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1、四种典型的全控型器件班级学号：112033309姓名：王振日期：2013.10.3四种典型的全控型器件全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件被称为全控型器件，又称为自关断器件。四种典型全控型器件：只在汽车点火装置和电视机行扫描电路中进行试用。自 70 年代中期开始，GTO 的研制取得突破，相继出世了1300V/600A、2500V/1000A、4500V/2400A 的产品，目前已达 9kV/25kA/800Hz 及6Hz/6kA/1kHz 的水平。(2)大功率晶体管（GTR）GTR 是一种电流控制的双极双结电力电子器件，产生于本世纪 70 年代，其门极可关断
2、晶闸管（Gate-Turn-Off ThyristorGTO） ，电力晶体管（ Giant Transistor-GTO） ，电力场效应晶体管（Power MOSFET） ，绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar Transistor IGBT） 。容量比较：（1）1964 年，美国第一次试制成功了 500V/10A 的 GTO。在此后的近 10 年内，GTO 的容量一直停留在较小水平，额定值已达1800V/800A/2kHz、1400v/600A/5kHz、600V/3A/100kHz。(3)功率 MOSFET 目前制造水平大概是 1kV/2A/2MHz 和 60V/2
3、00A/2MHz。(4)绝缘门极双极型晶体管（IGBT ）IGBT 是由美国 GE 公司和 RCA 公司于 1983 年首先研制的，当时容量仅500V/20A，且存在一些技术问题。目前，其研制水平已达 4500V/1000A。开关频率：GTO 的延迟时间一般为 12us; 下降时间一般小于 2us。GTR 的开关时间一般在几微秒以内，比晶闸管短很多，也短于 GTO。MOSFET 的开关时间一般在 10-100ns 之间。IGBT 的开关时间要低于电力 MOSFET。驱动方式和驱动功率：GTO：电流驱动型，驱动功率大。GTR：电流驱动型，驱动功率大。电力 MOSFET：电压驱动型， 驱动功率小。
4、IGBT：电压驱动型，驱动功率小。存在问题：GTO 缺点是：同样工作条件下擎住电流大。擎住电流指刚从断态转入通态并切除门极电流之后，能维持通态所需的最小阳极电流。关断脉冲对功率和负门极电流的上升率要求高。门控回路比较复杂。GTR 缺点是：开关比速度低，驱动电路复杂，存在二次击穿问题。MOSFET 缺点是：击穿电压低，工作电流小。 IGBT 的缺点是：K 开关速度低于电力 MOSFET,电压电流容量不及 GTO。最新发展：GTO:当前各种自关断器件中，GTO 容量最大、工作频率最低(12kHz)。GTO 是电流控制型器件，因而在关断时需要很大的反向驱动电流； GTO 通态压降大、dV/dT 及
5、di/dt 耐量低，需要庞大的吸收电路。目前， GTO 虽然在低于 2000V 的某些领域内已被 GTR 和 IGRT 等所替代，但它在大功率电力牵引中有明显优势； 今后，它也必将在高压领域占有一席之地。GTR:GTR 既具备晶体管的固有特性，又增大了功率容量，因此，由它所组成的电路灵活、成熟、开关损耗小、开关时间短，在电源、电机控制、通用逆变器等中等容量、中等频率的电路中应用广泛。GTR 的缺点是驱动电流较大、耐浪涌电流能力差、易受二次击穿而损坏。在开关电源和 UPS 内，GTR 正逐步被功率 MOSFET 和 IGBT 所代替。MOSFET:MOSFET 是一种电压控 制型单极晶体管，它是
6、通过栅极电压来控制漏极电流的，因而它的一个显著特点是驱动电路简单、驱动功率小； 仅由多数载流子导电，无少子存储效应，高频特性好，工作频率高达 100kHz 以上，为所有电力电子器件中频率之最，因而最适合应用于开关电源、高频感应加热等高频场合；没有二次击穿问题，安全工作区广，耐破坏性强。功率 MOSFET 的缺点是电流容量小、耐压低、通态压降大，不适宜运用于大功率装置。IGBT:IGBT 于 1986 年开始正式生产并逐渐系列化。至 90 年代初，IGBT 已开发完成第二代产品。目前，第三代智能 IGBT已经出现，科学家们正着手研究第四代沟槽栅结构的 IGBT。IGBT 可视为双极型大功率晶体管
7、与功率场效应晶体管的复合。通过施加正向门极电压形成沟道、提供晶体管基极电流使 IGBT 导通； 反之，若提供反向门极电压则可消除沟道、使 IGBT因流过反向门极电流而关断。IGBT 集 GTR 通态压降小、载流密度大、耐压高和功率 MOSFET 驱动功率小、开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好的优点于一身，因此备受人们青睐。它的研制成功为提高电力电子装置的性能，特别是为逆变器的小型化、高效化、低噪化提供了有利条件。 比较而言， IGBT 的开关速度低于功率MOSFET，却明显高于 GTR；IGBT 的通态压降同 GTR 相近，但比功率 MOSFET 低得多；IGBT 的电流、电压等级与 GTR 接近，而比功率 MOSFET 高。目前，其研制水平已达 4500V/1000A。由于 IGBT 具有上述特点，在中等功率容量(600V 以上)的UPS、开关电源及交流电机控制用 PWM 逆变器中， IGBT 已逐步替代 GTR 成为核心元件。另外，IR 公司已设计出开关频率高达 150kHz 的 WARP 系列400600VIGBT，其开关特性与功率 MOSFET 接近，而导通损耗却比功率 MOSFET低得多。该系列 IGBT 有望在高频 150kHz 整流器中取代功率 MOSFET，并大大降低开关损耗。
