IG=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态：正向电压超过正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通：随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。（2）反向特性。反向阻断状态时，只有极小的反向漏电流流过；当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。1.3.3晶闸管的主要参数1）断态重复峰值电压UDRM在门极断路而结温为额定值时，充许重复加在器件上的正向峰值电压。2）反向重复峰值电压URRM在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。3）通态（峰值）电压U斤一晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。>通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压：选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍。4）维持电流IH：使晶闸管维持导通所必需的最小电流。5）擎住电流IL：晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说，通常IL约为I的2~4倍。6）浪涌电流ITSM:指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。7）通态平均电流IT(AV)使用时应按实际电流与通态平均电流所造成的发热效应相等，即有效值相等的原则来选取晶闸管。应留一定的裕量，一般取1.5~2倍。作业和思考题：P42习题4、5教学反思：8
8 IG=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态；正 向电压超过正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通；随着门极电流幅值的增 大，正向转折电压降低。 （2）反向特性。 反向阻断状态时，只有极小的反向漏电流流过；当反向电压达到反向击穿电压后， 可能导致晶闸管发热损坏。 1.3.3 晶闸管的主要参数 1）断态重复峰值电压UDRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。 2）反向重复峰值电压URRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。 3）通态（峰值）电压UT ——晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。 通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压； 选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍。 4） 维持电流 IH ：使晶闸管维持导通所必需的最小电流。 5）擎住电流 IL :晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通所需的 最小电流。对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。 6）浪涌电流ITSM: 指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最 大正向过载电流 。 7）通态平均电流 IT(AV) 使用时应按实际电流与通态平均电流所造成的发热效应相等 ，即有效值相等的原 则来选取晶闸管。应留一定的裕量，一般取1.5~2倍。 作业和思考题：P42 习题 4、5 教学反思：
电力电子技术课程教案第4 讲课时2理论课M课程类别实训课口实验课口习题课口其他口安排授课题目2.4典型全控型器件教学目的、要求1.熟悉可关断晶闸管（GTO）的结构和工作原理，了解有关特性和参数：2.熟悉电力晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（P-MOSFET）的结构和工作原理。教学重点及难点重点：熟悉GTR、P-MOSFET、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的结构及其工作原理；难点：上述各种器件的导通和关断过程分析。方法及手教学过程段导入：多媒体复习回顾：1.晶闸管的额定电流如何计算？2.晶闸管的主要参数有哪些？3、与普通晶闸管相比较，对GTO的结构、工作原理进行比较分析。举例讲解新授：1.4典型全控型器件门极可关断晶闸管（GTO）在20世纪80年代问世，是晶闸管的一种派生器件，标志电力电子技术进入了一个薪新时代，典型代表包括门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。1.4.1门极可关断晶闸管（1）主要特点：>可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断>GTO的电压、电流容量较大。（2）结构：（与普通晶闸管相比）>相同点：PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。>不同点：GTO是一种多元的功率集成器件。（3）工作原理：普通晶闸管一样，可以用图所示的双晶体管模型来分析。1.4.2电力晶体管>电力晶体管（GiantTransistor一GTR，直译为巨型晶体管）；>耐高电压、大电流的双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor一一BJT)，英文有时候也称为PowerBJT。>应用：20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代。9
9 电力电子技术 课程教案 第 4 讲 课程类别 理论课√ 实训课□ 实验课□ 习题课□ 其他□ 课时 安排 2 授课题目 2.4 典型全控型器件 教学目的、要求 1．熟悉可关断晶闸管（GTO）的结构和工作原理，了解有关特性和参数； 2．熟悉电力晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（P-MOSFET）的结构和工作原理。 教学重点及难点 重点：熟悉 GTR、P-MOSFET、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的结构及其工作原理； 难点：上述各种器件的导通和关断过程分析。 教 学 过 程 方法及手 段 导入： 复习回顾： 1．晶闸管的额定电流如何计算？2．晶闸管的主要参数有哪些？3、与普通晶闸管 相比较，对 GTO 的结构、工作原理进行比较分析。 新授： 1.4 典型全控型器件 门极可关断晶闸管（GTO）在20世纪80年代问世，是晶闸管的一种派生器件，标 志电力电子技术进入了一个崭新时代，典型代表包括门极可关断晶闸管、电力晶体管、 电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。 1.4.1 门极可关断晶闸管 （1）主要特点： 可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断 GTO的电压、电流容量较大。 （2）结构：（与普通晶闸管相比） 相同点：PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。 不同点：GTO是一种多元的功率集成器件。 （3）工作原理：普通晶闸管一样，可以用图所示的双晶体管模型来分析。 1.4.2 电力晶体管 电力晶体管（Giant Transistor—GTR，直译为巨型晶体管）； 耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor——BJT），英 文有时候也称为Power BJT。 应用：20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被IGBT 和电力MOSFET取代。 多媒体 举例讲解
1.GTR的结构和工作原理（1）静态特性>共发射极接法时的典型输出特性：截止区、放大区和饱和区；>在电力电子电路中GTR工作在开关状态；t.放大区'ib3'b2'b1iini3截止区O0（2）动态特性>开通过程：延迟时间ta和上升时间tr，二者之和为开通时间ton。>关断过程：储存时间t.和下降时间t，二者之和为关断时间tof。GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多。（3）参数1）最高工作电压>GTR上电压超过规定值时会发生击穿：>击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关：>BUebo>BUcex>BUees>BUeer>Buceoo2）集电极最大耗散功率PcM>最高工作温度下充许的耗散功率。>一次击穿：集电极电压升高至击穿电压时，I迅速增大，只要I不超过限度，GTR般不会损坏，工作特性也不变。>二次击穿：一次击穿发生时，I突然急剧上升，电压陡然下降，常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变。1.4.3电力场效应晶体管通常主要指绝缘栅型中的MOS型（MetalOxideeSemiconductorFET），简称电力MOSFET(PowerMOSFET)。(1）结构os9GODP沟道N沟道b)a)截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零：P基区与N漂移区之间形成的PN结J反偏，漏源极之间无电流流过。导电：在栅源极间加正电压UGs当UGs大于UT时，P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结Ji消失，漏极和源极导电（2）特性>漏极电流Ip和栅源间电压UGs的关系称为MOSFET的转移特性。10
10 1．GTR的结构和工作原理 （1）静态特性 共发射极接法时的典型输出特性：截止区、放大区和饱和区； 在电力电子电路中GTR工作在开关状态； 截止区 放大区 饱和 区 O I c i b3 i b2 i b1 i b1<i b2<i b3 Uce 截止区 放大区 饱和 区 O I c i b3 i b2 i b1 i b1<i b2<i b3 Uce （2）动态特性 开通过程：延迟时间td和上升时间tr，二者之和为开通时间ton。 关断过程：储存时间ts和下降时间tf，二者之和为关断时间toff 。 GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多。 （3）参数 1）最高工作电压 GTR上电压超过规定值时会发生击穿； 击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关； BUcbo> BUcex> BUces> BUcer> Buceo。 2）集电极最大耗散功率PcM 最高工作温度下允许的耗散功率。 一次击穿：集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大，只要Ic不超过限度，GTR 一般不会损坏，工作特性也不变。 二次击穿：一次击穿发生时，Ic突然急剧上升，电压陡然下降，常常立即导致器 件的永久损坏，或者工作特性明显衰变。 1.4.3 电力场效应晶体管 通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET），简称电力 MOSFET（Power MOSFET）。 （1）结构 N+ G S D P沟道 b) N+ N- S G D P P N+ N+ N+ 沟道 a) G S D N沟道 截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零； P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。 导电：在栅源极间加正电压 UGS 当UGS大于UT时，P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道 而使PN结J1消失，漏极和源极导电 。 （2）特性 漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性
>ID较大时，ID与UGs的关系近似线性，曲线的斜率定义为跨导Gfs。 5450f非饱Us=8V4040和区4Us=7V30饱和区2020Uos-6VUas=-5V1010Uos-4V6810203040/5002U.40Uas-U-3VUGSV截止区UDs/Va)b)1.4.4绝缘栅双极晶体管（IGBT）（1）结构和工作原理oC发射极栅极eGEpDRViL1漂移区G-区GoANJPt十往入区IOEC集电极ab)c)>三端器件：栅极G、集电极C和发射极E；>N沟道VDMOSFET与GTR组合一N沟道IGBT；>IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区，具有很强的通流能力；>简化等效电路表明，IGBT是GTR与MOSFET组成的达林顿结构，一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管：>RN为晶体管基区内的调制电阻。>驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件通断由栅射极电压uGE决定：导通：UGE大于开启电压UGE(h)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通；通态压降：电导调制效应使电阻R减小，使通态压降减小：关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。（2）基本特性letIct有源区馆和U增加UGE(th)URM反向阻断区Uhar tiaUCE0UGe()o11
11 ID较大时，ID与UGS的关系近似线性，曲线的斜率定义为跨导Gfs。 0 10 20 30 50 40 2468 a) 10 20 30 50 40 0 b) 10 20 30 50 40 饱和区 非 饱 和 区 截止区 I D/A UT UGS/V UDS/V UGS=UT=3V UGS=4V UGS=5V UGS=6V UGS=7V UGS=8V ID/A 0 10 20 30 50 40 2468 a) 10 20 30 50 40 0 b) 10 20 30 50 40 饱和区 非 饱 和 区 截止区 I D/A UT UGS/V UDS/V UGS=UT=3V UGS=4V UGS=5V UGS=6V UGS=7V UGS=8V ID/A 1.4.4 绝缘栅双极晶体管（IGBT） （1）结构和工作原理 E G C N+ N- a) P N+ N+ P N+ N+ P+ 发射极 栅极 集电极 注入区 缓冲区 J 3 J 2 漂移区 J 1 G E C + - - + + - I D RN I C VJ1 I DRon b) G C c) 三端器件：栅极G、集电极C和发射极E； N沟道VDMOSFET与GTR组合——N沟道IGBT； IGBT比VDMOSFET多一层P+ 注入区，具有很强的通流能力； 简化等效电路表明，IGBT是GTR与MOSFET组成的达林顿结构，一个由MOSFET 驱动的厚基区PNP晶体管； RN为晶体管基区内的调制电阻。 驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件通断由栅射极电压uGE决定： 导通：uGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流， IGBT导通； 通态压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降减小； 关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极 电流被切断，IGBT关断。 （2）基本特性 O 有源区 正向阻断区 饱 和 区 反向阻断区 I C UGE(th) UGE O I C URM UFM UCE UGE(th) UGE增加 O 有源区 正向阻断区 饱 和 区 反向阻断区 I C UGE(th) UGE O I C URM UFM UCE UGE(th) UGE增加
作业和思考题：1、对比分析说明GTO、GTR、电力MOSFET、IGBT各自的优缺点及应用领域2、仿真分析电力MOSFET的开关特性。教学反思：采用对比学习法，注意总结12
12 作业和思考题： 1、对比分析说明 GTO、GTR、电力 MOSFET、IGBT 各自的优缺点及应用领域 2、仿真分析电力 MOSFET 的开关特性。 教学反思： 采用对比学习法，注意总结