極管的主要參數■正向平均電流IF(AV)◆指電力二極管長期運行時，在指定的管殼溫度（簡稱殼溫，用TC表示）和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。

◆IF(AV)是按照電流的發熱效應來定義的，使用時應按有效值相等的原則來選取電流定額，并應留有一定的裕量。■正向壓降UF◆指電力二極管在指定溫度下，流過某一指定的穩態正向電流時對應的正向壓降。■反向重復峰值電壓URRM

◆指對電力二極管所能重復施加的反向最高峰值電壓。◆使用時，應當留有兩倍的裕量。

42/892.2.3電力二極管的主要參數■正向平均電流IF43/892.2.3電力二極管的主要參數■最高工作結溫TJM

◆結溫是指管芯PN結的平均溫度，用TJ表示。

◆最高工作結溫是指在PN結不致損壞的前提下所能承受的最高平均溫度。

◆TJM通常在125～175C范圍之內。■反向恢復時間trr■浪涌電流IFSM

指電力二極管所能承受最大的連續一個或幾個工頻周期的過電流。43/892.2.3電力二極管的主要參數■最高工作結溫TJ44/892.2.4電力二極管的主要類型■按照正向壓降、反向耐壓、反向漏電流等性能，特別是反向恢復特性的不同，介紹幾種常用的電力二極管。

◆普通二極管（GeneralPurposeDiode）

?又稱整流二極管（RectifierDiode），多用于開關頻率不高（1kHz以下）的整流電路中。

?其反向恢復時間較長，一般在5s以上。

?其正向電流定額和反向電壓定額可以達到很高。

44/892.2.4電力二極管的主要類型■按照正向壓降、反45/892.2.4電力二極管的主要類型◆快恢復二極管（FastRecoveryDiode——FRD）?恢復過程很短，特別是反向恢復過程很短（一般在5s以下）。

?快恢復外延二極管（FastRecoveryEpitaxialDiodes——FRED），采用外延型P-i-N結構，其反向恢復時間更短（可低于50ns），正向壓降也很低（0.9V左右）。?從性能上可分為快速恢復和超快速恢復兩個等級。前者反向恢復時間為數百納秒或更長，后者則在100ns以下，甚至達到20~30ns。45/892.2.4電力二極管的主要類型◆快恢復二極管（F46/892.2.4電力二極管的主要類型◆肖特基二極管（SchottkyBarrierDiode—SBD）

?優點：反向恢復時間很短（10~40ns），正向恢復過程中不會有明顯的電壓過沖；在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復二極管；因此，其開關損耗和正向導通損耗都比快速二極管還要小，效率高。

?弱點：當所能承受的反向耐壓提高時其正向壓降也會高得不能滿足要求，因此多用于200V以下的低壓場合；反向漏電流較大且對溫度敏感，因此反向穩態損耗不能忽略，而且必須更嚴格地限制其工作溫度。46/892.2.4電力二極管的主要類型◆肖特基二極管（S47/892.3半控型器件——晶閘管

2.3.1晶閘管的結構與工作原理

2.3.2晶閘管的基本特性

2.3.3晶閘管的主要參數

2.3.4晶閘管的派生器件47/892.3半控型器件——晶閘管48/892.3半控器件—晶閘管·引言■晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡稱，又稱作可控硅整流器（SiliconControlledRectifier——SCR），以前被簡稱為可控硅。

■1956年美國貝爾實驗室（BellLaboratories）發明了晶閘管，1957年美國通用電氣公司（GeneralElectric）開發出了世界上第一只晶閘管產品，并于1958年使其商業化。■其承受的電壓和電流容量仍然是目前電力電子器件中最高，而且工作可靠，因此在大容量的應用場合仍然具有比較重要的地位。晶閘管及模塊48/892.3半控器件—晶閘管·引言■晶閘管（Thyri49/892.3.1晶閘管的結構與工作原理■晶閘管的結構

◆從外形上來看，晶閘管也主要有螺栓型和平板型兩種封裝結構。◆引出陽極A、陰極K和門極（控制端）G三個聯接端。◆內部是PNPN四層半導體結構。

圖2-7晶閘管的外形、結構和電氣圖形符號

a)外形b)結構c)電氣圖形符號

49/892.3.1晶閘管的結構與工作原理■晶閘管的結構50/892.3.1晶閘管的結構與工作原理圖2-8晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理

a)雙晶體管模型b)工作原理

■晶閘管的工作原理

◆按照晶體管工作原理，可列出如下方程：（2-2）（2-1）（2-3）（2-4）式中1和2分別是晶體管V1和V2的共基極電流增益；ICBO1和ICBO2分別是V1和V2的共基極漏電流。50/892.3.1晶閘管的結構與工作原理圖2-8晶閘51/892.3.1晶閘管的結構與工作原理◆晶體管的特性是：在低發射極電流下

是很小的，而當發射極電流建立起來之后，

迅速增大。◆在晶體管阻斷狀態下，IG=0，而1+2是很小的。由上式可看出，此時流過晶閘管的漏電流只是稍大于兩個晶體管漏電流之和。

◆如果注入觸發電流使各個晶體管的發射極電流增大以致1+2趨近于1的話，流過晶閘管的電流IA（陽極電流）將趨近于無窮大，從而實現器件飽和導通。◆由于外電路負載的限制，IA實際上會維持有限值。

由以上式（2-1）~（2-4）可得(2-5)51/892.3.1晶閘管的結構與工作原理◆晶體管的特性是52/892.3.1晶閘管的結構與工作原理■除門極觸發外其他幾種可能導通的情況

◆陽極電壓升高至相當高的數值造成雪崩效應

◆陽極電壓上升率du/dt過高

◆結溫較高◆光觸發■這些情況除了光觸發由于可以保證控制電路與主電路之間的良好絕緣而應用于高壓電力設備中之外，其它都因不易控制而難以應用于實踐。只有門極觸發是最精確、迅速而可靠的控制手段。

52/892.3.1晶閘管的結構與工作原理■除門極觸發外其53/892.3.2晶閘管的基本特性■靜態特性

◆正常工作時的特性

?當晶閘管承受反向電壓時，不論門極是否有觸發電流，晶閘管都不會導通。

?當晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發電流的情況下晶閘管才能開通。

?晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用，不論門極觸發電流是否還存在，晶閘管都保持導通。?若要使已導通的晶閘管關斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數值以下。

53/892.3.2晶閘管的基本特性■靜態特性54/892.3.2晶閘管的基本特性◆晶閘管的伏安特性

?正向特性

√當IG=0時，在器件兩端施加正向電壓，則晶閘管處于正向阻斷狀態，只有很小的正向漏電流流過。

√如果正向電壓超過臨界極限即正向轉折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通。√隨著門極電流幅值的增大，正向轉折電壓降低，晶閘管本身的壓降很小，在1V左右。

√如果門極電流為零，并且陽極電流降至接近于零的某一數值IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態，IH稱為維持電流。

圖2-9晶閘管的伏安特性

IG2>IG1>IG

正向轉折電壓Ubo正向導通雪崩擊穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM+54/892.3.2晶閘管的基本特性◆晶閘管的伏安特性55/892.3.2晶閘管的基本特性?反向特性

√其伏安特性類似二極管的反向特性。

√晶閘管處于反向阻斷狀態時，只有極小的反向漏電流通過。

√當反向電壓超過一定限度，到反向擊穿電壓后，外電路如無限制措施，則反向漏電流急劇增大，導致晶閘管發熱損壞。

圖2-9晶閘管的伏安特性 IG2>IG1>IG正向轉折電壓Ubo正向導通雪崩擊穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM+55/892.3.2晶閘管的基本特性?反向特性圖2-56/892.3.2晶閘管的基本特性■動態特性◆開通過程

?陽極電流的增長不可能是瞬時：晶閘管內部的正反饋過程需要時間；外電路電感的限制?延遲時間td

(0.5~1.5s)

上升時間tr(0.5~3s)

開通時間tgt=td+tr?延遲時間隨門極電流的增大而減小,上升時間除反映晶閘管本身特性外，還受到外電路電感的嚴重影響。提高陽極電壓,延遲時間和上升時間都可顯著縮短。

圖2-10晶閘管的開通和關斷過程波形陽極電流穩態值的90%100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA陽極電流穩態值的10%56/892.3.2晶閘管的基本特性■動態特性圖2-157/892.3.2晶閘管的基本特性◆關斷過程

?由于外電路電感的存在，原處于導通狀態的晶閘管當外加電壓突然由正向變為反向時，其陽極電流在衰減時必然也是有過渡過程的。

?反向阻斷恢復時間trr

正向阻斷恢復時間tgr

關斷時間tq=trr+tgr?關斷時間約幾百微秒。

?在正向阻斷恢復時間內如果重新對晶閘管施加正向電壓，晶閘管會重新正向導通，而不是受門極電流控制而導通。圖2-10晶閘管的開通和關斷過程波形100%反向恢復電流最大值尖峰電壓90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA57/892.3.2晶閘管的基本特性◆關斷過程圖2-1058/892.3.3晶閘管的主要參數■電壓定額◆斷態重復峰值電壓UDRM?是在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復加在器件上的正向峰值電壓（見圖2-9）。

?國標規定斷態重復峰值電壓UDRM為斷態不重復峰值電壓（即斷態最大瞬時電壓）UDSM的90%。

?斷態不重復峰值電壓應低于正向轉折電壓Ubo。◆反向重復峰值電壓URRM

?是在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復加在器件上的反向峰值電壓（見圖2-8）。

?規定反向重復峰值電壓URRM為反向不重復峰值電壓（即反向最大瞬態電壓）URSM的90%。?反向不重復峰值電壓應低于反向擊穿電壓。58/892.3.3晶閘管的主要參數■電壓定額59/892.3.3晶閘管的主要參數

◆通態（峰值）電壓UT：晶閘管通以某一規定倍數的額定通態平均電流時的瞬態峰值電壓。

◆額定電壓：通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標值。選用時，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。■電流定額

◆通態平均電流IT(AV）

?國標規定通態平均電流為晶閘管在環境溫度為40C和規定的冷卻狀態下，穩定結溫不超過額定結溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。

?按照正向電流造成的器件本身的通態損耗的發熱效應來定義的。?一般取其通態平均電流為按發熱效應相等（即有效值相等）的原則所得計算結果的1.5~2倍。

59/892.3.3晶閘管的主要參數◆通態（峰值）電壓U60/892.3.3晶閘管的主要參數◆維持電流IH

?維持電流是指使晶閘管維持導通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安。?結溫越高，則IH越小。

◆擎住電流IL?擎住電流是晶閘管剛從斷態轉入通態并移除觸發信號后，能維持導通所需的最小電流。

?約為IH的2~4倍

◆浪涌電流ITSM

?指由于電路異常情況引起的并使結溫超過額定結溫的不重復性最大正向過載電流。60/892.3.3晶閘管的主要參數◆維持電流IH61/892.3.3晶閘管的主要參數■動態參數

◆開通時間tgt和關斷時間tq

◆斷態電壓臨界上升率du/dt

?在額定結溫和門極開路的情況下，不導致晶閘管從斷態到通態轉換的外加電壓最大上升率。

?電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導通。

◆通態電流臨界上升率di/dt

?在規定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態電流上升率。

?如果電流上升太快，可能造成局部過熱而使晶閘管損壞。61/892.3.3晶閘管的主要參數■動態參數62/892.3.4晶閘管的派生器件■快速晶閘管（FastSwitchingThyristor——FST）

◆有快速晶閘管和高頻晶閘管。

◆快速晶閘管的開關時間以及du/dt和di/dt的耐量都有了明顯改善。

◆從關斷時間來看，普通晶閘管一般為數百微秒，快速晶閘管為數十微秒，而高頻晶閘管則為10s左右。

◆高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額都不易做高。

◆由于工作頻率較高，選擇快速晶閘管和高頻晶閘管的通態平均電流時不能忽略其開關損耗的發熱效應。

62/892.3.4晶閘管的派生器件■快速晶閘管（Fast63/892.3.4晶閘管的派生器件a)b)IOUIG=0GT1T2■雙向晶閘管（TriodeACSwitch——TRIAC或Bidirectionaltriodethyristor）◆可以認為是一對反并聯聯接的普通晶閘管的集成。◆門極使器件在主電極的正反兩方向均可觸發導通，在第Ｉ和第III象限有對稱的伏安特性。

◆雙向晶閘管通常用在交流電路中，因此不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。圖2-11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

63/892.3.4晶閘管的派生器件a)b)IOUIG=064/892.3.4晶閘管的派生器件a)KGAb)UOIIG=0■逆導晶閘管（ReverseConductingThyristor——RCT）

◆是將晶閘管反并聯一個二極管制作在同一管芯上的功率集成器件，不具有承受反向電壓的能力，一旦承受反向電壓即開通。

◆具有正向壓降小、關斷時間短、高溫特性好、額定結溫高等優點，可用于不需要阻斷反向電壓的電路中。

圖2-12逆導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

64/892.3.4晶閘管的派生器件a)KGAb)UOII65/892.3.4晶閘管的派生器件AGKa)AK光強度強弱b)OUIA■光控晶閘管（LightTriggeredThyristor——LTT）

◆是利用一定波長的光照信號觸發導通的晶閘管。

◆由于采用光觸發保證了主電路與控制電路之間的絕緣，而且可以避免電磁干擾的影響，因此光控晶閘管目前在高壓大功率的場合。圖2-13光控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

65/892.3.4晶閘管的派生器件AGKa)AK光強度強66/892.4典型全控型器件

2.4.1門極可關斷晶閘管

2.4.2電力晶體管

2.4.3電力場效應晶體管

2.4.4絕緣柵雙極晶體管66/892.4典型全控型器件67/892.4典型全控型器件·引言■門極可關斷晶閘管在晶閘管問世后不久出現。■20世紀80年代以來，電力電子技術進入了一個嶄新時代。■典型代表——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MOSFETIGBT單管及模塊67/892.4典型全控型器件·引言■門極可關斷晶閘管在晶68/892.4.1門極可關斷晶閘管■晶閘管的一種派生器件，但可以通過在門極施加負的脈沖電流使其關斷，因而屬于全控型器件。

■GTO的結構和工作原理

◆GTO的結構?是PNPN四層半導體結構。?是一種多元的功率集成器件，雖然外部同樣引出個極，但內部則包含數十個甚至數百個共陽極的小GTO單元，這些GTO元的陰極和門極則在器件內部并聯在一起。

圖2-14GTO的內部結構和電氣圖形符號各單元的陰極、門極間隔排列的圖形并聯單元結構斷面示意圖電氣圖形符號

68/892.4.1門極可關斷晶閘管■晶閘管的一種派生器件69/892.4.1門極可關斷晶閘管

圖2-8晶閘管的雙晶體管模型 及其工作原理

a)雙晶體管模型b)工作原理◆GTO的工作原理

?V1、V2的共基極電流增益分別是1、2。1+2=1是器件臨界導通的條件，大于1導通，小于1則關斷。

?GTO與普通晶閘管的不同√設計2較大，使晶體管V2控制靈敏，易于GTO關斷。√導通時1+2更接近1，導通時接近臨界飽和，有利門極控制關斷，但導通時管壓降增大。√多元集成結構，使得P2基區橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。69/892.4.1門極可關斷晶閘管圖2-8晶閘管70/892.4.1門極可關斷晶閘管?GTO的導通過程與普通晶閘管是一樣的，只不過導通時飽和程度較淺。

?而關斷時，給門極加負脈沖，即從門極抽出電流，當兩個晶體管發射極電流IA和IK的減小使1+2<1時，器件退出飽和而關斷。

?GTO的多元集成結構使得其比普通晶閘管開通過程更快，承受di/dt的能力增強。

70/892.4.1門極可關斷晶閘管?GTO的導通過程與普71/892.4.1門極可關斷晶閘管■GTO的動態特性

◆開通過程與普通晶閘管類似。

◆關斷過程

?儲存時間ts

下降時間tf

尾部時間tt?通常tf比ts小得多，而tt比ts要長。?門極負脈沖電流幅值越大，前沿越陡，

ts就越短。使門極負脈沖的后沿緩慢衰減，在tt階段仍能保持適當的負電壓，則可以縮短尾部時間。圖2-15GTO的開通和關斷過程電流波形

Ot0tiGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6抽取飽和導通時儲存的大量載流子的時間等效晶體管從飽和區退至放大區，陽極電流逐漸減小時間

殘存載流子復合所需時間

71/892.4.1門極可關斷晶閘管■GTO的動態特性圖272/892.4.1門極可關斷晶閘管■GTO的主要參數◆GTO的許多參數都和普通晶閘管相應的參數意義相同。

◆最大可關斷陽極電流IATO?用來標稱GTO額定電流。

◆電流關斷增益off

?最大可關斷陽極電流IATO與門極負脈沖電流最大值IGM之比。

?off一般很小，只有5左右，這是GTO的一個主要缺點。

◆開通時間ton

?延遲時間與上升時間之和。?延遲時間一般約1~2s，上升時間則隨通態陽極電流值的增大而增大。

◆關斷時間toff

?一般指儲存時間和下降時間之和，而不包括尾部時間。

?儲存時間隨陽極電流的增大而增大，下降時間一般小于2s。72/892.4.1門極可關斷晶閘管■GTO的主要參數73/892.4.2電力晶體管■電力晶體管（GiantTransistor——GTR）按英文直譯為巨型晶體管，是一種耐高電壓、大電流的雙極結型晶體管（BipolarJunctionTransistor——BJT）

■GTR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樣的。

◆最主要的特性是耐壓高、電流大、開關特性好。

73/892.4.2電力晶體管■電力晶體管（GiantT74/89◆

GTR的結構

?采用至少由兩個晶體管按達林頓接法組成的單元結構，并采用集成電路工藝將許多這種單元并聯而成。

?

GTR是由三層半導體（分別引出集電極、基極和發射極）形成的兩個PN結（集電結和發射結）構成，多采用NPN結構。2.4.2電力晶體管圖2-16GTR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b)電氣圖形符號c)內部載流子的流動+表示高摻雜濃度，-表示低摻雜濃度74/89◆GTR的結構2.4.2電力晶體管圖2-1675/892.4.2電力晶體管空穴流電子流c)EbEcibic=bibie=(1+b)ib圖2-16c)內部載流子的流動

?在應用中，GTR一般采用共發射極接法。集電極電流ic與基極電流ib之比為

稱為GTR的電流放大系數，它反映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射極間的漏電流Iceo時，ic和ib的關系為?單管GTR的

值比處理信息用的小功率晶體管小得多，通常為10左右，采用達林頓接法可以有效地增大電流增益。(2-9)(2-10)75/892.4.2電力晶體管空穴流電子流c)EbEcib76/892.4.2電力晶體管■GTR的基本特性◆靜態特性

?在共發射極接法時的典型輸出特性分為截止區、放大區和飽和區三個區域。

?在電力電子電路中，

GTR工作在開關狀態，即工作在截止區或飽和區。

?在開關過程中，即在截止區和飽和區之間過渡時，一般要經過放大區。截止區放大區飽和區OIcib3ib2ib1ib1<ib2<ib3Uce圖2-17共發射極接法時GTR的輸出特性76/892.4.2電力晶體管■GTR的基本特性截止區放大77/892.4.2電力晶體管◆動態特性?開通過程

√需要經過延遲時間td和上升時間tr，二者之和為開通時間ton。√增大基極驅動電流ib的幅值并增大dib/dt，可以縮短延遲時間，同時也可以縮短上升時間，從而加快開通過程。?關斷過程√需要經過儲存時間ts和下降時間tf，二者之和為關斷時間toff。√減小導通時的飽和深度以減小儲存的載流子，或者增大基極抽取負電流Ib2的幅值和負偏壓，可以縮短儲存時間，從而加快關斷速度。?GTR的開關時間在幾微秒以內，比晶閘管和GTO都短很多。ibIb1Ib2Icsic0090%Ib110%Ib190%Ics10%Icst0t1t2t3t4t5tttofftstftontrtd圖2-18GTR的開通和關斷過程電流波形主要是由發射結勢壘電容和集電結勢壘電容充電產生的。

是用來除去飽和導通時儲存在基區的載流子的，是關斷時間的主要部分。

77/892.4.2電力晶體管◆動態特性ibIb1Ib2I78/892.4.3電力場效應晶體管■分為結型和絕緣柵型，但通常主要指絕緣柵型中的MOS型（MetalOxideSemiconductorFET）,簡稱電力MOSFET（PowerMOSFET）。■電力MOSFET是用柵極電壓來控制漏極電流的，它的特點有：

◆驅動電路簡單，需要的驅動功率小。

◆開關速度快，工作頻率高。

◆熱穩定性優于GTR。

◆電流容量小，耐壓低，多用于功率不超過10kW的電力電子裝置。

78/892.4.3電力場效應晶體管■分為結型和絕緣柵型，79/892.4.3電力場效應晶體管■電力MOSFET的結構和工作原理

◆電力MOSFET的種類

?按導電溝道可分為P溝道和N溝道。?當柵極電壓為零時漏源極之間就存在導電溝道的稱為耗盡型。

?對于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時才存在導電溝道的稱為增強型。

?在電力MOSFET中，主要是N溝道增強型。

79/892.4.3電力場效應晶體管■電力MOSFET的結80/892.4.3電力場效應晶體管◆電力MOSFET的結構

?是單極型晶體管。?結構上與小功率MOS管有較大區別，小功率MOS管是橫向導電器件，而目前電力MOSFET大都采用了垂直導電結構，所以又稱為VMOSFET（VerticalMOSFET），這大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。?按垂直導電結構的差異，分為利用V型槽實現垂直導電的VVMOSFET（VerticalV-grooveMOSFET）和具有垂直導電雙擴散MOS結構的DMOSFET（VerticalDouble-diffusedMOSFET）。?電力MOSFET也是多元集成結構。圖2-20電力MOSFET的結構和電氣圖形符號內部結構斷面示意圖b)電氣圖形符號80/892.4.3電力場效應晶體管◆電力MOSFET的結81/892.4.3電力場效應晶體管◆電力MOSFET的工作原理?截止：當漏源極間接正電壓，柵極和源極間電壓為零時，P基區與N漂移區之間形成的PN結J1反偏，漏源極之間無電流流過。

?導通

√在柵極和源極之間加一正電壓UGS，正電壓會將其下面P區中的空穴推開，而將P區中的少子——電子吸引到柵極下面的P區表面。

√當UGS大于某一電壓值UT時，使P型半導體反型成N型半導體，該反型層形成N溝道而使PN結J1消失，漏極和源極導電。

√UT稱為開啟電壓（或閾值電壓），UGS超過UT越多，導電能力越強，漏極電流ID越大。

81/892.4.3電力場效應晶體管◆電力MOSFET的工82/89■電力MOSFET的基本特性

◆靜態特性

?轉移特性√指漏極電流ID和柵源間電壓

UGS的關系，反映了輸入電壓和輸出電流的關系。

√ID較大時，ID與UGS的關系近似線性，曲線的斜率被定義為MOSFET的跨導Gfs，即

2.4.3電力場效應晶體管圖2-21電力MOSFET的轉移特性和輸出特性

a)轉移特性(2-11)√是電壓控制型器件，其輸入阻抗極高，輸入電流非常小。82/89■電力MOSFET的基本特性2.4.3電力場效83/892.4.3電力場效應晶體管?輸出特性

√是MOSFET的漏極伏安特性。√截止區（對應于GTR的截止區）、飽和區（對應于GTR的放大區）、非飽和區（對應于GTR的飽和區）三個區域，飽和是指漏源電壓增加時漏極電流不再增加，非飽和是指漏源電壓增加時漏極電流相應增加。

√工作在開關狀態，即在截止區和非飽和區之間來回轉換。?本身結構所致，漏極和源極之間形成了一個與MOSFET反向并聯的寄生二極管。?通態電阻具有正溫度系數，對器件并聯時的均流有利。

圖2-21電力MOSFET的轉移特性和輸出特性

b)輸出特性83/892.4.3電力場效應晶體管?輸出特性圖2-2184/89◆動態特性

?開通過程

√開通延遲時間td(on)

電流上升時間tr

電壓下降時間tfv

開通時間ton=td(on)+tr+

tfv

?關斷過程

√關斷延遲時間td(off)

電壓上升時間trv

電流下降時間tfi

關斷時間toff=td(off)+trv+tfi?MOSFET的開關速度和其輸入電容的充放電有很大關系，可以降低柵極驅動電路的內阻Rs，從而減小柵極回路的充放電時間常數，加快開關速度。2.4.3電力場效應晶體管信號iDOOOuptttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tfRsRGRFRLiDuGSupiD+UE圖2-22電力MOSFET的開關過程a)測試電路b)開關過程波形up為矩形脈沖電壓信號源，Rs為信號源內阻，RG為柵極電阻，RL為漏極負載電阻，RF用于檢測漏極電流。

(a)(b)84/89◆動態特性2.4.3電力場效應晶體管信號iDOO85/892.4.3電力場效應晶體管?不存在少子儲存效應，因而其關斷過程是非常迅速的。?開關時間在10~100ns之間，其工作頻率可達100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。?在開關過程中需要對輸入電容充放電，仍需要一定的驅動功率，開關頻率越高，所需要的驅動功率越大。

85/892.4.3電力場效應晶體管?不存在少子儲存效應，86/892.4.3電力場效應晶體管■電力MOSFET的主要參數◆跨導Gfs、開啟電壓UT以及開關過程中的各時間參數。◆漏極電壓UDS

?標稱電力MOSFET電壓定額的參數。◆漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM

?標稱電力MOSFET電流定額的參數。

◆柵源電壓UGS

?柵源之間的絕緣層很薄，UGS>20V將導致絕緣層擊穿。

◆極間電容

?

CGS、CGD和CDS。◆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。

86/892.4.3電力場效應晶體管■電力MOSFET的主87/892.4.4絕緣柵雙極晶體管■GTR和GTO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，輸入阻抗高，熱穩定性好，所需驅動功率小而且驅動電路簡單。絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）綜合了GTR和MOSFET的優點，因而具有良好的特性。

87/892.4.4絕緣柵雙極晶體管■GTR和GTO是雙極88/892.4.4絕緣柵雙極晶體管■IGBT的結構和工作原理

◆IGBT的結構

?是三端器件，具有柵極G、集電極C和發射極E。?由N溝道VDMOSFET與雙極型晶體管組合而成的IGBT，比VDMOSFET多一層P+注入區，實現對漂移區電導率進行調制，使得IGBT具有很強的通流能力。?簡化等效電路表明，IGBT

是用GTR與MOSFET組成的達林頓結構，相當于一個由

MOSFET驅動的厚基區PNP晶體管。

圖2-23IGBT的結構、簡化等效電路和電氣圖形符號a)內部結構斷面示意圖b)簡化等效電路c)電氣圖形符號RN為晶體管基區內的調制電阻。

88/892.4.4絕緣柵雙極晶體管■IGBT的結構和工作89/892.4.4絕緣柵雙極晶體管◆IGBT的工作原理

?IGBT的驅動原理與電力MOSFET基本相同，是一種場控器件。

?其開通和關斷是由柵極和發射極間的電壓UGE決定的。

√當UGE為正且大于開啟電壓UGE(th)時，MOSFET內形成溝道，并為晶體管提供基極電流進而使IGBT導通。

√當柵極與發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，使得IGBT關斷。

?電導調制效應使得電阻RN減小，這樣高耐壓的IGBT也具有很小的通態壓降。

89/892.4.4絕緣柵雙極晶體管◆IGBT的工作原理90/892.4.4絕緣柵雙極晶體管■IGBT的基本特性

◆靜態特性

?轉移特性

√描述的是集電極電流

IC與柵射電壓UGE之間的關系。√開啟電壓UGE(th)是

IGBT能實現電導調制而導通的最低柵射電壓，隨溫度升高而略有下降。

（a）圖2-24IGBT的轉移特性和輸出特性a)轉移特性

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