电力电子开关器件特性

时间:2023-03-15作者:佚名
目前,各类电力电子器件所达到的功能水平如下:
 普通晶闸管:12kV、1kA;4kV、3kA。
可关断晶闸管:9kV、1kA;4.5kV、4.5kA。
逆导晶闸管:4.5kV、1kA。
光触晶闸管:6kV、2.5kA;4kV、5kA。
电力晶体管:单管1kV、200A;模块1.2kV、800A;1.8kV、100A。
场效应管:1kV、38A。
绝缘栅极双极型晶体管:1.2kV、400A;1.8kV、100A。
静电感应晶闸管(SITH):4.5kV、2.5kA。
场控晶闸管:1kV、100A。
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。
电力电子开关器件特性
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(InsulatedGateBipolarTransistor)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是多元集成结构,每个IGBT元的结构如图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GTR。IGBT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3~4V,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。
电力电子开关器件特性
图2 IGBT的简化等效电路图
(a)结构;(b)等效电路;(c)电气符号
2. 场控晶闸管(MCT)
MCT(MOSControlledThyristor)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,这种正反馈使α1 α2>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,这种正反馈使α1 α2<1,MCT关断。
MCT阻断电压高,通态压降小,驱动功率低,开关速度快。虽然MCT目前的容量水平仅为1000V/100A,其通态压降只有IGBT或GTR的1/3左右,但其硅片的单位面积连续电流密度在各种器件中是最高的。另外,MCT可承受极高的di/dt和du/dt,这使得保护电路可以简化。MCT的开关速度超过GTR,开关损耗也小。总之,MCT被认为是一种最有发展前途的电力电子器件。
3.静电感应晶体管(SIT)
SIT(StaticInductionTransistor)实际上是一种结型电力场效应晶体管,其电压、电流容量都比MOSFET大,适用于高频,大功率的场合。当栅极不加任何信号时,SIT是导通的;栅极加负偏压时关断。这种类型的SIT称为正常导通型,使用不太方便。另外,SIT通态压降大,因此通态损耗也大。
4.静电感应晶闸管(SITH)
SITH(StaticInductionThyristor)是在SIT的漏极层上附加一层和漏极层导电类型不同的发射极层而得到的。

相关阅读

基于晶体管的双极性直流电源电路图

此双电源电路适用于功率模拟(音频或测量)的安装,它提供电压源在 20 至 50 V 之间的双极电压(例如在音频功率放大器中)。稳压输出电压为 15V,但只需更换两个组件即可在 /-12V 或 /-18...
2023-08-25
基于晶体管的双极性直流电源电路图

水电腾讯课堂开课啦~学习建筑水电识图从这里开始(文末有福利)

你还在为看不懂电气施工图而烦恼吗?你还在为找不到系统的识图方法而苦恼吗? 你还在为入门的识图都不会而焦虑烦躁吗? 你还在为升职加薪无望而了无头绪望天兴叹吗? 不要苦恼...
2023-06-11

水电改造4种错误示范,看看你家中了几项?

很多业主在装修的时候没注意,装修完之后发现家里都是遗憾,尤其是水电改造部分。水电改造对整个装修都非常重要,也经常容易出错。以下4大水电改造错误示范,你家中了几项?...
2023-06-11
水电改造4种错误示范,看看你家中了几项?

电工常用万用表线路,非常详细!建议收藏!

万用表是电工常用的测量仪表工具, 其内部由直流电流表、 电容、电阻、 二极管、 开关、 电池等组成。 图1(a) 所示是一种典型的袖珍式万用表线路。 它有直流电流测量挡、 交直...
2023-07-05
电工常用万用表线路,非常详细!建议收藏!

白炽灯步进调光电路

电路图 图1所示电路是由M668调光专用集成电路制作的白炽灯步进调光电路。 工作原理 M668 是一种新颖四挡触摸式步进调光集成电路,每触摸一次,灯光亮度就改变一挡,即灯光亮度可在...
2023-07-05
白炽灯步进调光电路

热销商品

德国进口雅马哈风力灭火机大功率手提森林灭火器落叶工地吹雪机汽

德国进口雅马哈风力灭火机是一款高效、可靠的森林灭火和清理设备。它拥有大功率风机,能够迅速吹散落叶、杂草和积雪,有效清理工地和森林地面。这款灭火机采用先进技...
¥ 692.5

3M自粘橡胶条高硬度耐压实心幕墙玻璃舞台搭建货架专用减震密封条

3M自粘橡胶条是一款专为高要求工业及建筑场景设计的高性能密封减震材料,采用高硬度实心橡胶材质,具备优异的耐压性、抗老化性和持久弹性。其独特的自粘背胶设计,安装...
¥ 1.6

公牛官方旗舰店开关插座空调16A插座五孔10A面板暗装多孔G12白灰

公牛官方旗舰店提供一系列高质量的开关插座和空调配件。这款16A插座五孔面板采用暗装设计,适用于多种安装环境,如墙面、天花板等。它具有10A的电流容量,可以满足家庭...
¥ 5.55

电位器旋钮电流调节螺帽直流逆变电焊机二保焊送丝机通用旋钮B102

电位器旋钮电流调节螺帽适用于直流逆变电焊机和二保焊送丝机,是一款通用的旋钮B102。该旋钮采用优质材料制造,具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀等特点,能够长时间稳定运行...
¥ 0.7

西门子开关插座无框皓彩米绒白亚光二三插USB10A五孔一开旗舰店

西门子开关插座无框皓彩米绒白亚光二三插USB10A五孔一开旗舰店,作为西门子品牌的专卖店,提供了一系列高品质、设计新颖的家居电气产品。这里销售的开关插座采用无框...
¥ 8.77

网站栏目