第1章電路運行條件對電力電子器件性能的影響1.1概述1.4絕緣柵晶體管(IGBT)1.1概述1.1.1決定電力電子器件實際效能的主要因素

1.1.2電力電子器件的分類1.1.1決定電力電子器件實際效能的主要因素

所有電力電子器件在其裝置中的實際效能取決于兩方面：一是電力電子器件的設計和制作(參數(shù)設計、結構安排、材料性能、工藝水平和散熱能力等)；二是器件所在電路的運行條件(電路結構、負載性質(zhì)、控制信號、開關頻率、環(huán)境溫度和冷卻條件等)。前一個因素屬于器件的設計制作，后一個因素則與器件的選擇和使用有關。半控型器件（如SCR）

——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（如GTR、GTO、IGBT、PowerMOSFET)——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。不可控器件(PowerDiode)——不能用控制信號來控制其通斷,因此也就不需要驅(qū)動電路。

電力電子器件的分類按器件受控程度可分為以下三類：電流驅(qū)動型（如GTR、SCR、GTO）

——通過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導通或者關斷的控制。電壓驅(qū)動型（如IGBT、PowerMOSFET）

——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(xiàn)導通或者關斷的控制。

電力電子器件的分類

按驅(qū)動信號的性質(zhì)可分為以下二類：單極型器件（如PowerMOSFET）

——由一種載流子參與導電的器件。雙極型器件（如GTO、GTR、SCR、SBD)——由電子和空穴兩種載流子參與導電的器件。復合型器件(如IGBT)——由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。

電力電子器件的分類按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導電的情況可分為以下三類：

■典型電力電子器件的輸出容量、工作頻率及主要應用領域

晶閘管（SCR——SiliconControlledRectifier）KP200-5，表示該元件額定電流為200A，額定電壓為500V的普通晶閘管。常用晶閘管的結構螺栓型晶閘管晶閘管模塊平板型晶閘管外形及結構晶閘管（SCR——SiliconControlledRectifier）

門極可關斷晶閘管（GTO—

Gate-Turn-OffThyristor）GTO通過門極關斷的原因設計2較大，使晶體管V2控制靈敏，易于門極關斷。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(qū)橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。

電力晶體管（GTR—

GiantTransistor）基本原理與普通雙極結型晶體管相同。主要特性：導通內(nèi)阻低、阻斷電壓高、輸入阻抗低、開關頻率低。通常采用達林頓接法組成單元結構。

功率場效應晶體管（PowerMOSFET）導電機理與小功率MOS管相同。主要特性：導通壓降高、開關容量低、輸入阻抗高、開關頻率高。小功率MOS管采用橫向?qū)щ娊Y構，電力MOSFET大都采用垂直導電結構，又稱為VMOSFET（VerticalMOSFET）。圖1-6功率MOSFET單胞結構示意圖

a)N溝道VDMOSb)N溝道VVMOSc)N溝道型器件符號d)P溝道型器件符號

1—源極2—柵極3—SiO24—源區(qū)5—溝道體區(qū)

6—漂移區(qū)(外延層)7—襯底8—溝道功率場效應晶體管（PowerMOSFET）1.4絕緣柵晶體管(IGBT)

1.IGBT的結構和工作原理

1.驅(qū)動電路三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極E圖1-25IGBT的簡化等效電路和電氣圖形符號圖1-24

內(nèi)部結構斷面示意圖1.4.1IGBT的結構和工作原理1.4.1IGBT的結構和工作原理1—發(fā)射區(qū)2—SiO2

3—柵區(qū)4—溝道

5—源區(qū)6—溝道體區(qū)7—漏區(qū)(漂移區(qū))

8—襯底(注入?yún)^(qū))9—緩沖區(qū)

圖1-31N溝道PT型IGBT單胞結構

剖面示意圖

1.4.1IGBT的結構和工作原理圖1-32IGBT的等效電路及其圖形符號

a)靜態(tài)等效電路b)簡化等效電路

c)、d)N溝道型的兩種圖形符號e)、f)P溝道型的圖形符號a)b)O有源區(qū)正向阻斷區(qū)飽和區(qū)反向阻斷區(qū)ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加補充：IGBT的基本特性補圖1IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性轉(zhuǎn)移特性——IC與UGE間的關系(開啟電壓UGE(th))輸出特性分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。IGBT的特性和參數(shù)特點可以總結如下：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(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力。通態(tài)壓降比VDMOSFET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。

150KHz的IGBT已商品化；的高壓IGBT已走向應用。電流擎住現(xiàn)象

IGBT常與快速二極管反并聯(lián)封裝制成模塊，成為逆導器件?！狪GBT可用移去柵壓關斷但其Nˉ漂移區(qū)無外引線，故不可能用抽流方式降低該區(qū)的過剩載流子濃度，這些空穴只能靠自然復合消失。

電流拖尾現(xiàn)象——V2（NPN晶體管）基極與發(fā)射極之間存在溝道體區(qū)的薄層電阻Rs，其端壓大于時，V2將自行導通，當1+2

≥1時，柵極便失去控制作用，這就是電流擎住現(xiàn)象。1.4.5驅(qū)動電路——EXB840系列集成式驅(qū)動芯片

1、主要性能指標。

2、工作原理分析GMXD1B1、主要性能指標（1）最高工作頻率：40kHz

（2）