第1頁第一章電力電子器件電力電子器件概述電力二極管晶閘管及其派生器件典型全控型器件其他新型電力電子器件電力電子器件的驅動電力電子器件的保護電力電子器件的串聯與并聯運行第2頁主電路和電力電子器件的基本概念。電力電子器件的分類和電氣圖形符號。晶閘管、電力二極管、電力晶體管、電力MOSFET和IGBT的工作原理、開關特性、主要參數以及在選擇和使用中應注意的事項。重點第一章電力電子器件第3頁1.1電力電子器件概述（一）基本概念(P8)主電路(PowerCircuit):電力電子器件(PowerElectronicDevice):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。

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。第4頁能處理電功率的能力，一般遠大于處理信息的電子器件。電力電子器件一般都工作在開關狀態。電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。電力電子器件自身的功率損耗遠大于信息電子器件，一般都要安裝散熱器。（二）同處理信息的電子器件相比的一般特征1.1電力電子器件概述第5頁（三）電力電子器件的分類(P10)按照電力電子器件能夠被控制電路信號所控制的程度，可以將電力電子器件分為以下3類:不可控型器件——不能用控制信號來控制其通斷。半控型器件——通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷。全控型器件——通過控制信號既可控制其導通又可控制其關斷，又稱自關斷器件。1.1電力電子器件概述第6頁（1）可控器件按照驅動電路信號的性質來分

電流驅動型——通過從控制端注入或者抽出電流來實現導通或者關斷的控制。

電壓驅動型——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導通或者關斷的控制。（2）按照功率等級來分

微功率器件

小功率器件

大功率器件（3）按照導電機理來分

雙極型單極型混合型其它分類方法:1.1電力電子器件概述第7頁1.2電力二極管(P11)電力二極管（PowerDiode）結構和原理簡單，工作可靠，自20世紀50年代初期就獲得應用。快恢復二極管和肖特基二極管，分別在中、高頻整流和逆變，以及低壓高頻整流的場合，具有不可替代的地位。整流二極管及模塊第8頁1.2.1結構、工作原理和基本特性基本結構和工作原理與微電子電路中的二極管一樣。由一個面積較大的PN結和兩端引線及封裝組成。外形——主要有螺栓型和平板型兩種封裝。第9頁額定電流——在指定的管殼溫度和散熱條件下，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。1.2.2電力二極管的主要參數1)

正向平均電流IF(AV)第10頁在指定溫度下，流過某一指定的穩態正向電流時對應的正向壓降。3）反向重復峰值電壓URRM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。

4）反向恢復時間trrtrr=td+tf1.2.2電力二極管的主要參數2）正向壓降UF第11頁結溫是指管芯PN結的平均溫度，用TJ表示。TJM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。6)

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。

1.2.2電力二極管的主要參數5）最高工作結溫TJM第12頁1.2.3電力二極管的主要類型（P14）1.標準工頻型（普通型）又稱整流二極管（RectifierDiode）多用于開關頻率不高（1kHz以下）的整流電路其反向恢復時間較長正向電流定額和反向電壓定額可以達到很高,可以達到數千安或數千伏以上第13頁2.快速恢復二極管（FastRecoveryDiode——FRD）簡稱快速二極管，恢復過程很短，特別是反向恢復過程很短（一般在5μs以下）。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。1.2.2電力二極管的品種第14頁3.肖特基勢壘二極管（SchottkyBarrierDiode——SBD）

(a)反向恢復時間很短（10～40ns）。

(b)正向恢復過程中也不會有明顯的電壓過沖。

(c)反向耐壓較低時其正向壓降明顯低于快恢復二極管。

(d)效率高，其開關損耗和正向導通損耗都比快速二極管還小。(a)反向耐壓提高時正向壓降會提高，多用于200V以下。

(b)反向穩態損耗不能忽略，必須嚴格地限制其工作溫度。

(c)容量小、漏電流大。肖特基二極管的缺點肖特基二極管的優點1.2.2電力二極管的品種第15頁1.3晶閘管及其派生器件（P15)晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器（SiliconControlledRectifier——SCR）1956年美國貝爾實驗室發明了晶閘管。1957年美國通用電氣公司開發出第一只晶閘管產品。1958年商業化，開辟了電力電子技術迅速發展和廣泛應用的嶄新時代。20世紀80年代以來，開始被全控型器件取代。能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，在大容量的場合具有重要地位。第16頁AAGGKKa)G圖1.6晶閘管的外形、結構和電氣圖形符號1.3.1晶閘管的結構和工作原理1.晶閘管的結構外形——螺栓型和平板型兩種封裝。聯接端——三個。螺栓型——螺栓是陽極，與散熱器緊密聯接且安裝方便。平板型——由兩個散熱器將其夾在中間。第17頁螺栓型晶閘管晶閘管模塊平板型晶閘管外形及結構1.3.1晶閘管的結構和工作原理第18頁2.晶閘管的工作原理晶閘管的工作條件的實驗電路

①承受反向陽極電壓時,處于關斷狀態，與門極無關。②承受正向陽極電壓時,若門極不施加電壓,晶閘管也處于關斷狀態.③承受正向陽極電壓,同時在門極施加正向電壓，晶閘管由阻斷變為導通。晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用。有正向阻斷能力和單向導電性。

1.3.1晶閘管的結構和工作原理④要使晶閘管關斷,必須去掉陽極正向電壓,或給陽極加反向電壓,或降低正向陽極電壓,使通過晶閘管的電流小于維持電流(即保持晶閘管導通的最小陽極電流)。第19頁晶閘管的工作原理圖1.7晶閘管的雙晶體管模型1.3.1晶閘管的結構和工作原理第20頁（1）陽極電壓升高至相當高的數值造成雪崩效應。（2）陽極電壓上升率du/dt過高，中間結電容產生位移電流。（3）結溫較高，漏電流增大。（4）光觸發——光觸發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，稱為光控晶閘管（LightTriggeredThyristor——LTT）。其它幾種情況要盡量防止。只有門極觸發是最精確、迅速而可靠的控制手段。其它幾種可能導通的情況:(P17)1.3.1晶閘管的結構和工作原理第21頁1.3.2晶閘管的特性圖1.8晶閘管的陽極伏安特性和門極伏安特性（P17）1.靜態特性第22頁2.動態特性（P18）圖1.9晶閘管的動態過程（P18）延遲時間Td(0.5~1.5s)上升時間Tr

(0.5~3s)

開通時間Ton為以上兩者之和，

Ton=Td+Tr①開通過程1.3.2晶閘管的特性100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA第23頁反向阻斷恢復時間Trr正向阻斷恢復時間Tgr電路換向關斷時間Toff為以上兩者之和Tq=Trr+Tgr普通晶閘管的關斷時間約幾百微秒圖1.9晶閘管的動態過程（P18）②關斷過程100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA1.3.2晶閘管的特性第24頁通態損耗

斷態損耗開通損耗

關斷損耗晶閘管的動態過程及相應損耗③晶閘管的損耗(補充)靜態損耗動態損耗1.3.2晶閘管的特性第25頁1.額定電壓UTN1.3.3晶閘管的主要參數(P19)

通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標值作為該器件的額定電壓。

實際選用時，額定電壓要留有一定裕量,一般取額定電壓為實際工作電路中可能承受到的正向阻斷重復峰值電壓UDRM和反向重復峰值電壓URRM的最大峰值電壓,再取2～3倍的安全裕量.第26頁

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連續流過的單相工頻正弦半波電流的最大平均值。2.額定電流IT(AV)（P19）額定電流如何計算？1.3.3晶閘管的主要參數0π2π單相工頻正弦半波第27頁正弦半波電流平均值IT(AV)、電流有效值IT和電流最大值Im三者的關系：額定電流的計算方法0π2π單相工頻正弦半波第28頁各種有直流分量的電流波形，其電流波形的有效值I與平均值Id之比，稱為這個電流的波形系數，用Kf表示。因此，正弦半波電流的波形系數為：額定電流的計算方法考慮1.5～2倍的安全裕量思考：一只100A的晶閘管，流過波形系數為1.2的電流時，其允許通過的電流有效值和平均值各是多少？第29頁3.維持電流IH——在室溫與門極開路時,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，與結溫有關，結溫越高，則IH越小。4.

擎住電流IL——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。對同一晶閘管來說，通常IL約為IH的2～4倍。1.3.3晶閘管的主要參數第30頁5.通態平均電壓UT(AV)——當晶閘管流過正弦半波的額定電流平均值和穩定的額定結溫時，元件陽極與陰極之間電壓降的平均值。1.3.3晶閘管的主要參數6.斷態電壓臨界上升率du／dt——指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。第31頁7.通態電流臨界上升率di／dt8.門極觸發電流IGT和門極觸發電壓UGT

——指在規定條件下，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。——IGT是指在室溫且陽極電壓為6V直流電壓時，使晶閘管從阻斷到完全開通所必需的最小門極電流。UGT是對應于門極觸發電流時的門極觸發電壓。

1.3.3晶閘管的主要參數9.額定結溫Tjm——晶閘管在正常工作時所允許的最高結溫（器件內部）。第32頁1.3.4晶閘管的派生器件（P20）1.快速晶閘管(FastSwitchingThyristor——FST)包括快速晶閘管和高頻晶閘管，分別應用于400Hz和10kHz以上的斬波或逆變電路中。開關時間以及du/dt和di/dt耐量都有明顯改善。普通晶閘管關斷時間數百微秒，快速晶閘管數十微秒，高頻晶閘管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，不能忽略其開關損耗的發熱效應。第33頁2.雙向晶閘管（TriodeACSwitch——TRIAC或Bidirectionaltriodethyristor）圖1.10a)電氣圖形符號b)伏安特性可認為是一對反并聯的普通晶閘管的集成。兩個主電極T1和T2，一個門極G。在第Ｉ和第III象限有對稱的伏安特性。不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。1.3.4晶閘管的派生器件第34頁3.逆導晶閘管（ReverseConductingThyristor——RCT）圖1.11a)電氣圖形符號b)伏安特性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。正向壓降小、關斷時間短、高溫特性好、額定結溫高等優點。1.3.4晶閘管的派生器件第35頁4.光控晶閘管（LightTriggeredThyristor——LTT）圖1.12a)電氣圖形符號b)伏安特性又稱光觸發晶閘管，是利用一定波長的光照信號觸發導通的晶閘管。光觸發保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響。因此目前在高壓大功率的場合。1.3.4晶閘管的派生器件第36頁1.4典型全控型器件（P21）20世紀80年代以來，電力電子技術進入了一個嶄新時代。器件典型代表——電力晶體管、電力場效應晶體管、絕緣柵雙極晶體管。第37頁1.4.1電力晶體管(GTR)（P23）電力晶體管（GiantTransistor——GTR，BipolarJunctionTransistor——BJT），也稱為PowerBJT。優點——耐高壓、大電流、開關時間短、飽和壓降低和安全工作區寬等。缺點——二次擊穿、驅動功率大等。應用——20世紀80年代以來，在中、小功率范圍內取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代。第38頁1.基本工作原理與普通的雙極結型晶體管基本原理是一樣的。2.結構

通常采用至少由兩個晶體管按達林頓接法組成的單元結構，采用集成電路工藝將許多這種單元并聯而成。1.4.1電力晶體管(GTR)第39頁圖1.15GTR內部結構和電氣符號

共發射極接法時GTR的靜態特性

NNPPPN3.靜態特性

(1)共發射極接法時的典型輸出特性：截止區、放大區和飽和區。

(2)電力電子電路中GTR工作在開關狀態。

(3)開關過程中，即在截止區和飽和區之間過渡時，經過放大區。第40頁4.動態特性

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。

關斷過程——儲存時間ts和下降時間tf，二者之和為關斷時間toff。GTR的開關時間在幾微秒以內，比晶閘管和GTO都短很多。圖1.17GTR的開通和關斷過程電流波形ibIb1Ib2Icsic0090%Ib110%Ib190%Ics10%Icst0t1t2t3t4t5tttofftstftontrtd1.4.1電力晶體管(GTR)第41頁5.GTR的主要參數(1)

最高工作電壓（即額定電壓）(2)

集電極最大允許電流IcM(3)集電極最大耗散功率PcM

GTR上電壓超過規定值時會發生擊穿。

擊穿電壓不僅和晶體管本身特性有關，還與外電路接法有關。

BUcbo>BUcex>BUces>BUcer>BUceo。實際使用時，最高工作電壓要比BUceo低得多。

通常規定為直流電流放大系數hFE下降到規定值的1/2~1/3時所對應的Ic。實際使用時要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一點。

1.4.1電力晶體管(GTR)第42頁6.二次擊穿現象與安全工作區(1)一次擊穿①集電極電壓升高至擊穿電壓時，Ic迅速增大，出現雪崩擊穿；②只要Ic不超過限度，GTR一般不會損壞，工作特性也不變。(2)二次擊穿①一次擊穿發生時，如果繼續增高外接電壓，則Ic繼續增大，當達到某個臨界點時，Uce會突然降低至一個小值，同時導致Ic急劇上升，這種現象稱為二次擊穿。②二次擊穿的持續時間很短，一般在納秒至微秒范圍，常常立即導致器件的永久損壞，必須避免。1.4.1電力晶體管(GTR)第43頁圖1.18ＧＴＲ的安全工作區(3)安全工作區（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PSB限定。1.4.1電力晶體管(GTR)第44頁1.4.2電力場效應晶體管(P25)特點——用柵源電壓來控制漏極電流驅動電路簡單，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，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置場效應晶體管(MOSFET)——分為結型和絕緣柵型。電力場效應晶體管主要指絕緣柵型場效應晶體管。結型電力場效應晶體管一般稱作靜電感應晶體管（StaticInductionTransistor——SIT）第45頁主要用N溝道、增強型、絕緣柵型。和微電子里的MOS管導電機理相同。和微電子里的區別：前者是一次擴散而成，后者是二次擴散而成，前者是橫向導電型，后者是垂直導電型。1.結構和工作原理1.4.2電力場效應晶體管第46頁

①

按導電溝道可分為P溝道和N溝道。②按源漏極存在導電溝道時的柵極電壓類型分為耗盡型和增強型。③耗盡型——當柵極電壓為零時漏源極之間就存在導電溝道。④增強型——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。⑤

電力MOSFET主要是N溝道增強型。MOSFET的種類1.4.2電力場效應晶體管第47頁2.靜態特性(注意和GTR的區別，特別是飽和區的位置不同)圖1.20a)轉移特性b)輸出特性010203050402468a)10203050400b)1020305040飽和區非飽和區截止區ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關系稱為MOSFET的轉移特性。ID較大時，ID與UGS的關系近似線性，曲線的斜率定義為跨導Gfs。1.4.2電力場效應晶體管第48頁截止區（GTR的截止區）飽和區（GTR的放大區）非飽和區（GTR的飽和區）工作在開關狀態，即在截止區和非飽和區之間來回轉換。漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時器件導通。通態電阻具有正溫度系數，對器件并聯時的均流有利。010203050402468a)10203050400b)1020305040飽和區非飽和區截止區ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/A圖1.20a)轉移特性b)輸出特性1.4.2電力場效應晶體管第49頁3.動態特性

圖1.21a)測試電路b)開關過程波形RsRGRFRLiDuGSupiD信號+UEiDOOOuptttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tfa)b)開通過程——開通延遲時間td(on)

和上升時間tr之和為開通時間ton關斷過程——關斷延遲時間td(off)和下降時間tf之和為關斷時間toff1.4.2電力場效應晶體管第50頁①MOSFET的開關速度和輸入電容Cin的充放電有很大關系；②使用者無法降低Cin，但可降低驅動電路內阻Rs減小時間常數，加快開關速度，所以選擇RS很關鍵（一般為幾十歐姆）；③MOSFET只靠多子導電，不存在少子儲存效應，因而關斷過程非常迅速；④MOSFET開關時間在10～100ns之間，工作頻率可達100kHz以上，是常用電力電子器件中最高的；⑤場控器件，靜態時幾乎不需輸入電流。但在開關過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅動功率。開關頻率越高，所需要的驅動功率越大。MOSFET的開關特點：1.4.2電力場效應晶體管第51頁4.電力MOSFET的主要參數1)

漏源額定電壓UDS

——電力MOSFET電壓定額2)漏極額定電流ID和漏極峰值電流IDM——電力MOSFET電流定額3)柵源電壓UGS

——UGS>20V將導致絕緣層擊穿。4)通態電阻Ron——限制電力MOSFET功率容量的主要因素。5)最大耗散功率PD——器件所能承受的最大發熱功率。1.4.2電力場效應晶體管第52頁1.4.3絕緣柵雙極晶體管（P29）

特點器件優點缺點晶體管GTR開關時間短、飽和壓降低和安全工作區寬存在二次擊穿、驅動功率較大、驅動電路復雜電力MOSFET驅動電路簡單、驅動功率小、開關速度快、工作頻率高、輸入阻抗高、熱穩定性優良、無二次擊穿、安全工作區寬電流容量小，耐壓低，通態電阻大，只適用于中小功率電力電子裝置絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）集二者的優點于一身。1986年投入市場，是中小功率電力電子設備的主導器件。繼續提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位。第53頁1.IGBT的結構和工作原理三端器件：柵極G、集電極C和發射極E1.4.3絕緣柵雙極晶體管第54頁(1)結構IGBT相當于一個由MOSFET驅動的厚基區BJT。RN為晶體管基區內的擴展電阻。IGBT是以BJT為主導元件，MOSFET為驅動元件的達林頓結構器件。圖1.22a是N溝道MOSFET與BJT組合——N溝道IGBT。1.4.3絕緣柵雙極晶體管第55頁(2)工作原理

驅動原理與電力MOSFET基本相同，場控器件，通斷由柵射極間電壓uGE決定。導通：uGE大于開啟電壓UGE(th)時，MOSFET內形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導通。通態壓降：電導調制效應使電阻RN減小，使通態壓降減小。關斷：柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關斷。1.4.3絕緣柵雙極晶體管第56頁靜態特性2.基本特性圖1.22a)轉移特性b)輸出特性O有源區正向阻斷區飽和區反向阻斷區ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加1.4.3絕緣柵雙極晶體管第57頁動態特性開通過程與MOSFET相似開通延遲時間td(on)

電流上升時間tr

開通時間tonuCE的下降過程分為tfu1和tfu2兩段。

tfu1——IGBT中MOSFET單獨工作的電壓下降過程；

tfu2——MOSFET和PNP晶體管同時工作的電壓下降過程。圖1.23IGBT的動態特性ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfu1tfu2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM1.4.3絕緣柵雙極晶體管第58頁圖1.24IGBT的動態特性ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM關斷延遲時間td(off）電流下降時間tf

關斷時間toff電流下降時間又可分為tfi1和tfi2兩段。tfi1——IGBT器件內部的MOSFET的關斷過程，iC下降較快。tfi2——IGBT內部的PNP晶體管的關斷過程，iC下降較慢。IGBT的關斷過程1.4.3絕緣柵雙極晶體管第59頁——正常工作溫度下允許的最大功耗。(3)最大集電極功耗PCM——包括額定直流電流IC和1ms脈寬最大電流ICP。

(2)

最大集電極電流——由內部PNP晶體管的擊穿電壓確定。(1)最大集射極間電壓UCES3.主要參數1.4.3絕緣柵雙極晶體管第60頁IGBT的特性和參數特點總結如下：開關速度高，開關損耗小。相同電壓和電流定額時，安全工作區比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力。通態壓降比電力MOSFET低。輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似。與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進一步提高，同時保持開關頻率高的特點。1.4.3絕緣柵雙極晶體管第61頁4.擎住效應或自鎖效應引發擎住效應的原因：集電極電流過大（靜態擎住效應）或者duce/dt過大（動態擎住效應），或者溫度升高。動態擎住效應比靜態擎住效應所允許的集電極電流小。擎住效應曾限制IGBT電流容量提高，20世紀90年代中后期開始逐漸解決。——NPN寄生晶體管基極與發射極之間存在體區短路電阻，P型體區的橫向空穴電流會在該電阻上產生壓降，相當于對J3結施加正偏壓，一旦J3開通，柵極就會失去對集電極電流的控制作用，電流失控。1.4.3絕緣柵雙極晶體管寄生晶閘管結構第62頁——最大集電極電流Icp、最大集射極間電壓UCES和最大允許電壓上升率duCE/dt確定。反向偏置安全工作區（RBSOA）——最大集電極電流Icp、最大集射極間電壓UCES和最大集電極功耗PCM確定。正向偏置安全工作區（FBSOA）5.安全工作區1.4.3絕緣柵雙極晶體管第63頁1.5其他全控型電力電子器件簡介（P32）門極可關斷晶閘管GTO（P21)高電壓、大電流雙極全控型器件。反向電流大，控制復雜、控制功率較大。適用于大功率場合。靜電感應晶體管SIT（P32)多子導電，工作頻率與電力MOSFET相當，甚至更高，功率容量更大，適用于高頻大功率場合。在雷達通信設備、超聲波功率放大、脈沖功率放大和高頻感應加熱等領域獲得應用。柵極不加信號時導通，加負偏壓時關斷，使用不方便。通態電阻較大，通態損耗也大。

第64頁靜電感應晶閘管SITHMOS控制晶閘管MCT——MOSFET與晶閘管的復合器件承受極高di/dt和du/dt，快速的開關過程，開關損耗小。高電壓，大電流、高載流密度，低導通壓降。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值，未能投入實際應用。1.5其他全控型電力電子器件簡介兩種載流子導電、雙極型，具有電導調制效應，通態壓降低、通流能力強。其很多特性與GTO類似，但開關速度比GTO高得多，是大容量的快速器件。

制造工藝復雜，成本較高。關斷時需要較大的門極驅動電流。第65頁

集成門極換流晶閘管IGCT1.5其他全控型電力電子器件簡介20世紀90年代后期出現，結合了IGBT與GTO的優點，容量與GTO相當，開關速度快10倍。可省去GTO復雜的緩沖電路，但驅動功率仍很大。目前正在與IGBT等新型器件激烈競爭，試圖最終取代GTO在大功率場合的位置。第66頁20世紀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。可縮小裝置體積，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，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PIC（PowerIntegratedCircuit）。6.功率模塊與功率集成電路1.5其他全控型電力電子器件簡介第67頁智能功率集成電路SPIC（SmartPowerIC）通常指縱向功率器件與控制和保護電路的集成。通常用于電壓調節器、汽車功率開關、開關電源、電機驅動、家用電器等產品上。高壓集成電路HVIC（HighVoltageIC）一般指高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成。通常用于小型電機驅動及電話交換機用戶電路等需要較高電壓的地方。智能功率模塊IPM（IntelligentPowerModule）則專指IGBT及其輔助器件與其保護和驅動電路的單片集成，也稱智能IGBT（IntelligentIGBT）。實際應用電路——按照制作工藝及應用范圍分1.5其他全控型電力電子器件簡介第68頁1.6電力電子器件的驅動(P33)

作用和任務——主電路與控制電路之間的接口，將控制電路輸出的信號按照其控制目標的要求，轉換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關斷的信號。使電力電子器件工作在較理想的開關狀態，縮短開關時間，減小開關損耗。對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。一些保護措施也往往設在驅動電路中，或通過驅動電路實現。驅動電路還提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環節。

1.6.1電力電子變流裝置驅動電路概述第69頁圖1.25光耦的類型及接法(a)普通型(b)高速型(c)高傳輸比型

變流裝置中，為了防止主電路的高壓引入控制電路帶來安全隱患和盡量減小主電路對控制電路的電磁干擾，控制電路和主電路之間一般要采取電氣隔離措施。常常用光隔離或磁隔離。電氣隔離措施1.6.1電力電子變流裝置驅動電路概述第70頁

光耦的輸入和輸出脈沖波形圖1.27脈沖變壓器隔離電路1.6.1電力電子變流裝置驅動電路概述第71頁1.6.3典型全控型器件驅動電路GTR驅動電路的設計原則——保證輸出比較理想的基極電流波形和選擇高效可靠的驅動電路。GTR對驅動電路的基本要求：

（1）GTR開通時，驅動電路提供的基極電流應具有足夠的基極驅動和快速的上升沿，并一開始有一定的過沖，以加速開通的過程，減小開通損耗。（2）GTR導通期間，驅動電路提供的基極電流在任何負載情況下都能保證GTR處于飽和導通狀態，使GTR的飽和壓降較低，以保證低的導通損耗。為了減小存儲時間，能控制GTR在關斷前處于臨界飽和狀態，即準飽和狀態。1.GTR驅動電路第72頁

（3）關斷瞬時，驅動電路應提供足夠的反向基極驅動，以迅速抽出基區的剩余載流子，減小存儲時間ts；并加反偏截止電壓，使集電極電流迅速下降以減小下降時間tf。而在功率管開通前功率管基射極間的反偏電壓應為零或很小。（4）驅動電路損耗要小，電路盡可能簡單可靠，便于集成。（5）驅動電路中常要解決控制電路與主電路之間的電氣隔離圖1.30比較理想的基極驅動電流波形tOib1.6.3典型全控型器件驅動電路第73頁GTR驅動電路簡介（1）GTR具體的驅動電路形式繁多，這里僅簡單介紹幾個典型的GTR驅動電路。圖1.31GTR的一種驅動電路1.6.3典型全控型器件驅動電路貝克箝位電路第74頁UAA4002原理框圖

在GTR的驅動專用集成電路中，法國湯姆森半導體公司的UAA4002和日本三菱公司的M57215BL得到較為廣泛的應用。下面簡單介紹一下UAA4002。

1.6.3典型全控型器件驅動電路第75頁

由UAA4002組成的GTR驅動電路UAA4002組成的GTR驅動電路。

UAA4002的獨特設計使它也非常適用于驅動電力場控器件，如電力MOSFET或IGBT。且由于UAA4002的輸出電流足以快速地控制輸入電容為納法的器件，所以它特別適用于控制若干個并聯的電力場控器件。1.6.3典型全控型器件驅動電路第76頁2.IGBT的驅動電路

GTR為電流型控制器件，用基極電流來控制集電極電流。而IGBT是電壓型控制器件，用柵極電壓來控制漏極電流。因此，其對驅動電路的要求不同。IGBT對驅動電路的要求（1）柵極正偏電壓+UGE

的影響IGBT通態電壓與柵極電壓的關系1.6.3典型全控型器件驅動電路第77頁（2）柵極負偏壓-UGE

的影響

集電極浪涌電流與柵極負電壓的關系（3)柵極電阻RG1.6.3典型全控型器件驅動電路第78頁IGBT的驅動電路簡介IGBT實際應用中的一個重要問題是柵極驅動電路設計得是否合理。總的來說，由于場控制件的導電機理，IGBT的驅動電路比GTR的驅動電路簡單。IGBT的驅動電路1.6.3典型全控型器件驅動電路第79頁M57962L型IGBT驅動器的原理和接線圖1.6.3典型全控型器件驅動電路第80頁

經過一級放大后驅動(用來驅動大電流模塊)1.6.3典型全控型器件驅動電路第81頁

直接驅動（采用驅動IC驅動）1.6.3典型全控型器件驅動電路第82頁IGBT的柵極驅動設計

典型柵極驅動電路框圖1.6.3典型全控型器件驅動電路第83頁1.7晶閘管變流裝置的保護電路(P37)原因——財產安全和人身安全通常有五種保護電路：晶閘管過流保護晶閘管過壓保護晶閘管du/dt保護晶閘管di/dt保護晶閘管門極保護第84頁1.7.1晶閘管的過電壓保護外因過電壓：主要來自雷擊和系統操作過程等外因雷擊過電壓：由雷擊所產生的大氣干擾引起操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起內因過電壓：主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程在晶閘管從導通到阻斷過程中，由于晶閘管反向電流突變會因線路電感在器件兩端感應出的過電壓。電力電子裝置可能的過電壓——外因過電壓和內因過電壓第85頁A、避雷器保護1.7.1晶閘管的過電壓保護保護措施B、利用非線性過電壓保護元件保護壓敏電阻的伏安特性

壓敏電阻過電壓保護的接法第86頁C、利用儲能元件保護

阻容過電壓保護的連接方法RCD過電壓吸收電路1.7.1晶閘管的過電壓保護第87頁.晶閘管變流裝置過電壓保護主要措施及設置位置A─避雷器；B─接地電容，C─阻容保護；D─整流式阻容保護；E─壓敏電阻保護；F─器件側阻容保護D、利用引入電壓檢測的電子保護電路作過電壓保護1.7.1晶閘管的過電壓保護第88頁1.7.2晶閘管變流裝置的過電流保護保護措施：過電流——過載和短路兩種情況同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性。電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現保護，過電流繼電器整定在過載時動作。負載觸發電路開關電路過電流繼電器交流斷路器動作電流整定值短路器電流檢測電子保護電路快速熔斷器變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器

過電流保護措施及其配置位置(P38)