单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 根本电力电子器件及其驱动,3-1 功率二极管Power Diode),1,静态特性,电导调制效应：,电流注入载流子数,电阻率多子,保持,电中性,2,动态特性,开通过程：,势垒电容,体电感,正向恢复时间,2,动态特性,关断过程：,由UR、线路电感、体电感准备,反向充电建立势垒,因正向电导调制效应且电流大：tFR tRR(一般100s),一般PD 100us,PD,等效模型：,2,动态特性,3,PD的分类,快恢复二极管,Fast Recovery Diode 0.2us),软恢复二极管,Soft Recovery Diode 0.51us),势垒肖特基二极管,Schottky Barrier Diode 50ns),3-2,功率晶体管,1,结构,三重集中台面型构造：,GTR-,Giant Transistor,BJT-,Bipolar Junction Transistor,台面构造面积大I 大；,轻掺杂大V梯度,V大；但小。,2,类型,单管：=10 15，驱动电流大,复合（达林顿）管：,T2的C结未正偏，Uces大；,T1T2 挨次动作，速度慢。,GTR（达林顿）模块：多级复合、单桥臂、桥,R1、R2供给Icb的通,路提高热稳定性；,R2分流T1穿透电流，,保证关断牢靠。,D1抽取T2放射结电,荷，加速T2与T1同,步关断。,静态特性：,3,GTR的特性,准饱和区,深饱和区,截止区,二次击穿区,二次击穿临界曲线,放大区,一次击穿与,二次击穿,安全工作区SOA,SOA,Safe Operation Area,动态特性：,3,GTR的特性,t1,延迟时间,t2上升时间,t3存储时间,t4下降时间,ts开通,时间,（n s 级）,tc关断时间,（s 级）,准饱和,加速电容,基本要求：,4,驱动电路（Drive Circuit）,Ic 较大时，增 IB 可降 Uces；,深度饱和与快速关断相冲突。,3,过驱动系数,增,I,BP-,可加速关断，但电流变化率增大。一般取：,根本驱动电路,D1：U,BE,+U,D2,+U,D3,=U,D1,+U,CES,贝克钳位电路,UCES=UBE+UD2+UD3 UD1,=UBE+UD2 一般取0.73V),使GTR集电结反偏或零偏,准饱和,D1应为快恢复管，D2、D3为一般管,集成驱动电路,EXB356：,150A/600V；I,BP,=+3A/-3.4A、I,IN,=39mA,EXB356 (富士 日),UAA4002 (汤姆逊 法),M57950 (三菱 日),3-3,功率场效应晶体管,1,小功率MOSFET的分类与结构特点,因工艺和构造差异名称不同。如：,Motorola TMOS,NEC VDMOS,Siemens SiPMOS,Power MOSFET,结 型,绝缘栅型,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,Power MOSFET,1,小功率MOSFET的分类与结构特点,电压把握，输入阻抗高。,单极型，温流负反响，,温度稳定性高，无二次击穿。,横向导电，电流小，耐压低。,适合于MOS IC。,2,功率MOSFET的结构特点,胞元并联结R,DS,小，,可达m。,垂直导电VD，面积,大，电流大；,无电导调制效应，U,DSS,较GTR大。,轻掺杂，电阻率大，,耐压高；,沟道短D-S间U、R、,C均小；,静态特性：,3,PMOSFET的特性,饱和区,调阻区,雪崩击穿区,安全工作区SOA,跨导,开启电压,转移特性,输出特性,SOA,Safe Operation Area,动态特性：,3,PMOSFET的特性,？,密勒效应、位移电流,t1开通,延时,t2上升时间,t3关断延时,t4下降时间,ts,开通,时间,（n s 级）,tc,关断时间,（n s 级）,Rs、Cin准备,开关速度,4,ZVS,Buck变换器(谐振开关),S,并联,C,如何开通？,ZVS,开通/关断,有效抑制,M,iller 效应,ZCS,开通,I,smax=,I,O,输出电压的调整,T4fsUDUo,3-4,绝缘栅双极晶体管,1,IGBT的结构,IGBT,N区体电阻,IGBT,Insulated Gate Bipolar Transistor,静态特性：,2,IGBT的特性,转移特性,输出特性,饱和区,饱和电压特性,动态特性：,2,IGBT的特性,钳位效应,：,G-E 驱动电流,二极管正向特性,拖尾电流,MOS已经关断，IGBT存储电荷释放缓慢,3,IGBT的擎住（Latch）效应,SCR,静态擎住,动态擎住,过热擎住,P区体电阻,R,P,引发擎住,关断过急位移电流,C,J,PN结电容,R,G,不能过小，限制关断时间。,RP 及PNP、NPN 电流放大倍数,因温度上升而增大。,125时ICM降至1/2,4,IGBT的通态特性,5,IGBT的电流容量,最大连续电流,I,C,最大脉冲电流,I,CM,最大开关电流,I,LM,规定条件下，可重复开关电流的最大值。,允许短路电流,I,SC,6,IGBT短路状态的失效机理,失效缘由：,短路疼惜,延时搜寻,超过热极限：,半导体本征温度极限250C,o,短路电流过大使管芯过热。,关断过电压：,分布和封装引线电感与短路大电流关断变化。,电流擎住效应,3-5,IGBT,典型厚膜集成驱动电路,1,驱动电路的设计原则,安全+低耗+快速,隔离：,光电耦合、光纤、脉冲变压器；,电平适当：,+12 16V,/-5 10V,边沿陡直：,t,UP,、,t,Dn,1s,电压尖峰,动态擎住,驱动回路短、回路阻抗小、驱动功率足,2,EXB840/841高速型厚膜驱动电路,（,富士,）,EXB840：,150A/600V、75A/1200V；40kHz、延迟1s、25mA,EXB841：,400A/600V、300A/1200V；40kHz、延迟1s、47mA,C 非滤波，吸取电源线,阻抗变化引起的电压波动,桥臂直通、,i,c(近似,u,ce)过大、T过高,U,ce,允许短路时间530s,延时搜索/缓降栅压,“0”强迫-5V封锁,3,M57962,A,L厚膜驱动电路,（三菱）,短路检测时间：,P2-P4间电容10008000p,对应36S,600A/600V、400A/1200V；20kHz、延迟1s、500mA,3,M57962,A,L应用电路,（双电源）,30V稳压管在检测二极管反向恢复时限制P1电压,