理论教育 分析5.6.1触发过程的物理现象及参数

分析5.6.1触发过程的物理现象及参数

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据触发电信号不同,触发又分电压型和电流型触发。图5-39 SCR的电流 型触发电路上式对SCR、GTO和IGCT都一样。GTO没有阴极短路情况时需要较大的抗干扰能力。需要注意的是,触发的静态和动态特性不一样。MOSFET栅极触发动态过程总虽然没有传导电流,但存在位移电流。

分析5.6.1触发过程的物理现象及参数

电力电子半导体器件的触发过程是一种电信号控制功率的过程,也可以称之为是一种功率放大过程,与微电子学里学过的晶体管放大过程不同,前者为功率放大,后者为信号放大。弱电控制中,触发指令是信号源,器件把信号放大(称为有源器件,亦叫主动器件,RLC称为无源器件或被动器件)。在强电的电子控制中,触发指令是开关源,出于对效率的考虑,器件工作在(饱和)开关状态,器件起功率放大的作用。

根据触发电信号不同,触发又分电压型和电流型触发。一般地,场控型的驱动功率要求较低,驱动速度较快,也就是说开关频率可以很高,如功率MOS-FET、IGBT、IGCT等这些单极型器件或者含有单极型部分的混合器件都属于电压型触发的器件。而电流型触发则依靠控制电流信号的大小来控制器件开关特性,一般要求驱动功率较大,驱动速度较慢,开关频率不高,如BJT、SCR和GTO等器件,它们都属于电流型触发器件。本节讨论的均为电触发,不包括光触发和热触发。一般光隔离有两种含义:(1)光耦合电隔离,(2)直接光触发。热触发即有热敏晶闸管等。表5-4为一些典型的电力半导体器件依据电压型和电流型驱动进行分类。

表5-4 电压和电流型驱动的器件分类

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描述触发过程的基本参数主要有:

1.可触发门极电流(电压)——临界值阈值IgUg

一个晶闸管的触发瞬间如图5-39所示,其中有

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式中 Igk——有效触发电流;

IGK——保护性触发电流;(www.daowen.com)

Ig——可触发电流。

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图5-39 SCR的电流 型触发电路

上式对SCR、GTO和IGCT都一样。区别在于igk不同。晶闸管情况下,α1=0.68左右,则α2>0.32(或0.5)。

2.不可触发门极电流(保护性触发电流IGK

IGK越大,触发电路抗du/dt干扰能力越强。选择SCR的原则为:不可触发电流大。对于GTO一般有:α1=0.2-0.3,α2=0.7-0.85,α2越大,对GTO关断越敏感。则GTO设计思想是让α2尽量大,同时使α1+α2刚好等于1。GTO没有阴极短路情况时需要较大的抗干扰能力。

3.MOS栅极结构的触发电压阈值

MOSFET或IGBT的触发电压阈值定义为沟道的近表面层发生强反型的临界电压,为使沟道电阻小,应设计为短沟道。或者提高栅极电压,使沟道载流子浓度增加。需要注意的是,触发的静态和动态特性不一样。MOSFET栅极触发动态过程总虽然没有传导电流,但存在位移电流。给MOSFET结电容的充放电过程中,串联在栅极上的驱动电阻中产生损耗,同时位移电流在绝缘层中也会产生一定损耗。

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