1、全控型电力电子器件全控型电力电子器件 学习目标 1. 掌握GT0、GTR、功率MOSFET、IGBT四种常见全控型电力电子器件的工作原理、特性、主要参数、驱动电路及使用中应注意的问题。 2. 熟悉常见全控型电力电子器件各自特点以及适用场合。 3. 了解新型电力电子器件的概况。1第一节 门极可关断晶闸管(GTO) 一、GTO的结构与工作原理 1 1基本结构基本结构 a)a)芯片的实际图形芯片的实际图形 b) b) GTOGTO结构的纵断面结构的纵断面 c) c) GTOGTO结构的纵断面结构的纵断面 d)d)图形符号图形符号 图图4-1 4-1 GTOGTO的内部结构和电气图形符号的内部结构和电
2、气图形符号2GTO的外形图32工作原理 图图4-2 4-2 GTOGTO的工作原理电路的工作原理电路 当图中开关当图中开关S S置于置于“1 1”时，时，I IG G是正向触发电流，控制是正向触发电流，控制GTOGTO导导通；通；S S置于置于“2 2”时，则门极加反向电流，控制时，则门极加反向电流，控制GTOGTO关断。关断。4 二、GTO的特性与主要参数 1 1GTOGTO的开关特性的开关特性 图图4-3 4-3 GTOGTO在开通和关断过程中电流的波形在开通和关断过程中电流的波形 5 2GTO的主要参数 GTOGTO的基本参数与普通晶闸管大多相同。的基本参数与普通晶闸管大多相同。 1)
3、1) 反向重复峰值电压反向重复峰值电压U URRMRRM： 不规定不规定U URRMRRM值。值。 U URRMRRM值很低。值很低。 U URRMRRM略低于略低于U UDRMDRM。 U URRM RRM = = U UDRMDRM。 U URRMRRM略大于略大于U UDRMDRM。 2 2）最大可关断阳极电流最大可关断阳极电流I IATOATO：GTOGTO的最大阳极电流受发热和饱和深度两个的最大阳极电流受发热和饱和深度两个因素限制。阳极电流过大，内部晶体管饱和深度加深，使门极关断失效。因素限制。阳极电流过大，内部晶体管饱和深度加深，使门极关断失效。所以所以GTOGTO必须规定一个最大
4、可关断阳极电流，也就是必须规定一个最大可关断阳极电流，也就是GTOGTO的铭牌电流。的铭牌电流。 3 3）关断增益）关断增益off off 最大可关断阳极电流最大可关断阳极电流I IATOATO与门极负脉冲电流最大值与门极负脉冲电流最大值I IGMGM之比称为电流关断增益之比称为电流关断增益offoff。即即GMATOoffII6三、GTO的驱动与保护 1GTO门极驱动电路 对门极驱动电路的要求： 1）正向触发电流iG。由于GTO是多元集成结构，为了使内部并联的GTO元开通一致性好，故要求GTO门极正向驱动电流的前沿必须有足够的幅度和陡度，正脉冲的后沿陡度应平缓。 2）反向关断电流iG。为了缩
5、短关断时间与减少关断损耗，要求关断门极电流前沿尽可能陡，而且持续时间要超过GTO的尾部时间。还要求关断门极电流脉冲的后沿陡度应尽量小。 图4-4 较为理想的门极电压和电流波形 7 2GTO的驱动电路 a) b) a) b) 图图4-5 4-5 GTOGTO门极驱动电路门极驱动电路 a)a)小容量小容量GTOGTO门极驱动电路门极驱动电路 b)b)较大容量较大容量GTOGTO桥式门极驱动电路桥式门极驱动电路8 3GTO的保护电路 a) b) c) d)图4-6 GTO的阻容缓冲电路 图4-6为GTO的阻容缓冲电路。图4-6a只能用于小电流；图4-6b加在GTO上的初始电压上升率大，因而在GTO电
6、路中不推荐；图4-6c与图4-6d是较大容量GTO电路中常见的缓冲器，其二极管尽量使用速度快的，并使接线短，从而使缓冲器电容效果更显著。9第二节 电力晶体管(GTR)一、电力晶体管的结构与工作原理 1电力晶体管的结构 a) b)图4-7 NPN型电力晶体管的内部结构及电气图形符号 a) 内部结构 b) 电气图形符号10电力晶体管的外形图11 2工作原理 在电力电子技术中，GTR主要工作在开关状态。晶体管通常连接成共发射极电路，GTR通常工作在正偏(Ib0)时大电流导通；反偏(Ib0)时处于截止状态。因此，给GTR的基吸施加幅度足够大的脉冲驱动信号，它将工作于导通和截止的开关状态。12二、电力晶
7、体管的特性与主要参数 1. GTR的基本特性 (1)静态特性 共发射极接法时，GTR的典型输出特性如图4-8所示，可分为三个工作区： 截止区。在截止区内，iB0，uBE0，uBC0，集电极只有漏电流流过。 放大区。iB 0，uBE0，uBC0，iC =iB。 饱和区。 ，uBE0，uBC0，iCS是集电极饱和电流，其值由外电路决定。CSBIi13 (2)动态特性 图4-8 GTR共发射极接法的输出特性 图4-9 GTR开关特性 142GTR的参数 (1)最高工作电压 BUCBO：射极开路时，集-基极间的反向击穿电压。 BUCEO：基极开路时，集-射极之间的击穿电压。 BUCER：GTR的射极和
8、基极之间接有电阻R。 BUCES：发射极和基极短路，集-射极之间的击穿电压。 BUCEX：发射结反向偏置时，集-射极之间的击穿电压。其中BUCBO BUCES BUCES BUCER BUCEO，实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比BUCEO低得多。 (2)集电极最大允许电流ICM (3)集电极最大允许耗散功率PCM (4)最高工作结温TJM 153二次击穿和安全工作区 (1)二次击穿 二次击穿是由于集电极电压升高到一定值(未达到极限值)时，发生雪崩效应造成的。一般情况下，只要功耗不超过极限，GTR是可以承受的，但是在实际使用中，会出现负阻效应，使iE进一步剧增。由于GTR结面的缺陷、结构
9、参数的不均匀，使局部电流密度剧增，形成恶性循环，使GTR损坏。 (2)安全工作区 以直流极限参数ICM、PCM、UCEM构成的工作区为一次击穿工作区，如图4-10所示。 16图4-10 GTR安全工作区 17三、电力晶体管的驱动与保护 1GTR基极驱动电路 (1)对基极驱动电路的要求 由于GTR主电路电压较高，控制电路电压较低，所以应实现主电路与控制电路间的电隔离。 在使GTR导通时，基极正向驱动电流应有足够陡的前沿，并有一定幅度的强制电流，以加速开通过程，减小开通损耗，如图4-11所示。 GTR导通期间，在任何负载下，基极电流都应使GTR处在临界饱和状态，这样既可降低导通饱和压降，又可缩短关
10、断时间。 在使GTR关断时，应向基极提供足够大的反向基极电流(如图4-11波形所示)，以加快关断速度，减小关断损耗。 应有较强的抗干扰能力，并有一定的保护功能。 图图4-11 4-11 GTRGTR基极驱动电流波形基极驱动电流波形 18(2)基极驱动电路 图图4-12 4-12 实用的实用的GTRGTR驱动电路驱动电路 19 3GTR的保护电路 a) b) c) 图4-13 GTR的缓冲电路 图4-13a所示RC缓冲电路简单，对关断时集电极发射极间电压上升有抑制作用。这种电路只适用于小容量的GTR(电流10 A以下)。 图4-13b所示充放电型R、C、VD缓冲电路增加了缓冲二极管VD2，可以用
11、于大容量的GTR。但它的损耗(在缓冲电路的电阻上产生的)较大，不适合用于高频开关电路。 图4-13c所示阻止放电型R、C、VD缓冲电路，较常用于大容量GTR和高频开关电路，其最大优点是缓冲产生的损耗小。20第三节 电力场效应晶体管(Power MOSFET) 一、电力MOSFET的结构 电力MOSFET采取两次扩散工艺，并将漏极D移到芯片的另一侧表面上，使从漏极到源极的电流垂直于芯片表面流过，这样有利于减小芯片面积和提高电流密度。 a) b) 图4-14 电力MOSFET的结构和符号 a) MOSFET元组成剖面图 b) 图形符号21电力MOSFET的外形图222电力MOSFET的工作原理 当
12、漏极接电源正极，源极接电源负极，栅源极之间电压为零或为负时，P型区和N-型漂移区之间的PN结反向，漏源极之间无电流流过。如果在栅极和源极间加正向电压UGS，由于栅极是绝缘的，不会有电流。但栅极的正电压所形成的电场的感应作用却会将其下面的P 型区中的少数载流子电子吸引到栅极下面的P型区表面。当uGS大于某一电压值UGS(th)时，栅极下面的P型区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型反型成N型，沟通了漏极和源极。 此时，若在漏源极之间加正向电压，则电子将从源极横向穿过沟道，然后垂直(即纵向)流向漏极，形成漏极电流iD。电压UGS(th)称为开启电压，uGS超过UGS(th)越多，导电能力就越强，漏
13、极电流iD也越大。23 二、电力MOSFET的特性 1转移特性 转移特性是指电力MOSFET的输入栅源电压uGS与输出漏极电流iD之间的关系，如图4-15a所示。由图可见，当uGS UGS(th)时，iD近似为零；当uGSUGS(th)时，随着uGS的增大，iD也越大。当iD较大时，iD与uGS的关系近似为线性，曲线的斜率被定义为跨导gm，则有 GSDmdduig24 二、电力MOSFET的特性 a) b) 图4-15 电力MOSFET的转移特性和输出特性 a) 转移特性 b) 输出特性 25 2输出特性 输出特性是指以栅源电压uGS为参变量，漏极电流iD与漏源电压uDS之间关系的曲线，如图4
14、-15b所示。 截止区。uGSUGS(th)，iD=0，这和电力晶体管的截止区相对应。 饱和区。uGSUGS(th)，uDSuGS -UGS(th)，当uGS不变时，iD几乎不随uDS的增加而增加，近似为一常数，故称为饱和区。这里的饱和区对应电力晶体管的放大区。当用做线性放大时，MOSFET工作在该区。 非饱和区。uGSUGS(th)，uDSuGS -UGS(th)，漏源电压uDS和漏极电流iD之比近似为常数。该区对应于电力晶体管的饱和区。当MOSFET作开关应用而导通时即工作在该区。26 3开关特性 a) b） 图4-16 电力MOSFET的开关过程 a) 测试MOSFET开关特性的电路 b
15、) 开关特性曲线27 2电力MOSFET的主要参数 1）漏极电压UDS：即电力MOSFET的额定电压，选用时必须留有较大安全裕量。 2）漏极最大允许电流IDM：即电力MOSFET的额定电流，其大小主要受管子的温升限制。 3）栅源电压UGS：栅极与源极之间的绝缘层很薄，承受电压很低，一般不得超过20 V，否则绝缘层可能被击穿而损坏，使用中应加以注意。 总之，为了安全可靠，在选用MOSFET时，对电压、电流的额定等级都应留有较大裕量。 4）极间电容：电力MOSFET极间电容包括CGS、CGD和CDS，其中CGS为栅源电容，CGD是栅漏电容，是由器件结构中的绝缘层形成的；CDS是漏源电容，是由PN结
16、形成的。 28 三、电力MOSFET的驱动与保护 1电力MOSFET的驱动图图4-18 4-18 电力电力MOSFETMOSFET的一种驱动电路的一种驱动电路 29 三、电力MOSFET的驱动与保护 2MOSFET的保护 (1)防止静电击穿 在测试和接入电路之前器件应存放在静电包装袋，导电材料或金属容器中 。 将器件焊接时，工作台和烙铁都必须良好接地，焊接时烙铁应断电。 在测试器件时，测量仪器和工作台都必须良好接地。 注意栅极电压不要过限。 (2)防止偶然性振荡损坏器件 (3)防止过电压 (4)防止过电流 (5)消除寄生晶体管和二极管的影响 30小结小结是一种压控型器件，用栅极电压来控制是一种
17、压控型器件，用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，驱动功率小。漏极电流，驱动电路简单，驱动功率小。单极型器件，开关时间短，开关速度快，单极型器件，开关时间短，开关速度快，工作频率高。工作频率高。不存在二次击穿不存在二次击穿电流容量小，耐压低，通态压降大。电流容量小，耐压低，通态压降大。31第四节 绝缘栅双极晶体管(IGBT) 一、基本结构 a) b) c) 图4-19 1GBT的结构、简化等效电路和电气图形符号 a)内部结构 b)简化等效电路 c)电气图形符号32IGBT的外形图33 二、工作原理 IGBT的驱动原理与电力MOSFET基本相同，它是一种压控型器件。其开通和关断是由栅极和发射极
18、间的电压uGE决定的，当uGE为正且大于开启电压uGE(th)时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流使其导通。当栅极与发射极之间加反向电压或不加电压时，MOSFET内的沟道消失，晶体管无基极电流，IGBT关断。 PNP晶体管与N沟道MOSFET组合而成的IGBT称为N沟道IGBT，记为N-IGBT，其电气图形符号如图4-19c所示。对应的还有P沟道IGBT，记为P-IGBT。N-IGBT和P-IGBT统称为IGBT。由于实际应用中以N沟道IGBT为多。34三、1GBT的基本特性 a) b)图4-20 1GBT的转移特性和输出特性 a)转移特性 b)输出特性35三、1GBT的基本特性
19、 图4-20a为IGBT的转移特性，它描述的是集电极电流iC与栅射电压uGE之间的关系，与功率MOSFET的转移特性相似。开启电压uGE(th)是IGBT能实现电导调制而导通的最低栅射电压。uGE(th)随温度升高而略有下降，温度升高1，其值下降5 mV左右。 图4-20b为IGBT的输出特性，也称为伏安特性，它描述的是以栅射电压为参考变量时，集电极电流iC与集射极间电压uCE之间的关系。此特性与GTR的输出特性相似，不同的是参考变量，IGBT为栅射电压uGE，GTR为基极电流iB 。IGBT的输出特性也分为三个区域：正向阻断区、有源区和饱和区。这分别与GTR的截止区、放大区和饱和区相对应。此
20、外，当uCE0时，IGBT为反向阻断工作状态。在电力电子电路中，IGBT工作在开关状态，因而是在正向阻断区和饱和区之间来回转换。36三、1GBT的基本特性 动态特性： 图4-21 1GBT的开关过程 37四、主要参数 集电极-发射极额定电压UCES：这个电压值是厂家根据器件的雪崩击穿电压而规定的，是栅极-发射极短路时IGBT能承受的耐压值，即UCES值小于或等于雪崩击穿电压。 栅极-发射极额定电压UGES：IGBT是电压控制器件，靠加到栅极的电压信号控制IGBT的导通和关断，而UGES就是栅极控制信号的电压额定值。目前，IGBT的UGES值大部分为+20 V，使用中不能超过该值。 额定集电极电
21、流ICS：该参数给出了IGBT在导通时能流过管子的持续最大电流。 38 五、IGBT的擎住效应和安全工作区 在IGBT内部寄生着一个N-PN+晶体管和作为主开关器件的P+N-P晶体管组成的寄生晶体管。一旦J3开通，栅极就会失去对集电极电流的控制作用，导致集电极电流增大，造成器件功耗过高而损坏。这种电流失控的现象，被称为擎住效应或自锁效应。引发擎住效应的原因，可能是集电极电流过大(静态擎住效应)，也可能是最大允许电压上升率duCEdt过大(动态擎住效应)，温度升高也会加重发生擎住效应的危险。 根据最大集电极电流、最大集射极间电压和最大集电极功耗可以确定IGBT在导通工作状态的参数极限范围，即正向
22、偏置安全工作电压(FBSOA)；根据最大集电极电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率可以确定IGBT在阻断工作状态下的参数极限范围，即反向偏置安全工作电压(RBSOA)。39 六、IGBT的驱动 (1)对驱动电路的要求 IGBT是电压驱动的，具有2.55.0 V的阈值电压，有一个容性输入阻抗，因此IGBT对栅极电荷非常敏感，故驱动电路必须很可靠，保证有一条低阻抗值的放电回路，即驱动电路与IGBT的连线要尽量短。 用内阻小的驱动源对栅极电容充放电，以保证栅极控制电压uGE有足够陡的前后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。另外，IGBT开通后，栅极驱动源应能提供足够的功率，使IGBT不退出饱和而损
23、坏。 驱动电路中的正偏压应为1215 V，负偏压应为210 V。 IGBT多用于高压场合，故驱动电路应与整个控制电路在电位上严格隔离。 驱动电路应尽可能简单实用，具有对IGBT的自保护功能，并有较强的抗干扰能力。 若为大电感负载，IGBT的关断时间不宜过短，以限制didt所形成的尖峰电压，保证IGBT的安全。40 六、IGBT的驱动 (2)驱动电路 在用于驱动电动机的逆变器电路中，为使IGBT能够稳定工作，要求IGBT的驱动电路采用正负偏压双电源的工作方式。为了使驱动电路与信号电隔离，应采用抗噪声能力强，信号传输时间短的光耦合器件。基极和发射极的引线应尽量短，基极驱动电路的输入线应为绞合线，其
24、具体电路如图4-22所示。 41 七、 IGBT保护 因为IGBT是由MOSFET和GTR复合而成的，所以IGBT的保护可按GTR、MOSFET保护电路来考虑，主要是栅源过电压保护、静电保护、采用R、C、VD缓冲电路等等。另外，也应在IGBT电控系统中设置过压、欠压、过流和过热保护单元，以保证安全可靠工作。应该指出，必须保证IGBT不发生擎住效应。具体做法是使IGBT使用的最大电流不超过其额定电流。42第五节 其他新型电力电子器件 一、集成门极换流晶闸管（IGCT） 集成门极换流晶闸管IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor) 是1996年问世的一种新
25、型半导体开关器件。IGCT是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT集成于一个整体形成的。门极换流晶闸管GCT是基于GTO结构的一种新型电力半导体器件，它不仅有与GTO相同的高阻断能力和低通态压降，而且有与IGBT相同的开关性能，即它是GTO和IGBT相互取长补短的结果，是一种较理想的兆瓦级、中压开关器件，非常适合用于6kV和10kV的中压开关电路。43二、MOS控制晶闸管(MCT) 1MCT的结构与工作原理 MCT是在晶闸管结构基础上又制作了两只MOSFET，其中用于控制MCT导通的那只 MOSFET称为开通场效应晶体管(ON-FET)，用于控制阻断的那只MOSFET称为关断场效应晶体管(OFF
26、-FET)。根据开通场效应晶体管的沟道类型不同，可分为P-MCT和N-MCT。 a) b) 图4-24 P-MCT 单胞的等效电路及图形符号 44二、MOS控制晶闸管(MCT) 由图4-24可见，MCT的电极和晶闸管一样也是阳极A、阴极K和门极G，但MCT是电压控制器件；晶闸管的控制信号加在门极与阴极两端，而MCT控制信号是加在门极与阳极两端。当门极G相对于阳极A加负电压脉冲时，ON-FET导通 。 当门极相对于阳极加正电压脉冲时，OFF-FET导通，PNP晶体管的基极电流经OFF-FET流向阳极，使PNP管截止，从而破坏了晶闸管的正反馈，使MCT关断。 一般使MCT导通的负脉冲电压为515V
27、，使MCT关断的正脉冲电压为+10+20V。 45 三、静电感应晶体管SIT SIT器件在结构设计上能方便地实现多胞合成， SIT的单元胞结构如图4-26所示。 a)单元胞结构单元胞结构 b)电气图形符号电气图形符号图图4-26 4-26 SITSIT的原理结构及其电气图形符号的原理结构及其电气图形符号46静电感应晶体管SIT的控制 SIT的开通和关断机理可以用沟道夹断机理来说明。如图4-26a所示，两个门极区之间形成一个沟道。当门源电压为零，也即门源极短路时，门源结形成的耗尽层不可能在沟道中心相遇，因而电子流不会被夹断。 当门源之间加负电压，也即门源结处于反向偏置时 ， 门 源 间 P N
28、结 耗 尽 区 的 宽 度 增 加 ， 特 别 是uGS=UGS(off)时，耗尽层在沟道中心相遇，沟道中的电流即被夹断。这就是SIT的关断原理。UGS(off)称为夹断电压。 SIT的漏极电流不但受门极电压控制，同时也受漏极电压的控制，这种情况与真空三极管非常相似。因此，SIT呈现类似真空三极管的特性。 47四、静电感应晶闸管SITH SITH是在SIT基础上发展起来的新型电力电子器件。SITH的单元胞结构如图4-27所示。由图可以看出其结构与SIT的差别仅在于将漏极的N+ 区换成了P+ 区，显然在阳极处多了一个P+ N结。栅极的控制方式也与SIT类似，所不同的是器件通态时，在漂移区产生很强
29、的电导调制效应。在开态呈现与整流器类似的特性，其正、反向工作时都具有阻断能力，故又称为场控晶闸管 。 a)a)单元胞结构单元胞结构 b)b)电气图形符号电气图形符号图图4-27 4-27 SITHSITH的结构及其电气图形符号的结构及其电气图形符号48静电感应晶闸管SITH的特点 SITH是大功率场控开关器件，与晶闸管和GTO相比，它有许多优点，例如SITH的通态电阻小，通态电压低，开关速度快，开关损耗小，正向电压阻断增益高，开通和关断的电流增益大，didt及dudt的耐压高。近几年SITH发展很快，目前SITH的产品容量已达到100 A2500 V，2200A450V，400A4500V。由
30、于SITH的工作频率可达100kHz以上，所以在高频感应加热电源中，SITH可取代传统的真空三极管。 49五、功率集成电路PIC PIC应用可以分为三个领域： 低压大电流PIC，主要用于汽车点火、开关电源和同步发电机等。 高压小电流PIC，主要用于平板显示、交换机等。 高压大电流PIC，主要用于交流电动机控制、家用电器等。501PIC的典型构成 图图4-28 4-28 功率集成电路的典型构成功率集成电路的典型构成 512PIC的分类与发展 功率集成电路还可分为智能功率集成电路(SPIC)和高压功率集成电路(HVIC) 两类。SPIC是指一个(或几个)具有纵形结构的功率器件与控制和保护电路的集成
31、。HVIC是由多个高压器件与低压模拟器件或逻辑电路集成在一块芯片上，其功率器件是横向的，处理电流能力较低。 随着半导体技术的发展和工艺技术的进步，PIC发展的动向必然是高压化(1001200 V)和智能化。同时，随着芯片制造技术的改进及成本的降低，单片化、模块化成为今后的发展方向。52 3SPIC的基本功能 SPIC的三个基本功能是功率控制、传感、保护和接口。功率控制部分具有处理高电压大电流或两者兼有的能力。其驱动电路一般设计成能在直流30V下工作，这样才能对MOS器件的栅极提供足够的电压。另外，驱动电路必须能使控制信号传递到高压侧。 IC的保护电路一般通过含有高频双极晶体管的反馈电路来完成。
32、反馈环路的响应时间对于良好的关断是很关键的，由于在发生故障期间系统电流以很快的速度增加，因此这一部分需要由高性能模拟电路实现。 SPIC的接口功能是通过完成编码操作的逻辑电路来实现的。IC片不仅需要对微处理器 的信号作出反应，而且必须传送与工作状态或负载检测有关的信息，如过热关断、无负载等。 53 六、智能功率模块(1PM) 智能功率模块IPM(Intelligent Power Module)是电子集成电路PIC(Power Integrated Circuits)的一种。它将高速度、低功耗的IGBT，与栅极驱动器和保护电路一体化，因而具有智能化、多功能、高可靠、速度快、功耗小等特点。由于高
33、度集成化使模块结构十分紧凑，避免了由于分布参数、保护延迟等带来的一系列技术难题。IPM的智能化表现为可以实现控制、保护、接口三大功能，构成混合式电力集成电路。 541.IPM的结构 图图4-29 4-29 大功率大功率IPMIPM的封装剖面示意图的封装剖面示意图1 1电源端子电源端子 2 2特殊防护层特殊防护层 3 3集成电路集成电路 4 4内连线内连线 5 5环氧树脂环氧树脂 6 6信号端子信号端子 7 7密封盒密封盒 8 8基板基板 9 9IGBTIGBT芯片芯片 10 10陶瓷基板陶瓷基板 11 11硅胶硅胶55IPM有4种功率电路结构类型 图图4-30 4-30 IPMIPM的电路结构
34、类型的电路结构类型 a) a) 单管型单管型 b) b) 双管型双管型c) c) 6管型管型 d) d) 7管型管型562. IPM的保护功能图 图图4-31 4-31 IPMIPM的保护功能图的保护功能图 57IPM的保护功能说明 IPM的主要保护功能有：SC短路保护，其中RTC为实时控制电路；UV电源欠压连锁；DriveIGBT的栅极驱动电路； OC过流保护电路； OT过热保护电路；TS温度传感器。 IPM 内含驱动电路，可以按最佳的IGBT驱动条件进行设定；1PM内含过流保护、短路保护，使检测功耗小、灵敏、准确；IPM内含欠电压保护，当控制电源电压小于规定值时进行保护；IPM内含过热保护
35、，可以防止IGBT和续流二极管过热，在IGBT内部的绝缘基板上设有温度检测元件，结温过高时即输出报警信号，该信号送给变频器的单片机，使系统显示故障信息并停止工作。IPM还内含制动电路，用户如有制动要求可另购选件，在外电路规定端子上接制动电阻，即可实现制动。58本章小结 本章重点叙述了GTO、GTR、功率MODFET以及ICBT四种常用的全控电力电子器件的结构、工作原理、特性参数以及驱动和保护电路。由于半导体材料和制造工艺的进步，电力电子器件近年来又有了很大的发展和变化，本章对SIT、SITH、PIC以及IPM器件的结构和工作原理也作了简要的介绍，表4-2列出了全控电力电子器件特点及性能，供读者
36、参考。 59 60总结总结工作频率由高到低工作频率由高到低功率一功率一览表览表通态压降一览表通态压降一览表一览表一览表61工作频率由高到低工作频率由高到低器件器件名称名称SIT电力电力MOSIGBT SITH GTRMCTGTO开关开关频率频率200M3M50K40K30K20K10K62功率一览表功率一览表器件器件名称名称SIT电力电力MOSIGBTSITHGTRMCTGTO电压电压1500V1000V2500V4500V1800V3000V6000V电流电流200A100A1000A2200A400A1000A6000A63通态压降通态压降器件器件名称名称SIT电力电力MOSIGBTSIT
37、HGTRMCTGTO压降压降711.2342.51.12.2-3.564总览表总览表GTOGTRMOSIGBT结构结构多元集成多元集成4层层AGK多元集成多元集成3层层GCE多元集成多元集成3层层GDS多元集成多元集成GCE控制方式控制方式电流控制型电流控制型双极双极电流控制型电流控制型双极双极电压控制型电压控制型单极单极电压控制型电压控制型复合型复合型特点特点驱动电路复杂，驱动电路复杂，导通压降低，导通压降低，开关速度低，开关速度低，可以承受大电可以承受大电压大电流压大电流驱动电路复杂，驱动电路复杂，导通压降低，开导通压降低，开关速度低，可以关速度低，可以承受大电压大电承受大电压大电流流驱动电路简单，驱动电路简单，导通压降大，导通压降大，开关速度高，开关速度高，不可以承受大不可以承受大电压大电流电压大电流驱动电路简单，驱动电路简单，导通压降低，导通压降低，开关速度较快，开关速度较快，可以承受大电可以承受大电压大电流压大电流缺点缺点最大阳极电流最大阳极电流二次击穿二次击穿静电击穿静电击穿擎住效应擎住效应保护保护缓冲电路缓冲电路过压保护过压保护静电保护静电保护过流保护过流保护65
