电力电子开关器件特性.docx

电力电子开关器件特性目前，各类电力电子器件所到达的功能水平如下：普通晶闸管：12kV.IkA；4kV、3kAo可关断晶闸管：9kV、IkA；4.5kV、4.5kAo逆导晶闸管：4.5kV.IkAo光触晶闸管：6kV、2.5kA；4kV、5kAo电力晶体管：单管1kV、200A；模块12kV、800A；18kV、IOOAo场效应管：IkV、38Ao绝缘栅极双极型晶体管：1.2kV.400A；1.8kV.IOOAo静电感应晶闸管(SrrH)：4.5kV、2.5kAo场控晶闸管：IkV.IOOAo图1中示出主要电力电子器件的控制容量和开关频率的应用范围。图1电力电子器件的控制容量和开关频率的应用范围1 .绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)IGBT(Insu1atedGateBipo1arTransistor)是在GTR和MoSFET之间取其长、避其短而出现的新器件，它实际上是用MOSFET驱动双极型晶体管的，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MoSFET驱动功率很小,开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。IGBT是多元集成构造，每个IGBT元的构造如图2(a)所示，图2(b)是IGBT的等效电路，它由一个MOSFET和一个PNP晶体管构成，给栅极施加正偏信号后，MOSFET导通，从而给PNP晶体管提供了基极电流使其导通。给栅极施加反偏信号后，MOSFET关断，使PNP晶体管基极电流为零而截止。图2(C)是IGBT的电气符号。IGBT的开关速度低于MOSFET,但明显高于GTRoIGBT在关断时不需要负栅压来减少关断时间，但关断时间随栅极和发射极并联电阻的增加而增加。IGBT的开启电压约34V,和MOSFET相当。IGBT导通时的饱和压降比MOSFET低而和GTR接近，饱和压降随栅极电压的增加而降低。图2IGBT的简化等效电路图(a)构造；(b)等效电路；(C)电气符号2 .场控晶闸管(MCT)MCT(Moscontro11edThyristor)是MOSFET驱动晶闸管的复合器件，集场效应晶体管与晶闸管的优点于一身，是双极型电力晶体管和MoSFET的复合。一个MCT器件由数以万计的MCT元组成，每个元的组成如下:PNPN晶闸管一个(可等效为PNP和NPN晶体管各一个),控制MCT导通的MOSFET(On-FET)和控制MCT关断的MOSFET(off-FET)各一个。当给栅极加正脉冲电压时，N沟道的on-FET导通，其漏极电流即为PNP晶体管提供了基极电流使其导通，PNP晶体管的集电极电流又为NPN晶体管提供了基极电流而使其导通，而NPN晶体管的集电极电流又反过来成为PNP晶体管的基极电流，这种正反应使1+a2>1,MCT导通。当给栅极加负电压脉冲时，P沟道的off-FET导通，使PNP晶体管的集电极电流大部分经off-FET流向阴极而不注入NPN晶体管的基极，因此，NPN晶体管的集电极电流(即PNP晶体管的基极电流)减小，这又使得NPN晶体管的基极电流减小，这种正反应使a1+a2