2020年四种典型全控型器件比较.doc

四种典型全控型器件的比较四种典型全控型器件的比较对四种典型全控型器件的介绍1、门极可关断晶闸管(GTO)1)GTO的结构与工作原理芯片的实际图形GTO结构的纵断面GTO结构的纵断面图形符号GTO的内部结构和电气图形符号2)工作原理:设计a2较大,使晶体管V2控制灵敏。导通时a1+a2=,导通时接近临界饱和,有利门极控制关断,但导通时管压降增大。多元集成结构,使得P2基区横向电阻很小,能从门极抽出较大电流。下图为工作原理图。22222、电力晶体管(GTR)1)电力晶体管的结构:内部结构电气图形符号NPN型电力晶体管的内部结构及电气图形符号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(Ib>0)时大电流导通;反偏(Ib<0)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。3、电力场效应晶体管(PowerMOSFET)1)电力MOSFET的结构MOSFET元组成剖面图图形符号电力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。2)电力MOSFET的工作原理:当漏极接电源正极,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,漏极电流iD也越大。4、绝缘栅双极晶体管(IGBT)1)基本结构内部结构简化等效电路电气图形符号2)绝缘栅双极晶体管(IGBT)的工作原理: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。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。对四种典型全控型器件进行容量及频率比较GTO的电压、电流容量较大,与普通晶闸管接近,因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。当前,GTO的容量水平达6000A/6000V、1000A/9000V,频率为1kHZ。GTR是一种电流控制的双极双结大功率、高反压电力电子器件,具有自关断能力,其额定值已达1800V/800A/2kHz、1400v/600A/5kHz、600V/3A/100kHz。电力场效应晶体管电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电