第四章 全控型电力电子器件电力电子器件概述一、基本模型在对电能的变换和控制过程中，电力电子器件 可以抽象成下图所示的理想开关模型，它有三个电 极，其中A和B代表开关的两个主电极，K是控制开 关通断的控制极。它只工作在“通态”和“断态” 两种情 况，理想状态下， 在通态时其电阻为零， 断态时其电阻无穷大。二、基本特性（1）电力电子器件一般都工作在开关状态。 （2）电力电子器件的开关状态由外电路（驱 动电路）来控制。 （3）在工作中器件的功率损耗（通态、断态 、开关损耗）很大。为保证不至因损耗散发 的热量导致器件温度过高而损坏，在其工作 时一般都要安装散热器。三、电力电子器件的分类 （一）按器件的开关控制特性分 1.不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功能，而需要 根据电路条件决定其导通、关断状态的器件称为不可控器件 。如：电力二极管（Power Diode）； 2.半控型器件：通过控制信号只能控制其导通，不能控制其 关断的电力电子器件称为半控型器件。如：晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件； 3.全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关 断的器件，称为全控型器件。如：门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor ）、功率场效应管（Power MOSFET）绝缘栅双极型晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor）等。 （二）按控制信号的性质不同分 电流控制型器件： 此类器件采用电 流信号来实现导通 或关断控制。如：晶闸管、门极 可关断晶闸管、功 率晶体管、IGCT等 ； 电压控制半导体器件：这类器件采用电压（场 控原理）控制它的通、断， 输入控制端基本上不流过控 制电流信号，用小功率信号 就可驱动它工作。如：代表性器件为MOSFET和IGBT。（三）根据内部载流子参与导电的种类分 1.单极型：器件内只有一种载流子参与导电。如：功率MOSFET（功率场效应晶体管）SIT（静电感应晶体管） 2.双极型：器件内电子与空穴都参与导电。如：GTR（电力晶体管）GTO（可关断晶闸管）SITH（静电感应晶闸管） 3.复合型：由双极型器件与单极型器件复合而成如：IGBT（绝缘栅双极晶体管）MCT（MOS控制晶闸管） 附表附表: : 主要电力半导体器件主要电力半导体器件 的特性及其应用领域的特性及其应用领域器件种类开关 功能器件特性概略应用领域电力 二极管不可 控5kV/3kA400Hz各种整流装置晶闸管可控 导通6kV/6kA400Hz 8kV/3.5kA光 控SCR炼钢厂、轧钢机、直流输电、 电解用整流器可关断 晶闸管自关 断型6kV/6kA 500Hz工业逆变器、电力机车用逆变 器、无功补偿器MOSFET600V/70A 100kHz开关电源、小功率UPS、小功 率逆变器IGBT1200V/1200A 20kHz 4.5kV/1.2kA 2kHz各种整流/逆变器（UPS、变频 器、家电）、电力机车用逆变 器、中压变频器第一节 电力晶体管（GTR）基本术语： 电力晶体管（Giant TransistorGTR，直译 为巨型晶体管） 耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction TransistorBJT），英文有时候也称 为Power BJT。 在电力电子技术的范围内，GTR与BJT这两个名称 等效 应用： 20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶 闸管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代。一、GTR的结构及工作原理a) 内部结构断面示意图 b) 电气图形符号 c) 内部载流子的流动 主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。 通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构。 采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成 。GTR的电流放大系数二、GTR的特性与主要参数 (一) GTR共射电路输出特性 深饱和区：UBE0, UBC0，IB变化时IC不再改变，管压降 UCES很小，类似于开关的通态。 输出特性：截止区(又叫阻断区)、 线性放大区、准饱和区和深饱和 区四个区域。 截止区：IB0(或IB=0)，UBE0， UBC0，GTR承受高电压，且有很小的 穿透电流流过，类似于开关的断态； 线性放大区：UBE0，UBC0， IC=IB，GTR 应避免工作在线性区以防止大功耗损坏GTR； 准饱和(临界饱和)区：随着IB的增大，此时UBE0，UBCUGE(TH)(开启电压,一般为36V) ； 其输出电流Ic与驱动电压UGE基本呈线性关系； IGBT关断：IGBT开通：UGE(2-4)IgT（门极触发电流） 。