全控型电力电子开关逐步取代半控型晶闸管

2014-7-30 06:57| 编辑:电工学习网| 查看: 7767| 评论: 0

　　50年代末出现的晶闸管标志着运动控制的新纪元。它是第一代电子电力器件，在我国至今仍广泛用于直流和交流传动控制系统。随着交流变频技术的兴起，相继出现了全控式器件―CTR、GTO、P-MOSEFT等。这是第二代电力电子器件。由于目前所能生产的电流/电压定额和开关时间的不同，各种器件各有其应用范围。
　　GTR的二次击穿现象以及其安全工作区受各项参数影响而变化和热容量小、过流能力低等问题，使得人们把主要精力放在根据不同的特性设计出合适的保护电路和驱动电路上，这也使得电路比较复杂，难以掌握。
　　GTO是一种用门极可关断的高压器件，它的主要缺点是关断增益低，一般为4～5，这就需要一个十分庞大的关断驱动电路，且它的通态压降比普通晶闸管高，约为Zv～4.5v，开通di/dt和关断dv/dt也是限制GTO推广运用的另一原因，前者约为500A/us，后者约为500V/us，这就需要一个庞大的吸收电路。
　　由于GIR、GTO等双极性全控性器件必须要有较大的控制电流，因而使门极控制电路非常庞大，从而促进厂新一代具有高输人阻抗的MOS结构电力半导体器件的一切。功率MOSFET是一种电压驱动器件，基本上不要求稳定的驱动电流，驱动电路只需要在器件开通时提供容性充电电流，而关断时提供放电电流即可，因此驱动电路很简单。它的开关时间很快，安全工作区十分稳定，但是P-MOSFET的通态电压降随着额定电压的增加而成倍增大，这就给制造高压P-MOSFET造成了很大困难。
　　IGBT是P-MOSFET工艺技术基础上的产物，它兼有MOSFET高输人阻抗、高速特性和GTR大电流密度特性的混合器件。其开关速度比P-MOSFET低，但比GTR快；其通态电压降与GTR相拟约为1.5V～3.5v，比P-MOSFET小得多，其关断存储时间和电流卜降时间为别为0.2us一04us和0.2us～1.5us，因而有较高的工作频率，它具有宽而稳定的安个工作区，较高的效率，驱动电路简单等优点。
　　MOS控制晶闸管（MCT）是一种在它的单胞内集成了MOSFET的品闸管，利用MOS门来控制品闸管的开通和关断，具有晶闸管的低通态电压降，但其工作电流密度远高IGBT和GTR，在理论上可制成几千伏的阻断电压和几十千赫的开关频率，且其关断增益极高。
　　IGBT和MGT这一类复合型电力电子器件可以称为第三代器件。在器件的复合化的同时，模块即把变换器的双臂、半桥乃至全桥组合在一起大规模生产的器件也已进入实用。在模块化和复合化思路的基础卜，其发展便是功率集成电路PIC（Powerl，lntegratcdCirrrrcute），在PIC，不仅主回路的器件，而且驱动电路、过压过流保护、电流检测甚至温度自动控制等作用都集成到一起，形成一个整体，这可以算作第四代电力电子器件。

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