電力電子器件(2)21、靜念園林好，人間良可辭。22、步步尋往跡，有處特依依。23、望云慚高鳥，臨木愧游魚。24、結(jié)廬在人境，而無車馬喧；問君何能爾？心遠地自偏。25、人生歸有道，衣食固其端。電力電子器件(2)電力電子器件(2)21、靜念園林好，人間良可辭。22、步步尋往跡，有處特依依。23、望云慚高鳥，臨木愧游魚。24、結(jié)廬在人境，而無車馬喧；問君何能爾？心遠地自偏。25、人生歸有道，衣食固其端。第二章：電力電子器件第一節(jié)概述第二節(jié)電力二極管第三節(jié)電力晶體管第四節(jié)晶閘管第五節(jié)電力MOS場效應(yīng)晶體管第六節(jié)絕緣柵雙極晶體管第七節(jié)其它電力電子器件第八節(jié)電力電子器件的保護本章小結(jié)2第一節(jié)概述一、電力電子器件的概念和特征1）能夠承受高電壓和通過大電流，處理功率大。2）一般工作在開關(guān)狀態(tài)（開關(guān)特性和參數(shù)）3）實際應(yīng)用中，由弱電控制強電4）開關(guān)損耗大，器件使用時需安裝散熱器3農(nóng)村學(xué)生的學(xué)習(xí)特別需要正確的學(xué)習(xí)方法，掌握了正確的方法就好比有了一把打開知識寶庫的鑰匙，就可以不斷地獲取和更新知識，從而按一定程序，有目的，科學(xué)地進行學(xué)習(xí)，已達最佳的學(xué)習(xí)效果。我認(rèn)為有效的學(xué)習(xí)方法大概可分為五類：模仿學(xué)習(xí)法；抽象概括的學(xué)習(xí)法；解決問題的學(xué)習(xí)方法；邏輯推理的學(xué)習(xí)方法；總結(jié)提高的學(xué)習(xí)方法。小學(xué)語文學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)；所謂學(xué)法指導(dǎo)，指的是教師在教學(xué)過程中通過最優(yōu)途徑，它包括兩個方面的內(nèi)容。一是在具體的學(xué)習(xí)情境中引導(dǎo)學(xué)生掌握具體的學(xué)習(xí)方法，如閱讀、作文、查字典等方法；二是引導(dǎo)學(xué)生明了各種學(xué)習(xí)方法的適用范圍，使學(xué)生在特定的學(xué)習(xí)情境中，能夠選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ㄟM行學(xué)習(xí)。只有當(dāng)學(xué)生對學(xué)習(xí)方法獲得了后一種認(rèn)識，這些學(xué)習(xí)方法才能在新的學(xué)習(xí)情境中獲得遷移，才能真正具有使用價值。那么，怎樣引導(dǎo)學(xué)生掌握自己的學(xué)習(xí)方法呢？1、讓學(xué)生回顧自己的學(xué)習(xí)過程。農(nóng)村語文教師往往容易滿足于學(xué)生的正確答案，一個問題幾個學(xué)生回答，一個學(xué)生答對了，這個問題就算解決了。至于這個學(xué)生為什么能答對，別的學(xué)生為什么會答錯，則一概不予探究。由于學(xué)生只知其然，不知其所以然，這次答對了，下次不一定能答對，因此，教師不能滿足于結(jié)論，而是應(yīng)該重視學(xué)生學(xué)習(xí)的過程。尤其是當(dāng)幾個孩子的結(jié)論存在不一致時，教師應(yīng)該不失時機地啟發(fā)學(xué)生：你是怎么知道的？你的思考過程是怎樣的？這樣不僅能使學(xué)生有效地總結(jié)自己的學(xué)習(xí)過程，而且還可以在全班學(xué)生中起到交流學(xué)習(xí)過程的作用。2、引導(dǎo)學(xué)生自己尋找錯誤的原因。這也是引導(dǎo)學(xué)生掌握學(xué)習(xí)過程的重要方面。學(xué)生學(xué)習(xí)過程中總會發(fā)生這樣那樣的錯誤，這是不可避免的。而這些錯誤，除了偶然的疏忽，通常有其學(xué)習(xí)方法上或者思維方法上的不足之處。教師要研究學(xué)生產(chǎn)生錯誤的根源，然后引導(dǎo)學(xué)生自己去尋找并加以消除。學(xué)生能夠找到錯誤的原因并加以糾正，那么就意味著他已經(jīng)掌握了正確的學(xué)習(xí)方法了。是把方法“灌”給學(xué)生，還是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中“悟”出方法，掌握規(guī)律？答案當(dāng)然是后者。實踐證明只有讓學(xué)生在學(xué)習(xí)實踐中自己“悟”出方法，才能掌握得牢，運用得靈活。3、示范引導(dǎo)，舉一反三。有的課文結(jié)構(gòu)鮮明，寫法類似，我就以某一段為例，在具體的教學(xué)活動中，引導(dǎo)學(xué)生“悟”出學(xué)習(xí)方法，然后讓學(xué)生“反三”用同樣的方法自學(xué)其它段落。如《桂林山水》這篇課文，寫水和寫山兩個段落寫法上是相似的。在學(xué)生初步理解了寫水部分的內(nèi)容之后，引導(dǎo)學(xué)生回憶這一部分是用什么方法學(xué)習(xí)的。學(xué)生體會到，是用首先抓住寫水的特點的詞(靜、清、綠)，再看課文是怎樣具體地寫出了這些特點及為什么這樣寫，然后體會一下作者用波濤洶涌的大海和水平如鏡的西湖與漓江的水作比較的方法學(xué)習(xí)的。接著讓學(xué)生運用這樣的方法去自學(xué)寫山的部分，收到良好效果。4、總結(jié)積累，鼓勵運用；學(xué)習(xí)有法，但學(xué)無定法。學(xué)習(xí)方法有一般的規(guī)律性，也有其特殊性。由于學(xué)生的氣質(zhì)、智力、基礎(chǔ)存在差異，在學(xué)法的適應(yīng)性上也有差異性，所以在總結(jié)課文時，我總要引導(dǎo)學(xué)生回顧學(xué)習(xí)過程，說說自己采用了哪些學(xué)習(xí)方法，其中什么方法效果好，并把這些方法分類積累起來，以便運用時信手拈來。5、經(jīng)常引導(dǎo)學(xué)生進行學(xué)習(xí)方法的交流。每個學(xué)生經(jīng)歷的學(xué)習(xí)過程不盡相同，在同一學(xué)習(xí)過程中所運用的學(xué)習(xí)方法也互有不同。引導(dǎo)學(xué)生交流和總結(jié)學(xué)習(xí)過程，不僅能起到取長補短的作用，而且能優(yōu)化每個學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，不僅能起到取長補短的作用，而且能優(yōu)化每個學(xué)生的學(xué)習(xí)方法?？傊?dāng)學(xué)生掌握了一些學(xué)習(xí)方法之后，我一方面在語文課上啟發(fā)引導(dǎo)他們運用，另一方面在課外活動中鼓勵他們運用。每學(xué)期我都選擇一部分小學(xué)生優(yōu)秀習(xí)作，讓每一個學(xué)生都選擇最佳的學(xué)習(xí)方法自學(xué)，然后匯報自己的學(xué)習(xí)方法和收獲，再組織全班學(xué)生講評誰的學(xué)習(xí)方法最佳，誰的收獲最大。這種比賽，不僅擴大了學(xué)生的知識面，而且提高了學(xué)生的自學(xué)能力。世界上最寶貴的知識就是關(guān)于“方法”的知識，把這種知識當(dāng)作良種，種一粒會綠一片，收一筐。如果一個人正在挨餓，給他一條魚，只能解決臨時的饑餓，而授于他捕漁的方法，則解決了他根本的生存問題。與此相同，作為一名教師，面對一雙雙渴求知識的眼睛，除傳授給孩子文化知識外，更重要的是授予孩子掌握知識的方法。老師不可能什么都教，孩子也不可能什么都學(xué)，什么都會。有很多知識，有賴于孩子們用一生的時間自己去學(xué)習(xí)，去掌握，去完善，完完全全靠他們自己。如果我們在課堂上在教給孩子知識的同時教給他們學(xué)習(xí)方法，那他們就有了學(xué)習(xí)的本錢；就不但是學(xué)會了，而且是會學(xué)了；就可以由此及彼，一里通百里用，為今后的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)方法非同尋常，誰掌握了它，誰就掌握了較好學(xué)習(xí)的秘密武器，一生受用。數(shù)學(xué)課堂上，如何讓學(xué)生通過智慧的學(xué)習(xí)，實現(xiàn)智慧的生成，讓數(shù)學(xué)課堂綻放充滿智慧的挑戰(zhàn)，是教師們不斷追求的智慧碩果。新課改以來，生態(tài)課堂、高效課堂的創(chuàng)建成為人們的話題。下面，從“趣”“實”“動”等幾個方面，論述智慧的數(shù)學(xué)課堂的構(gòu)建，以促進學(xué)生成才。一、趣――智慧課堂的前提智慧的課堂前提是“趣”，在“趣”上做文章?！芭d趣是最好的老師”，只有“好之”，才能“樂之”。（1）趣味性的導(dǎo)入。許多教師都注重新課的導(dǎo)入，故事性導(dǎo)入、多媒體情境法導(dǎo)入、問題情境導(dǎo)入等都是常用的導(dǎo)入方法，這些導(dǎo)入方式都彰顯趣味性，旨在引導(dǎo)學(xué)生把注意力集中到課堂中，使之產(chǎn)生強烈的好奇心，以最佳狀態(tài)投入到學(xué)習(xí)中。如在學(xué)習(xí)“段的統(tǒng)計”時，用多媒體展示“按姓氏音序排列50位學(xué)生的數(shù)學(xué)測驗成績表”的問題情境：看這張數(shù)學(xué)測驗成績表，80分以上的有多少位學(xué)生？60分以上有幾人？不及格的有多少人？看到學(xué)生們一臉茫然，于是再提出問題：根據(jù)這張表格，能不能一眼看出來各個分?jǐn)?shù)段有多少人？（學(xué)生回答“不能”）那么，怎樣才能一眼就準(zhǔn)確看出來呢？“段的統(tǒng)計”可以解決這個問題。這樣，就使學(xué)生對分段的統(tǒng)計的學(xué)習(xí)產(chǎn)生強烈的欲望。（2）注重知識的實踐操作。學(xué)習(xí)“估計”時，估計要有參照物，先告訴學(xué)生食指的寬度大約是1cm，文具盒的長度大約是20cm。那么，你能估計出數(shù)學(xué)課本的寬度大約是多少嗎？于是，學(xué)生們用食指一指一指地量，用文具盒直接去比，再用上食指去量，最后60%的同學(xué)的答案是一致的。再提出問題：“你能估計一下數(shù)學(xué)課本的長度是多少呢？”結(jié)果毋庸置疑，85%以上的學(xué)生得到令人滿意的答案。最后再在讓學(xué)生估計教室里的黑板的寬度、窗戶的高度、課桌的高度和長度……他們思維活躍，樂在其中。二、實――智慧課堂的根本在新課改實施以來，各種課堂模式應(yīng)運而生，各種示范課也使我們應(yīng)接不暇。但在優(yōu)秀課、示范課的背后之后，也引發(fā)我們的思考：課堂上學(xué)生們說說笑笑、熱熱鬧鬧、又蹦又跳，而他們學(xué)到了什么？“雙基”是否得到落實？我認(rèn)為，妙趣橫生、趣味盎然的課堂固然是生態(tài)課堂的前提，但“實”才是高效課堂的“精髓”?！皩崱痹谶@里是“實在”“實效”之意。要突出小組合作的實效性，應(yīng)給學(xué)生留出交流的時間和空間，讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，讓“兵教兵”“將帶兵”，并且有明確的要求，活動有度，小組合作學(xué)習(xí)方能扎實有效。如學(xué)習(xí)“長方體體積公式”時，教師一改傳統(tǒng)的直接給出公式，然后給出練習(xí)、加強運用的應(yīng)試教學(xué)法，而是開展小組活動，通過“搭積木”游戲，探討邊長是體積是1cm3的正方體木塊，搭出不同的長方體，并完成表格。要求每一個小組根據(jù)搭出的不同的長方體，求出長方體的體積與長、寬、高之間的關(guān)系。這樣的小組合作，顯然是為了完成任務(wù)，知道怎么做、應(yīng)該怎么做等，每一位學(xué)生都有明確的任務(wù)，在合作中資源共享、智慧分享，從而加強小組合作的意識，也凸顯小組合作的優(yōu)勢。三、動――智慧課堂的核心新課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生在課堂上通過體驗、探究等方式，參與到學(xué)習(xí)中，說到底，強調(diào)一個“動”字，改變接受式學(xué)習(xí)，自主構(gòu)建知識，從中感受到數(shù)學(xué)的樂趣、學(xué)習(xí)的快樂。小學(xué)數(shù)學(xué)活動形式很多，有看、說、做、想、議、猜等多樣化的活動，教學(xué)中，根據(jù)教材和學(xué)生的實際，合理安排活動，巧妙設(shè)計任務(wù)，調(diào)動學(xué)生的主體參與意識，讓學(xué)生在課堂上真正動起來，感知數(shù)學(xué)、領(lǐng)悟數(shù)學(xué)。在探究“圓的性質(zhì)”時，讓學(xué)生課前手工制作一個“圓”，上課時，讓學(xué)生拿出準(zhǔn)備好的圓，對折、打開，再換個角度對折、再打開……然后觀察并回答“通過多次對折，你發(fā)現(xiàn)了什么？”再仔細觀察、相互交流后，不難得出，“每一個折痕都相交于一點”。這樣，就為“圓的性質(zhì)”的探討打開了大門，探索出了其中的奧秘。此外，“動”不僅僅是“活動”“實踐”，也包括思維的活動，引發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的思維，放飛思維，也是新課程標(biāo)準(zhǔn)提出的主要的教學(xué)目標(biāo)。如學(xué)習(xí)“乘法的應(yīng)用”時，用多媒體展示一副圖片，問“你看到了什么？”（一把鉛筆10支，5把鉛筆，每一支鉛筆3角錢）那么，你能根據(jù)這些信息，提出哪些問題？顯然，問題的設(shè)計具有創(chuàng)新性，給學(xué)生提供提出問題的時間和空間，給他們發(fā)散思維的平臺、交流的機會。于是“一共有多少支鉛筆？”“一把鉛筆多少錢？”“10把鉛筆多少支？”“10把鉛筆多少錢？……你的第一個問題“一共有多少支鉛筆？”要解決這個問題，要知道哪些條件？引導(dǎo)學(xué)生回答：必須知道一共是幾把鉛筆，一把鉛筆又是多少支。那么，根據(jù)圖片的信息，你找到這些條件了嗎？怎么列出式子并計算？于是10×5=50（支）便迎刃而解。四、結(jié)束語生態(tài)課堂、高效課堂的創(chuàng)建，應(yīng)是教師的巧設(shè)妙問、巧釋妙引，學(xué)生樂學(xué)、善思、勤于探究、個性張揚的精彩課堂。教壇無邊，學(xué)海無涯，落實“雙基”，注重實效，教學(xué)風(fēng)格要“實”、教學(xué)方式要有“趣”、學(xué)習(xí)方式“動”，進而促進學(xué)生不斷成長成才。第二章：電力電子器件第一節(jié)概述第二節(jié)電力二極管第三節(jié)電力晶體管第四節(jié)晶閘管第五節(jié)電力MOS場效應(yīng)晶體管第六節(jié)絕緣柵雙極晶體管第七節(jié)其它電力電子器件第八節(jié)電力電子器件的保護本章小結(jié)2第一節(jié)概述一、電力電子器件的概念和特征1）能夠承受高電壓和通過大電流，處理功率大。2）一般工作在開關(guān)狀態(tài)（開關(guān)特性和參數(shù)）3）實際應(yīng)用中，由弱電控制強電4）開關(guān)損耗大，器件使用時需安裝散熱器3二、電力電子器件的分類半控型---晶閘管（含雙向、快速）全控型-可關(guān)斷晶閘管GTO電力晶體管GTR場效應(yīng)晶體管MOSFET絕緣柵雙極型晶體管IGBT其他（MCT、IGCT、PIC。。。）雙極型復(fù)合型單極型4

根據(jù)驅(qū)動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的信號的性質(zhì)，將電力電子器件分為電流驅(qū)動型（GTO、GTR）和電壓驅(qū)動型（MOSFET、IGBT）。5電力電子器件的最新研制水平器件名稱國外研制水平國內(nèi)研制水平普通晶閘管SCH12kV/1kA,8kV/6kA6.5kV/3.5kA快速晶閘管2.5kV/1.6kA2kV/1.5kA光控晶閘管6kV/6kA,8kV/4kA4.5kV/2kA可關(guān)斷晶閘管GTO9kV/2.5kA,6kV/6kA(400Hz)4.5kV/2.5kA電力晶體管GTR模塊：1.8kV/1kA(2kHz)模塊：1.2kV/400A功率MOSFET60A/200V（2MHz)500V/50A(100MHz)1kV/35A絕緣柵雙極晶體管IGBT單管：4.5kV/1kA模塊：3.5kV/1.2kA（50kHz)單管：1kV/50A模塊：1.2kV/200A集成門極換流晶閘管IGCT單管：6kV/1.6kAMOS控制晶閘管MCT1kV/100A（Td=1μs)1kV/75A功率集成電路IPM:1.8kV/1.2kA600V/75A6AKAKa)第二節(jié)電力二極管電力二極管是指可以承受高電壓大電流具有較大耗散功率的二極管，它與其他電力電子器件相配合，作為整流、續(xù)流、電壓隔離、鉗位或保護元件，在各種變流電路中發(fā)揮著重要作用；它的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和伏安特性與信息電子電路中的二極管相同，以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)；主要類型有普通二極管、快恢復(fù)二極管和肖特基二極管；由一個面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成，從外形上看，大功率的主要有螺栓型和平板型兩種封裝，小功率的和普通二極管一致。IKAPNJb)c)圖2-2-1電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號a)外形b)結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號7第四節(jié)晶閘管

晶閘管(Thyristor)就是硅晶體閘流管，普通晶閘管也稱為可控硅SCR，普通晶閘管是一種具有開關(guān)作用的大功率半導(dǎo)體器件。從1957年美國研制出第一只普通晶閘管以來，至今已形成了從低壓小電流到高壓大電流的系列產(chǎn)品；晶閘管作為大功率的半導(dǎo)體器件，只需用幾十至幾百毫安的電流，就可以控制幾百至幾千安培的大電流，實現(xiàn)了弱電對強電的控制；

晶閘管具有體積小、重量輕、損耗小、控制特性好等優(yōu)點，曾經(jīng)在許多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

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一、晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管具有四層PNPN結(jié)構(gòu)，引出陽極A、陰極K和門極G三個聯(lián)接端；晶閘管的常見封裝外形有螺栓型、平板型、塑封型；晶閘管對于螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便；平板型封裝的晶閘管可由兩個散熱器將其夾在中間。G圖2-4-1晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號a)外形b)結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號9晶閘管的管耗和散熱：

管耗＝流過器件的電流×器件兩端的電壓

管耗將產(chǎn)生熱量，使管芯溫度升高。如果超過允許值，將損壞器件，所以必須進行散熱和冷卻。

冷卻方式：自然冷卻（散熱片）、風(fēng)冷（風(fēng)扇）、水冷10二、晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷條件〔簡單描述〕晶閘管SCR相當(dāng)于一個半可控的、可開不可關(guān)的單向開關(guān)。圖2-4-2晶閘管的工作條件的試驗電路11〔解釋〕當(dāng)SCR的陽極和陰極電壓UAK<0，即EA下正上負(fù)，無論門極G加什么電壓，SCR始終處于關(guān)斷狀態(tài)；UAK>0時，且EGk>0，SCR才能導(dǎo)通。SCR一旦導(dǎo)通，門極G將失去控制作用，即無論EG如何，均保持導(dǎo)通狀態(tài)。SCR導(dǎo)通后的管壓降為1V左右，主電路中的電流I由R和RW以及EA的大小決定；當(dāng)UAK<0時，無論SCR原來的狀態(tài)，都會使R熄滅，即此時SCR關(guān)斷。其實，在I逐漸降低（通過調(diào)整RW）至某一個小數(shù)值時，剛剛能夠維持SCR導(dǎo)通。如果繼續(xù)降低I，則SCR同樣會關(guān)斷。該小電流稱為SCR的維持電流。導(dǎo)通和關(guān)斷條件綜上所述：SCR導(dǎo)通條件：

UAK>0同時UGK>0由導(dǎo)通→關(guān)斷的條件：使流過SCR的電流降低至維持電流以下。(一般通過減小EA,,直至EA<0來實現(xiàn)。）12圖2-4-3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分析〔具體描述〕如果IG(門極電流)注入V2基極，V2導(dǎo)通，產(chǎn)生IC2（β2IG）。它同時為V1的基極電流，使V1導(dǎo)通，且IC1=β1IC2,IC1加上IG進一步加大V2的基極電流，從而形成強烈的正反饋，使V1V2很快進入完全飽和狀態(tài)。此時SCR飽和導(dǎo)通，通過SCR的電流由R確定為EA/R。UAK之間的壓降相當(dāng)于一個PN結(jié)加一個三極管的飽和壓降約為1V。此時，將IG調(diào)整為0，即UGK<0，也不能解除正反饋，G極失去控制作用。在分析SCR的工作原理時，常將其等效為兩個晶體管V1和V2串級而成。此時，其工作過程如下：UGK>0→產(chǎn)生IG→V2通→產(chǎn)生IC2→V1通→IC1↗→IC2↗→出現(xiàn)強烈的正反饋，G極失去控制作用，V1和V2完全飽和，SCR飽和導(dǎo)通。13晶閘管的陽極與陰極間的電壓和陽極電流之間的關(guān)系，稱為陽極伏安特性。三、晶閘管的基本特性IG

=0圖2-4-4晶閘管的伏安特性IG2>IG1>IGUAIAIG1IG2正向?qū)?gt;>UBO正向特性反向特性雪崩擊穿1、靜態(tài)特性（1）陽極伏安特性141)正向特性

IG=0時，器件兩端施加正向電壓，正向阻斷狀態(tài)，只有很小的正向漏電流流過，正向電壓超過臨界極限即正向轉(zhuǎn)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(zhuǎn)折電壓降低。導(dǎo)通后的晶閘管特性和二極管的正向特性相仿。晶閘管本身的壓降很小，在1V左右。導(dǎo)通期間，如果門極電流為零，并且陽極電流降至接近于零的某一數(shù)值IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài)。IH稱為維持電流。圖2-4-4晶閘管的伏安特性IG2>IG1>IG晶閘管的陽極伏安特性152)反向特性晶閘管上施加反向電壓時，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(tài)時，只有極小的反相漏電流流過。當(dāng)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加，導(dǎo)致晶閘管發(fā)熱損壞。晶閘管的陽極伏安特性圖2-4-4晶閘管的伏安特性IG2>IG1>IG16晶閘管門極伏安特性（2）門極伏安特性

指門極電壓與電流的關(guān)系，晶閘管的門極和陰極之間只有一個PN結(jié)，所以電壓與電流的關(guān)系和普通二極管的伏安特性相似。門極伏安特性曲線可通過實驗畫出，如圖所示。圖2-4-5晶閘管門極伏安特性172、動態(tài)特性圖2-4-6晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形1)開通過程延遲時間td：門極電流階躍時刻開始，到陽極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的10%的時間。上升時間tr：陽極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時間。開通時間tgt：以上兩者之和，tgt=td+tr

普通晶閘管延遲時為0.5~1.5s，上升時間為0.5~3s。182、動態(tài)特性圖2-4-6晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形2)關(guān)斷過程反向阻斷恢復(fù)時間trr：正向電流降為零到反向恢復(fù)電流衰減至接近于零的時間正向阻斷恢復(fù)時間tgr：晶閘管要恢復(fù)其對正向電壓的阻斷能力還需要一段時間在正向阻斷恢復(fù)時間內(nèi)如果重新對晶閘管施加正向電壓，晶閘管會重新正向?qū)?。實際應(yīng)用中，應(yīng)對晶閘管施加足夠長時間的反向電壓，使晶閘管充分恢復(fù)其對正向電壓的阻斷能力，電路才能可靠工作。

關(guān)斷時間tq：trr與tgr之和，即tq=trr+tgr

普通晶閘管的關(guān)斷時間約幾百微秒。191.電壓參數(shù)1)

正向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM——在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。2)

反向阻斷重復(fù)峰值電壓URRM——在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。3)

通態(tài)（峰值）電壓UTM——晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時的瞬態(tài)峰值電壓。四、晶閘管的主要參數(shù)20通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。選用時，額定電壓要留有一定裕量,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：UTn＝（２～３）UTM

一般來說，SCR的額定電壓等級規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為：100V~1000V，每100V一個等級；1000V～3000V，每200V一個等級。4）額定電壓（UTn）215）通態(tài)平均電壓UT(AV)：當(dāng)晶閘管中流過額定電流并達到穩(wěn)定的額定結(jié)溫時，陽極與陰極之間電壓降的平均值，稱為通態(tài)平均電壓。通態(tài)平均電壓UT(AV)分為A～Ｉ，對應(yīng)為0.4V～1.2V共九個組別。22舉例：

一晶閘管用于相電壓一晶閘管用于相電壓為220V的單相電路中時，器件的電壓等級選擇如下：

考慮到既能滿足耐壓要求，又較經(jīng)濟取系列值：

231）額定電流（通態(tài)平均電流）IT(AV)

額定電流：晶閘管在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許連續(xù)流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。電流平均值：指一個周期內(nèi)的電流算數(shù)平均值；電流有效值：指一個周期內(nèi)的電流的方均根值。2、電流參數(shù)24閘管的通態(tài)平均電流IT(AV)和正弦電流最大值Im之間的關(guān)系表示為：正弦半波電流的有效值為：平均電流IT(AV)與有效值關(guān)系為：25使用時應(yīng)按實際電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原則來選取晶閘管。實際選用時，一般取（1.5~2）的安全裕量

IT(AV)＝（1.5～2）ITM／1.57ITM:流過晶閘管中可能出現(xiàn)的最大電流有效值26有一晶閘管的電流額定值I（TAV）=100A，用于電路中流過的電流波形如圖所示，允許流過的電流峰值IM=？分析：I（TAV）=100A的晶閘管對應(yīng)的電流有效值為IT=1.57×I（TAV）

＝157A

；波形對應(yīng)的電流有效值：舉例：考慮2倍的安全裕量后得：272)

維持電流IH：使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流一般為幾十到幾百毫安，與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，則IH越小3)

擎住電流IL：晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導(dǎo)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。4)浪涌電流ITSM：指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流。

281）門極不觸發(fā)電壓UGD和門極不觸發(fā)電流IGD：不能使晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)的最大門極電壓稱為門極不觸發(fā)電壓UGD，相應(yīng)的最大電流稱為門極不觸發(fā)電流IGD。２）門極觸發(fā)電壓UGT和門極觸發(fā)電流IGT

在室溫下，對晶閘管加上６V正向陽極電壓時，使元件由斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)所必須的最小門極電流稱為門極觸發(fā)電流IGT，相應(yīng)的門極電壓稱為門極觸發(fā)電壓UGT。３）門極正向峰值電壓UGM、門極正向峰值電流IGM和門極峰值功率PGM

3、門極參數(shù)294)斷態(tài)電壓臨界上升率du／dt

：在額定結(jié)溫和門極開路情況下，不使元件從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的最大陽極電壓上升率稱為斷態(tài)電壓臨界上升率。5）通態(tài)電流臨界上升率di／dt

：在規(guī)定條件下，晶閘管在門極觸發(fā)開通時所能承受不導(dǎo)致?lián)p壞的通態(tài)電流最大上升率稱為通態(tài)電流臨界上升率。4、動態(tài)參數(shù)30

1、雙向晶閘管1）雙向晶閘管的外形與結(jié)構(gòu)雙向晶閘管的外形與普通晶閘管類似，有塑封式、螺栓式和平板式。但其內(nèi)部是一種NPNPN五層結(jié)構(gòu)引出三個端線的器件。五、其他類型的晶閘管圖2-4-7雙向晶閘管

312）雙向晶閘管的特性與參數(shù)雙向晶閘管具有正反向?qū)ΨQ的伏安特性曲線。正向部分位于第I象限，反向部分位于第III象限。如圖2-4-7（d）所示。用有效值來表示其額定電流值。雙向晶閘管均方根值電流與普通晶閘管平均值電流之間的換算關(guān)系式為

323)雙向晶閘管的觸發(fā)方式雙向晶閘管正反兩個方向都能導(dǎo)通，門極加正負(fù)電壓都能觸發(fā)。主電壓與觸發(fā)電壓相互配合，可以得到四種觸發(fā)方式：Ⅰ+觸發(fā)方式：主極T1為正，T2為負(fù)；門極電壓G為正，T2為負(fù)。特性曲線在第Ⅰ象限。Ⅰ-觸發(fā)方式：主極T1為正，T2為負(fù)；門極電壓G為負(fù)，T2為正。特性曲線在第Ⅰ象限。Ⅲ+觸發(fā)方式：主極T1為負(fù)，T2為正；門極電壓G為正，T2為負(fù)。特性曲線在第Ⅲ象限。Ⅲ-觸發(fā)方式：主極T1為負(fù)，T2為正；門極電壓G為負(fù)，T2為正。特性曲線在第Ⅲ象限。由于雙向晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原因，四種觸發(fā)方式中觸發(fā)靈敏度不相同，以Ⅲ+觸發(fā)方式靈敏度最低，使用時要盡量避開，常采用的觸發(fā)方式為Ⅰ+和Ⅲ-

。

334)雙向晶閘管的門極控制雙向晶閘管的控制方式常用的有兩種，第一種為移相觸發(fā)，與普通晶閘管一樣，是通過控制觸發(fā)脈沖的相位來達到調(diào)壓的目的。第二種是過零觸發(fā)，適用于調(diào)功電路及無觸點開關(guān)電路。本相電壓強觸發(fā)電路這種觸發(fā)方式電路簡單、工作可靠，主要用于雙向晶閘管組成的交流開關(guān)電路。

圖2-4-8本相電壓的觸發(fā)方式34包括所有專為快速應(yīng)用而設(shè)計的晶閘管，有快速晶閘管和高頻晶閘管（10kHz以上）；管芯結(jié)構(gòu)和制造工藝進行了改進，開關(guān)時間以及du/dt和di/dt耐量都有明顯改善；普通晶閘管關(guān)斷時間數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)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，選擇通態(tài)平均電流時不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)；FST由于允許長期通過的電流有限，所以其不宜在低頻下工作。2、快速晶閘管（FastSwitchingThyristor——FST)35逆導(dǎo)晶閘管是將晶閘管反并聯(lián)一個二極管制作在同一管芯上的功率集成器件，這種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。3、逆導(dǎo)晶閘管（ReverseConductingThyristor——RCT）圖2-4-9逆導(dǎo)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364、光控晶閘管（LightTriggeredThyristor——LTT）光控晶閘管又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長的光照信號觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。圖2-4-10光控晶閘管電氣圖形符號和伏安特性a)電氣圖形符號b)伏安特性光觸發(fā)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，如高壓直流輸電和高壓核聚變裝置中，占據(jù)重要的地位。37全控型電力電子器件GTO——門極可關(guān)斷晶閘管GTR——電力晶體管MOSFET——電力場效應(yīng)晶體管IGBT——門極絕緣柵雙極晶體管38門極可關(guān)斷（GTO）晶閘管1.結(jié)構(gòu)與普通晶閘管的相同點：PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽極、陰極和門極；和普通晶閘管的不同點：GTO是一種多元的功率集成器件，內(nèi)部包含數(shù)十個甚至數(shù)百個共陽極的小GTO元，這些GTO元的陰極和門極則在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起。圖2-4-11GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號392、工作原理：圖2-4-12晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理1+2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。當(dāng)1+2>1時，兩個等效晶體管過飽和而使器件導(dǎo)通；當(dāng)1+2<1時，不能維持飽和導(dǎo)通而關(guān)斷。由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成的兩個晶體管V1、V2分別具有共基極電流增益α1和α2。門極可關(guān)斷晶閘管40GTO能夠通過門極關(guān)斷的原因是其與普通晶閘管有如下區(qū)別：門極可關(guān)斷晶閘管

（1）設(shè)計2較大，使晶體管V2控制靈敏，易于GTO關(guān)斷。（2）導(dǎo)通時1+2更接近1（1.05，普通晶閘管1+21.15）導(dǎo)通時飽和不深，接近臨界飽和，有利門極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時管壓降增大。

（3）多元集成結(jié)構(gòu)使GTO元陰極面積很小，門、陰極間距大為縮短，使得P2基區(qū)橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。41門極可關(guān)斷晶閘管由上述分析我們可以得到以下結(jié)論：GTO導(dǎo)通過程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時飽和程度較淺。GTO關(guān)斷過程：強烈正反饋——門極加負(fù)脈沖即從門極抽出電流，則Ib2減小，使IK和Ic2減小，Ic2的減小又使IA和Ic1減小，又進一步減小V2的基極電流。當(dāng)IA和IK的減小使1+2<1時，器件退出飽和而關(guān)斷。423.導(dǎo)通關(guān)斷條件導(dǎo)通：同晶閘管，AK正偏，GK正偏關(guān)斷：門極加負(fù)脈沖電流433.特點全控型容量大

off≈5電流控制型電流關(guān)斷增益off：最大可關(guān)斷陽極電流與門極負(fù)脈沖電流最大值IGM之比稱為電流關(guān)斷增益1000A的GTO關(guān)斷時門極負(fù)脈沖電流峰值要200A。44第三節(jié)GTR——電力晶體管電力晶體管GTR（GiantTransistor，巨型晶體管）耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（BipolarJunctionTransistor——BJT），英文有時候也稱為PowerBJT在電力電子技術(shù)的范圍內(nèi)，GTR與BJT這兩個名稱等效。

應(yīng)用20世紀(jì)80年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代451.

GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理圖2-3-1GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號和內(nèi)部載流子的流動

a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)電氣圖形符號c)內(nèi)部載流子的流動與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的。主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好。通常采用至少由兩個晶體管按達林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)。采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成。46在應(yīng)用中，GTR一般采用共發(fā)射極接法。集電極電流ic與基極電流ib之比為

——GTR的電流放大系數(shù)，反映了基極電流對集電極電流的控制能力單管GTR的

值比小功率的晶體管小得多，通常為10左右，采用達林頓接法可有效增大電流增益。47達林頓GTR單管GTR的電流增益低，將給基極驅(qū)動電路造成負(fù)擔(dān)。達林頓結(jié)構(gòu)是提高電流增益一種有效方式。達林頓結(jié)構(gòu)由兩個或多個晶體管復(fù)合而成，可以是PNP型也可以是NPN型，其性質(zhì)由驅(qū)動管來決定達林頓GTR的開關(guān)速度慢，損耗大

48(1)

靜態(tài)特性共發(fā)射極接法時的典型輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。在電力電子電路中GTR工作在開關(guān)狀態(tài)，即工作在截止區(qū)或飽和區(qū)在開關(guān)過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，要經(jīng)過放大區(qū)圖2-3-2共發(fā)射極接法時GTR的輸出特性2、GTR的基本特性49(2)

動態(tài)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。td主要是由發(fā)射結(jié)勢壘電容和集電結(jié)勢壘電容充電產(chǎn)生的。增大ib的幅值并增大dib/dt，可縮短延遲時間，同時可縮短上升時間，從而加快開通過程。圖2-3-3GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形50關(guān)斷過程儲存時間ts和下降時間tf，二者之和為關(guān)斷時間toff

。ts是用來除去飽和導(dǎo)通時儲存在基區(qū)的載流子的，是關(guān)斷時間的主要部分。減小導(dǎo)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(fù)電流Ib2的幅值和負(fù)偏壓，可縮短儲存時間，從而加快關(guān)斷速度。負(fù)面作用是會使集電極和發(fā)射極間的飽和導(dǎo)通壓降Uces增加，從而增大通態(tài)損耗。GTR的開關(guān)時間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多。圖2-3-3GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形51前已述及：電流放大倍數(shù)、直流電流增益hFE、集射極間漏電流Iceo、集射極間飽和壓降Uces、開通時間ton和關(guān)斷時間toff(此外還有)：1)

最高工作電壓GTR上電壓超過規(guī)定值時會發(fā)生擊穿擊穿電壓不僅和晶體管本身特性有關(guān)，還與外電路接法有關(guān)。BUcbo>BUcex>BUces>BUcer>Buceo實際使用時，為確保安全，最高工作電壓要比BUceo低得多。3、GTR的主要參數(shù)522)

集電極最大允許電流IcM通常規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的1/2~1/3時所對應(yīng)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。

3)

集電極最大耗散功率PcM最高工作溫度下允許的耗散功率產(chǎn)品說明書中給PcM時同時給出殼溫TC，間接表示了最高工作溫度。53一次擊穿集電極電壓升高至擊穿電壓時，Ic迅速增大，出現(xiàn)雪崩擊穿。只要Ic不超過限度，GTR一般不會損壞，工作特性也不變。

二次擊穿一次擊穿發(fā)生時Ic增大到某個臨界點時會突然急劇上升，并伴隨Uce電壓的陡然下降。二次擊穿的持續(xù)時間很短，一般在納秒至微秒范圍，常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變。4、GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)54安全工作區(qū)（SafeOperatingArea——SOA）最高電壓UceM、集電極最大電流IcM、最大耗散功率PcM、二次擊穿臨界線限定。圖2-3-4GTR的安全工作區(qū)555、主要特點全控型，電流控制型二次擊穿（工作時要防止）中大容量，開關(guān)頻率較低561.電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理

電力MOSFET的種類

按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道

耗盡型——當(dāng)柵極電壓為零時漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道

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(dǎo)電溝道

電力MOSFET主要是N溝道增強型第五節(jié)電力MOS場效應(yīng)晶體管（MOSFET）

57G：柵極D：漏極S：源極圖2-5-1電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)電氣圖形符號

58導(dǎo)通關(guān)斷條件漏源極導(dǎo)通條件：在柵源極間加正電壓UGS漏源極關(guān)斷條件：柵源極間電壓UGS為零導(dǎo)通時只有一種極性的載流子（多子）參與導(dǎo)電，是單極型晶體管。591)

靜態(tài)特性漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性。ID較大時，ID與UGS的關(guān)系近似線性，曲線的斜率定義為跨導(dǎo)Gfs。圖2-5-2電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性

a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性2、電力MOSFET的基本特性60MOSFET的漏極伏安特性：截止區(qū)（對應(yīng)于GTR的截止區(qū)）飽和區(qū)（對應(yīng)于GTR的放大區(qū)）非飽和區(qū)（對應(yīng)于GTR的飽和區(qū)）電力MOSFET工作在開關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。電力MOSFET漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時器件導(dǎo)通。電力MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對器件并聯(lián)時的均流有利。圖2-5-2電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性

a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性61開通過程開通延遲時間td(on)——up前沿時刻到uGS=UT并開始出現(xiàn)iD的時刻間的時間段。上升時間tr——

uGS從uT上升到MOSFET進入非飽和區(qū)的柵壓UGSP的時間段。iD穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓UE和漏極負(fù)載電阻決定。UGSP的大小和iD的穩(wěn)態(tài)值有關(guān)UGS達到UGSP后，在up作用下繼續(xù)升高直至達到穩(wěn)態(tài)，但iD已不變。開通時間ton——開通延遲時間與上升時間之和。圖2-5-3電力MOSFET的開關(guān)過程a)測試電路b)開關(guān)過程波形up—脈沖信號源，Rs—信號源內(nèi)阻，RG—柵極電阻，RL—負(fù)載電阻，RF—檢測漏極電流2)

動態(tài)特性62關(guān)斷過程關(guān)斷延遲時間td(off)——up下降到零起，Cin通過Rs和RG放電，uGS按指數(shù)曲線下降到UGSP時，iD開始減小止的時間段。下降時間tf——

uGS從UGSP繼續(xù)下降起，iD減小，到uGS<UT時溝道消失，iD下降到零為止的時間段。關(guān)斷時間toff——關(guān)斷延遲時間和下降時間之和。圖2-5-3電力MOSFET的開關(guān)過程a)測試電路b)開關(guān)過程波形up—脈沖信號源，Rs—信號源內(nèi)阻，RG—柵極電阻，RL—負(fù)載電阻，RF—檢測漏極電流63MOSFET的開關(guān)速度

MOSFET的開關(guān)速度和Cin充放電有很大關(guān)系。使用者無法降低Cin，但可降低驅(qū)動電路內(nèi)阻Rs減小時間常數(shù)，加快開關(guān)速度。MOSFET只靠多子導(dǎo)電，不存在少子儲存效應(yīng)，因而關(guān)斷過程非常迅速。開關(guān)時間在10~100ns之間，工作頻率可達100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。場控器件，靜態(tài)時幾乎不需輸入電流。但在開關(guān)過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動功率。開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動功率越大。643、電力MOSFET的主要參數(shù)——電力MOSFET電壓定額1)

漏極電壓UDS

2)

漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM——電力MOSFET電流定額3)柵源電壓UGS——柵源之間的絕緣層很薄，UGS>20V將導(dǎo)致絕緣層擊穿。除跨導(dǎo)Gfs、開啟電壓UT以及td(on)、tr、td(off)和tf之外還有：

654、特點控制級輸入阻抗大驅(qū)動電流小防止靜電感應(yīng)擊穿中小容量，開關(guān)頻率高導(dǎo)通壓降大（不足）66第六節(jié)

絕緣柵雙極晶體管（IGBT）

絕緣柵雙極型晶體管簡稱為IGBT（InsulatedGateBiopolarTransistor）,是80年代中期發(fā)展起來的一種新型復(fù)合器件。IGBT綜合了MOSFET和GTR的輸入阻抗高、工作速度快、通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、承受電流大的優(yōu)點。成為當(dāng)前電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展方向。671、結(jié)構(gòu)復(fù)合結(jié)構(gòu)（=MOSFET+GTR）柵極集電極發(fā)射極圖2-6-1IGBT的結(jié)構(gòu)、簡化等效電路和電氣圖形符號a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)簡化等效電路c)電氣圖形符號682.導(dǎo)通關(guān)斷條件驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同，屬于場控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定導(dǎo)通條件：在柵射極間加正電壓UGEUGE大于開啟電壓UGE(th)時，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。關(guān)斷條件：柵射極反壓或無信號柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。691)

IGBT的靜態(tài)特性轉(zhuǎn)移特性——IC與UGE間的關(guān)系，與MOSFET轉(zhuǎn)移特性類似。開啟電壓UGE(th)——IGBT能實現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵射電壓。UGE(th)隨溫度升高而略有下降，在+25C時，UGE(th)的值一般為2~6V。輸出特性（伏安特性）——以UGE為參考變量時，IC與UCE間的關(guān)系。分為三個區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。分別與GTR的截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)相對應(yīng)。uCE<0時，IGBT為反向阻斷工作狀態(tài)。圖2-6-2IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性a)轉(zhuǎn)移特性b)輸出特性3.IGBT的基本特性70與MOSFET的相似，因為開通過程中IGBT在大部分時間作為MOSFET運行。開通延遲時間td(on)——從uGE上升至其幅值10%的時刻，到iC上升至10%ICM2

。

電流上升時間tr

——iC從10%ICM上升至90%ICM所需時間。開通時間ton——開通延遲時間與電流上升時間之和。uCE的下降過程分為tfv1和tfv2兩段。tfv1——IGBT中MOSFET單獨工作的電壓下降過程；tfv2——MOSFET和PNP晶體管同時工作的電壓下降過程。圖2-6-3IGBT的開關(guān)過程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM

IGBT的開通過程71關(guān)斷延遲時間td(off)——從uGE后沿下降到其幅值90%的時刻起，到iC下降至90%ICM

。電流下降時間——iC從90%ICM下降至10%ICM

。

關(guān)斷時間toff——關(guān)斷延遲時間與電流下降之和。電流下降時間又可分為tfi1和tfi2兩段。tfi1——IGBT內(nèi)部的MOSFET的關(guān)斷過程，iC下降較快；tfi2——IGBT內(nèi)部的PNP晶體管的關(guān)斷過程，iC下降較慢。圖2-6-3IGBT的開關(guān)過程ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICMIGBT的關(guān)斷過程724、IGBT的主要參數(shù)——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(nèi)部PNP晶體管的擊穿電壓確定。1)最大集射極間電壓UCES73IGBT的特性和參數(shù)特點可以總結(jié)如下：(1)

開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。在電壓1000V以上時，開關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電力MOSFET相當(dāng)。(2)

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。(3)

通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。(4)

輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似。(5)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(guān)頻率高的特點。74擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)：IGBT往往與反并聯(lián)的快速二極管封裝在一起，制成模塊，成為逆導(dǎo)器件?！畲蠹姌O電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率duCE/dt確定。反向偏置安全工作區(qū)（RBSOA）——最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大集電極功耗確定。正偏安全工作區(qū)（FBSOA）動態(tài)擎住效應(yīng)比靜態(tài)擎住效應(yīng)所允許的集電極電流小。擎住效應(yīng)曾限制IGBT電流容量提高，20世紀(jì)90年代中后期開始逐漸解決?！狽PN晶體管基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路電阻，P形體區(qū)的橫向空穴電流會在該電阻上產(chǎn)生壓降，相當(dāng)于對J3結(jié)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。5、IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)75第八節(jié)電力電子器件的保護一、過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護1.過電壓的產(chǎn)生原因外因過電壓:主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外因(1)

操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起(2)

雷擊過電壓：由雷擊引起（浪涌過電壓）內(nèi)因過電壓:主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程(1)

換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時，該反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓；(2)

關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。76電力電子器件換相（關(guān)斷）時的尖峰過電壓波形，如圖所示：圖2-8-1關(guān)斷過電壓波形772.過電壓的保護措施針對過電壓形成的不同原因，可采用不同的抑制方法。常用在回路中接入吸收能量的元件，稱為吸收回路。

（1）阻容吸收（操作過電壓、換相過電壓、關(guān)斷過電壓）圖2-8-2交流側(cè)阻容吸收電路的幾種接法a)單相聯(lián)接b)三相星形接c)三相三角形接d)三相整流聯(lián)接78（2）壓敏電阻（吸收浪涌過電壓）壓敏電阻外形同瓷介電容特性曲線同正反相穩(wěn)壓管壓敏電阻的接法：單相聯(lián)接三相星形聯(lián)接

圖2-8-4壓敏電阻接法圖2-8-3壓敏電阻特性曲線79

圖2-8-5過電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(yīng)過電壓抑制電容RC1閥側(cè)操作過電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻浪涌過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側(cè)RC抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路過電壓保護措施80過電流保護措施過電流繼電器快速熔斷器直流快速斷路器同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性過電流短路時的部分區(qū)段的保護整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護整定在過載時動作短路過載二、過電流的產(chǎn)生及保護1.產(chǎn)生：短路、過載時會產(chǎn)生過電流2.過流保護措施：81

圖2-8-6過電流保護措施及配置位置82采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護措施。選擇快熔時應(yīng)考慮：(1)電壓等級根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓確定。(2)電流容量按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定。(3)快熔的I2t值應(yīng)小于被保護器件的允許I2t值。(4)為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時間電流特性。（5）1.57IT(AV)≥IFU≥ITM過電流保護銀質(zhì)熔絲石英沙83圖2-8-7快速熔斷器保護的接法a)串于橋臂中b)串于交流側(cè)c)串于直流側(cè)

84快熔對器件的保護方式：全保護和短路保護兩種全保護：過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合。短路保護方式：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護作用。對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件（很難用快熔保護），需采用電子電路進行過電流保護。常在全控型器件的驅(qū)動電路中設(shè)置過電流保護環(huán)節(jié)，響應(yīng)最快。過電流保護85緩沖電路（吸收電路）作用抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。關(guān)斷緩沖電路（du/dt抑制電路）用于吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗開通緩沖電路（di/dt抑制電路）用于抑制器件開通的電流過沖和di/dt，減小開通損耗緩沖電路復(fù)合緩沖電路

將關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路結(jié)合在一起耗能式緩沖電路

緩沖電路中儲能元件的能量消耗在其吸收電阻上饋能式緩沖電路（無損吸收電路）

緩沖電路中儲能元件的能量回饋給負(fù)載或電流三、緩沖電路86圖2-8-8di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路b)波形通常緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路87無緩沖電路V開通電流迅速上升，di/dt很大V關(guān)斷du/dt很大，并出現(xiàn)很高的過電壓有緩沖電路V開通

Cs通過Rs向V放電，使ic先上一個臺階，以后因有di/dt抑制電路的Li,ic上升速度減慢。V關(guān)斷負(fù)載電流通過VDs向Cs分流，減輕了V的負(fù)擔(dān)，抑制了du/dt和過電壓。

tuCEOdidt抑制電路時無didt抑制電路時有有緩沖電路時無緩沖電路時uCEiC88icBADC無緩沖電路有緩沖電路ucE0圖2-8-9關(guān)斷時的負(fù)載線無緩沖電路uCE迅速上升，負(fù)載L上的感應(yīng)電壓是續(xù)流二極管VD開始導(dǎo)通，負(fù)載線A從移動到B，iC下降到漏電流的大小，負(fù)載線隨之移動到C。有緩