第8章机电传动系统的微机控制.ppt

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双向晶闸管是一NPNPN五层三端(T1、T2和G)元件,有四个PN结。可以认为它是一对普通晶闸管反并联连接的集成。它有两个主电极T1和T2,一个门极G。门极使双向晶闸管在主电极的正、反两方向均可触发导通。

(GTR)
功率晶体管(GiantTransistor,GTR),也称电力晶体管,是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管。它是一种电流控制型的全控开关器件。GTR具有自关断能力,并具有饱和压降低、开关时间短和安全工作区宽等特点。
图8-5GTR的结构和电气图形符号图8-6达林顿晶体管

GTR必须有连续的基极驱动电流才能维持其导通,当驱动电流消失,它则立即自动关断。因此,GTR属于电流控制型的全控型半导体器件。
对达林顿结构的GTR管进行封装,引出电极,便成为模块结构的器件,可以制成单管、双管、四管和六管模块(如图8-7所示)形式。
(a)单管模块(b)双管模块(c)四管模块(d)六管模块
图8-7模块化GTR的内部简化图

在电力电子电路中,GTR多工作在开关状态,应避免其进入线性放大区。GTR的通断由基极电流IB控制,对基极电流(即驱动电流)有以下要求:
(1)控制开通GTR时,驱动电流前沿要陡(小于1ms),并有一定的过冲电流,以缩短开通时间,减小开通损耗;
(2)GTR导通后,应相应减小驱动电流,使GTR处于准饱和导通状态,且使之不进入放大区和深饱和区,以降低驱动功率;
(3)GTR关断时,应迅速加上足够大的反向基极电流,迅速抽取基区的剩余载流子,确保GTR快速关断,并减小关断损耗;
(4)当GTR处于阻断状态时,最好在其基极-发射极之间加一定的反向电压,增加GTR的阻断能力和防止误导通;
(5)GTR的驱动电路要具有自动保护功能,以便在故障状态下能快速自动切除基极驱动信号,避免GTR遭受损坏。

(功率MOSFET)
功率场效应晶体管(PowerMOSFET,功率MOSFET)是通过利用栅极电压控制器件的截止或导通,利用多数载流子导电的单极型场控器件。
除与GTR一样具有自关断能力外,它还有驱动功率小、开关速度快、工作频率高、热稳定性好、无二次击穿问题、安全工作区宽等优点。
功率MOSFET的种类和结构繁多,按导电沟道极性可分为N沟道和P沟道,

按导电沟道形成时栅极电压是否为零可分为耗尽型和增强型。当栅极电压为零时,漏源极之间存在导电沟道的称为耗尽型;对于N(P)沟道器件,栅极电压大于(小于)零时才存在导电沟道的称为增强型。
功率MOSFET的转移特性:功率MOSFET的输出特性:

(IGBT)
绝缘栅双极型功率晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)是集MOSFET和GTR的优点于一身的新型复合型器件。
IGBT综合了功率晶体管GTR的饱和压降低,载流密度大,MOSFET的输入阻抗高,驱动功率很小,开关速度快,热稳定性好的优点,其驱动功率小而饱和压降低。由于性能好,价格不高,2GBT的应用领域不断扩大,在中小功率领域有取代GTR、MOSFET的趋势,在大功率领域也在不断挤占GTO的市场。

(a)IGBT的结构(b)IGBT的简化等效电路(c)IGBT的电气图形符号
图8-12IGBT的结构、简化等效电路及电气图形符号
IGBT的驱动原理与功率MOSFET相同,也是一种场控器件。

(a)转移特性(b)输出特性
图8-13IGBT的主要特性