五、 其它新型电力电子器件,一、静电感应晶体管（SIT） 它是一种多子导电的单极型器件，具有输出功率大、输入阻抗高、开关特性好、热稳定性好、抗辐射能力强等优点； 广泛用于高频感应加热设备(例如200kHz、200kW的高频感应加热电源)。并适用于高音质音频放大器、大功率中频广播发射机、电视发射机、差转机微波以及空间技术等领域。,3）原理：SIT为常开器件，即栅源电压为零时，SIT导通；当加上负栅源电压UGS时，栅源间PN结产生耗尽层。随着负偏压UGS的增加，其耗尽层加宽，漏源间导电沟道变窄。当UGS=UP(夹断电压)时，导电沟道被耗尽层所夹断，SIT关断。 SIT的漏极电流ID不但受栅极电压UGS控制，同时还受漏极电压UDS控制。,4-5 其它新型电力电子器件（SIT）,第4章,一、SIT的结构及工作原理 1）结构：三层、元胞结构，三个电极：栅极G，漏极D和源极S。 2）分类：N沟道、P沟道两种，箭头向外的为NSIT，箭头向内的为PSIT。,4-5其它新型电力电子器（SITH）,二、静电感应晶闸管（SITH） 它自1972年开始研制并生产； 优点：与GTO相比，SITH的通态电阻小、通态压降低、开关速度快、损耗小、 及耐压高等； 应用：应用在直流调速系统，高频加热电源和开关电源等领域； 缺点：SITH制造工艺复杂，成本高；,第1章,1、SITH的工作原理 1）结构：在SIT的结构基础上再增加一个P+层即形成SITH的元胞结构；三极：阳极A、阴极K、栅极G。,4-5 其它新型电力电子器（SITH）,第1章,2）原理： SITH为常开器件：栅极开路，在阳、阴极之间加正向电压，有电流流过SITH； 在栅极G和阴极K之间加负电压，G-K之间PN结反偏，A-K间电流被夹断，SITH关断； 栅极所加的负偏压越高，可关断的阳极电流也越大。,栅极负压-UGK可控制阳极电流关断，已关断的 SITH，A-K间只有很小的漏电流存在。 SITH 为场控双极器件，其动态特性比GTO优越。其 通态电阻比SIT小、压降低、电流大，但因器件内有大量 的存储电荷， 所以其关断时间比SIT要长、工作频率要低。,4-5 其它新型电力电子器（SITH）,2、SITH的特性：,第1,4-5 其它新型电力电子器（MCT）,三、MOS控制晶闸管MCT（ MOS-Controlled Thyristor) MCT自20世纪80年代末问世，已生产出300A/2000V、1000A/1000V的器件； 结构：是晶闸管SCR和场效应管MOSFET复合而成的新型器件，其主导元件是SCR，控制元件是MOSFET。MCT既具有晶闸管良好的导通特性，又具备MOS场效应管输入阻抗高、驱动功率低和开关速度快的优点，克服了晶闸管速度慢、不能自关断和高压MOS场效应管导通压降大的不足。 特点：耐高电压、大电流、通态压降低、输入阻抗高、驱动功率小、开关速度高；,第4章,在应用方面，美国西屋公司采用MCT开发的10kW高频 串并联谐振DC-DC变流器，功率密度已达到6.1W/cm3。美 国正计划采用MCT组成功率变流设备，建设高达500KV 的高压直流输电HVDC设备。国内的东南大学采用SDB键 合特殊工艺在实验室制成了100mA/100V MCT样品；西 安电力电子技术研究所利用国外进口厚外延硅片也试制 出了9A/300V MCT 样品。,MCT器件的最大可关断电流已达到300A，最高阻断电压为3KV，可关断电流密度为325A/cm2，且已试制出由12个MCT并联组成的模块。,4-5 其它新型电力电子器（MCT）,第4章,1、MCT的工作原理 1）结构：是晶闸管SCR和场效应管MOSFET复合而成的新型器件，其主导元件是SCR，控制元件是MOSFET其元胞有两种结构类型，N-MCT和P-MCT。 三个电极：栅极G、阳极A和阴极K。,4-5 其它新型电力电子器（MCT）,图1.8.6 P-MCT的结构、等效电路和符号,第4章,P-MCT的等效电路,第4章,2）工作原理（P-MCT） 控制信号：用双栅极控制，栅极信号以阳极为基准； 导通：当栅极相对于阳极加负脉冲电压时，ON-FET导通，其漏极电流使NPN晶体管导通。NPN晶体管的导通又使PNP晶体管导通且形成正反馈触发过程，最后导致MCT导通,关断：当栅极相对于阳极施加正脉冲电压时，OFF-FET导通，PNP晶体管基极电流中断, PNP晶体管中电流的中断破坏了使MCT导通的正反馈过程，于是MCT被关断。,4-5 其它新型电力电子器（MCT）,第4章,其中：1）导通的MCT中晶闸管流过主电流，而触发通道只维持很小的触发电流。 2）使P-MCT触发导通的栅极相对阳极的负脉冲幅度一般为 -5-15V，使其关断的栅极相对于阳极的正脉冲电压幅度一般为+10V。,4-5 其它新型电力电子器（MCT）,IGCT ：（Integrated Gate-Commutated Thyristor）也称GCT（Gate-Commutated Thyristor）。,20世纪90年代后期出现。结合了IGBT与GTO的优点，容量与GTO相当，开关速度快10倍，且可省去GTO庞大而复杂的缓冲电路，只不过所需的驱动功率仍很大；,IGCT可望成为高功率高电压低频电力电子装置的优选功率器件之一。,第1章,4-5 其它新型电力电子器（IGCT）,2、SIT的特性 （N沟道SIT）：当栅源电压UGS一定时，随着漏源电压UDS的增加，漏极电流ID也线性增加， 场控多子器件, 垂直导电结构,导电沟道短而宽,无电荷积累效应,其开关速度相当快,适应于高压,大电流、高频场合； SIT的漏极电流具有负温度系数,可避免因温度升高而引起的恶性循环；T0C ID SIT的漏极电流通路上不存在PN结,一般不会发生热不稳定 性和二次击穿现象,其安全工作区范围较宽； 栅极驱动电路简单：关断SIT需加数十伏的负栅压-UGS；导通时，也可加56V的正栅偏压+UGS,以降低其通态压降。,4-5 其它新型电力电子器（SIT）,第4章,4-5 缓冲电路,1）原因： 电力电子器件断态时承受高电压，通态时承载大电流，而开通和关断过程中开关器件可能同时承受过压、过流、过大的dudt和didt 以及过大的瞬时功率。 2）缓冲电路作用：防止高电压和大电流可能使器件工作点超出安全工作区而损坏器件。 3）原理：关断缓冲电路吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制 dudt,减小关断损耗；开通缓冲电路抑制器件开通时的电流过冲和 didt ,减小器件的开通损耗。,第1章,GTR开通过程：一方面S经S、S和GTR回路放电减小了电流上升率didt ，另一方面负载电流经电感S后受到了缓冲，避免了开通过程中GTR同时承受大电流和高电压的情形。,GTR关断过程： 流过负载L的电流经电感LS、二极管S给电容S充电，因为S上电压不能突变，这就使GTR在关断过程电压缓慢上升，同时也使电压上升率dudt被限制。,4-5缓冲电路,GTR 缓冲电路,中、小功率开关器件GTR的缓冲电路。,第1章,大功率开关器件GTR的缓冲电路。 将无感电容器C、快恢复二极管D和无感电阻R组成RCD缓冲吸收回路。 器件关断过程：电流经过C、D给无感电容器充电，使器件的UCE电压缓慢上升，有效抑制过电压的产生； 器件开通过程：C上的电荷再通过电阻R经器件放电，可加速器件的导通。 作用：保护了器件，使之工作在安全工作区；器件的开关损耗有一部分转移到了缓冲吸收回路的功率电阻R上，降低了器件的损耗，且降低器件的结温。从而可充分利用器件的电压和电流容量。,4-5 缓冲电路,两种经常使用的缓冲吸收回路,第1章,