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电力电子器件概述(ppt).ppt

发布:2019-01-27约1.59万字共92页下载文档
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1-* 2.4.3 电力场效应晶体管 ■电力MOSFET的主要参数 ◆漏极电压UDS ?标称电力MOSFET电压定额的参数。 ◆漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM ?标称电力MOSFET电流定额的参数。 ◆栅源电压UGS ?栅源之间的绝缘层很薄,?UGS?20V将导致绝缘层击穿。 ◆极间电容 ? CGS、CGD和CDS。 ◆漏源间的耐压、漏极最大允许电流和最大耗散功率决定了电力MOSFET的安全工作区。 1-* 2.4.3 电力场效应晶体管 可降低驱动电路内阻Rs减小时间常数,加快开关速度。 不存在少子储存效应,关断过程非常迅速。 开关时间在10~100ns之间,工作频率可达100kHz以上,是主要电力电子器件中最高的。 场控器件,静态时几乎不需输入电流。但在开关过程中需对输入电容充放电,仍需一定的驱动功率。 开关频率越高,所需要的驱动功率越大。 MOSFET的开关速度 1-* 2.4.4 绝缘栅双极晶体管 两类器件取长补短结合而成的复合器件—Bi-MOS器件 绝缘栅双极晶体管(Insulated-gate Bipolar Transistor——IGBT或IGT)GTR和MOSFET复合,结合二者的优点。 1986年投入市场,是中小功率电力电子设备的主导器件。 继续提高电压和电流容量,以期取代GTO的地位。 GTR和GTO的特点——双极型,电流驱动,通流能力强,开关速度较低,所需驱动功率大,驱动电路复杂。 MOSFET的优点——单极型,电压驱动,开关速度快,输入阻抗高,热稳定性好,所需驱动功率小而且驱动电路简单。 1-* 2.4.4 绝缘栅双极晶体管 1) IGBT的结构和工作原理 三端器件:栅极G、集电极C和发射极E 图2-23 IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号 a) 内部结构断面示意图 b) 简化等效电路 c) 电气图形符号 1-* 2.4.4 绝缘栅双极晶体管 ? 驱动原理与电力MOSFET基本相同,场控器件,通断由栅射极电压uGE决定。 导通:uGE大于开启电压UGE(th)时,MOSFET内形成沟道,为晶体管提供基极电流,IGBT导通。 通态压降:电导调制效应使电阻RN减小,使通态压降减小。 关断:栅射极间施加反压或不加信号时,MOSFET内的沟道消失,晶体管的基极电流被切断,IGBT关断。 IGBT的原理 1-* a ) b ) O 有源区 正向阻断区 饱 和 区 反向阻断区 I C U GE(th) U GE O I C U RM U FM U CE U GE(th) U GE 增加 2.4.4 绝缘栅双极晶体管 2) IGBT的基本特性 (1)?IGBT的静态特性 图1-23 IGBT的转移特性和输出特性 a) 转移特性 b) 输出特性 转移特性——IC与UGE间的关系(开启电压UGE(th)) 输出特性 分为三个区域:正向阻断区、有源区和饱和区。 1-* 2.4.4 绝缘栅双极晶体管 t t t 10% 90% 10% 90% U CE I C 0 O 0 U GE U GEM I CM U CEM t fv1 t fv2 t off t on t fi1 t fi2 t d(off) t f t d(on) t r U CE(on) U GEM U GEM I CM I CM 图1-24 IGBT的开关过程 IGBT的开通过程?????? 与MOSFET相似 开通延迟时间td(on) 电流上升时间tr 开通时间ton uCE的下降过程分为tfv1和tfv2两段。 tfv1——IGBT中MOSFET单独工作的电压下降过程; tfv2——MOSFET和PNP晶体管同时工作的电压下降过程。IGBT中的PNP晶体管由放大状态转入饱和状态也需要一个过程。 (2)???IGBT的动态特性 1-* 2.4.4 绝缘栅双极晶体管 图1-24 IGBT的开关过程 关断延迟时间td(off) 电流下降时间tf 关断时间toff 电流下降时间又可分为tfi1和tfi2两段。 tfi1——IGBT器件内部的MOSFET的关断过程,iC下降较快。 tfi2——IGBT内部的PNP晶体管的关断过程,iC下降较慢。 IGBT的关断过程 t t t 10% 90% 10% 90% U CE I C 0 O 0 U GE U GEM I CM U CEM t fv1 t fv2 t off t on t fi1 t fi2 t d(off) t
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