第一篇：江南大學(xué)電力電子技術(shù)考試重點(diǎn)總結(jié)

第二章 電力電子器件

1.通態(tài)損耗是電力電子器件功率損耗的主要成因。

2.電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中，一般是由控制電路，驅(qū)動(dòng)電路，和以電力電子器件為核心的主電路組成一個(gè)系統(tǒng)。

3.按照電力電子器件能夠被控制電路信號(hào)所控制程度，可以將電力電子器件分為以下三類：①通過控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷的電力電子器件被稱為半控型器件。這類器件主要指晶閘管及其大部分派生器件，器件的關(guān)斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。

②通過控制信號(hào)既可以控制其導(dǎo)通，又可以控制其關(guān)斷的電力電子器件被稱為全控型器件。目前最常用的是：絕緣柵雙極晶體管（IGBT）和電力場效應(yīng)晶體管（電力MOSFET）。③也有不能用控制信號(hào)來控制其通斷的電力電子器件，因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路，這就是電力二極管，又被稱為不可控器件。

4.按照驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的信號(hào)的性質(zhì)，可以將電力電子器件（二極管除外）分為電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型兩類。

5.根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間有效信號(hào)波形，又可將電力電子器件（電力二極管除外）分為脈沖觸發(fā)型和電平觸發(fā)型兩類。

6.此外，電力電子器件還可以按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為單極型器件，雙極型器件和復(fù)合型器件。

7.電力二極管的主要參數(shù)：正向平均電流IF（AV），正向壓降UF，反向重復(fù)峰值電壓URRM，最高工作結(jié)溫TJM，反向恢復(fù)時(shí)間trr，浪涌電流IFSM 8.晶閘管正常工作時(shí)特性如下：

①當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，無論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。②當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下，晶閘管才能導(dǎo)通。

③晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用，無論門極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導(dǎo)通。

④若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。9.晶閘管的主要參數(shù)：（了解）電壓定額：

①斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM ②反向重復(fù)峰值電壓URRM ③通態(tài)電壓UTM

額定電壓一般為晶閘管正常工作時(shí)所承受的峰值電壓2~3倍。電流定額：

①通態(tài)平均電流IT（AV）②維持電流IH ③擎住電流IL ④浪涌電流ITSM

第四章 逆變電路

1.換流方式分類： 一般來說，換流方式可分為以下幾種：①器件換流；利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流，稱為器件換流。②電網(wǎng)換流；由電網(wǎng)提供換流電壓稱為電網(wǎng)換流。③負(fù)載換流；由負(fù)載提供換流電壓稱為負(fù)載換流。④強(qiáng)迫換流；設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反向電壓或反向電流的換流方式稱為強(qiáng)迫換流。2.電壓型逆變電路有以下主要特點(diǎn)：

①直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。

②由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況不同而不同。③當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。3.電流型逆變電路有以下主要特點(diǎn)：

①直流側(cè)串聯(lián)大電感，相當(dāng)于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。②電路中開關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。

③當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用。另外因?yàn)榉答仧o功能量時(shí)直流電流并不反向，因此不必像電壓型逆變電路那樣給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。

第五章 直流—直流變流電路

1.基本斬波電路分為：降壓斬波電路，升壓斬波電路，升降壓斬波電路。（需清楚其工作原理及相關(guān)公式）

2.根據(jù)對(duì)輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路可有三種控制方式： ①保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton 稱為脈沖寬度調(diào)制。

②保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton不變，改變開關(guān)周期T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。③ton和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。其中方式①應(yīng)用最多。

2.升壓斬波電路的基本原理：P123

3.升壓斬波電路之所以能使輸出電壓高于電源電壓，關(guān)鍵原因有兩個(gè)，一是電感L儲(chǔ)能之后具有使電壓泵深的作用，二是電容C可將輸出電壓保持住。4.升壓斬波電路的原理：P126

第六章 交流—交流交流電路

1.通過對(duì)晶閘管的控制就可以控制交流輸出。這種電路不改變交流電的頻率，稱為交流電力控制電路。在每半個(gè)周波內(nèi)，通過對(duì)晶閘管開通相位的控制，可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調(diào)壓電路。以交流電的周期為單位，控制晶閘管的通斷，改變通態(tài)周期數(shù)和斷態(tài)周期數(shù)的比，可以方便地調(diào)節(jié)輸出功率的平均值，這種電路稱為交流調(diào)功電路。

2.P150—P151選擇題

3.電網(wǎng)頻率為50HZ時(shí)，交—交變頻電路的輸出上限頻率約為20HZ。

第七章 PWM控制技術(shù)

1.面積等效原理 ：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加上具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。

2.如果給出了逆變電路的正弦波輸出頻率，幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)，PWM波形中各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來，按照計(jì)算結(jié)果控制逆變電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形，這種方法稱之為計(jì)算法。與計(jì)算法相對(duì)應(yīng)的是調(diào)制法，即把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接收調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過信號(hào)波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。

3.根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式，可分為異步調(diào)制和同步調(diào)制兩種。

異步調(diào)制：是指載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步的調(diào)制方式。

同步調(diào)制：載波比N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步的方式。

第九章 電力電子器件應(yīng)用的共性問題

1.電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路和控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)裝置的性能有很大的影響。2.晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：

①觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。②觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的弧度。

③所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管門極的電壓，電流和功率定額，且在門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。

④應(yīng)有良好的抗干擾性能，溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。

3.電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因，包括：操作過電壓和雷擊過電壓。內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，包括換相過電壓以及關(guān)斷過電壓。4.過電流：過載和短路

5.緩沖電路：又稱為吸收電路。其作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過電壓du/dt或者過電流di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。

緩沖電路可分為關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路，關(guān)斷緩沖電路又稱為du/dt抑制電路，用于吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗，開通緩沖電路又稱為di/dt抑制電路，用于抑制器件開通時(shí)電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。可將關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路結(jié)合在一起，稱為復(fù)合緩沖電路。其他分類方法：緩沖電路中儲(chǔ)能元件的能量如果消耗在其吸收電阻上，則被成為耗能式緩沖電路；如果緩沖電路能將其儲(chǔ)能元件的能量回饋給負(fù)載或電源，則被成為饋能式緩沖電路或稱無損吸收電路

第二篇：電力電子技術(shù)課程重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1.解釋GTO、GTR、電力MOSFET、BJT、IGBT，以及這些元件的應(yīng)用范圍、基本特性。2.解釋什么是整流、什么是逆變。

3.解釋PN結(jié)的特性，以及正向偏置、反向偏置時(shí)會(huì)有什么樣的電流通過。

4.肖特基二極管的結(jié)構(gòu)，和普通二極管有什么不同？ 5.畫出單相半波可控整流電路、單相全波可控整流電路、單相整流電路、單相橋式半控整流電路電路圖。6.如何選配二極管（選用二極管時(shí)考慮的電壓電流裕量）

7.單相半波可控整流的輸出電壓計(jì)算（P44）8.可控整流和不可控整流電路的區(qū)別在哪？

9.當(dāng)負(fù)載串聯(lián)電感線圈時(shí)輸出電壓有什么變化？（P45）

10.單相橋式全控整流電路中，元件承受的最大正向電壓和反向電壓。

11.保證電流連續(xù)所需電感量計(jì)算。

12.單相全波可控整流電路中元件承受的最大正向、反向電壓（思考題，書上沒答案，自己試著算）13.什么是自然換相點(diǎn)，為什么會(huì)有自然換相點(diǎn)。14.會(huì)畫三相橋式全控整流電路電路圖，波形圖（P56、57、P58、P59、P60，對(duì)比著記憶），以及這些管子的導(dǎo)通順序。

15.三相橋式全控整流輸出電壓、電流計(jì)算。16.為什么會(huì)有換相重疊角？換相壓降和換相重疊角計(jì)算。

17.什么是無源逆變？什么是有源逆變？ 18.逆變產(chǎn)生的條件。

19.逆變失敗原因、最小逆變角如何確定？公式。做題：P95：1 3 5 13 16 17，重點(diǎn)會(huì)做 27 28，非常重要。

20.四種換流方式，實(shí)現(xiàn)的原理。

21.電壓型、電流型逆變電路有什么區(qū)別？這兩個(gè)圖要會(huì)畫。

22.單相全橋逆變電路的電壓計(jì)算。P102 23.會(huì)畫buck、boost電路，以及這兩種電路的輸出電壓計(jì)算。

24.這兩種電路的電壓、電流連續(xù)性有什么特點(diǎn)？ 做題，P138 2 3題，非常重要。25.什么是PWM,SPWM。

26.什么是同步調(diào)制？什么是異步調(diào)制？什么是載波比，如何計(jì)算？

27.載波頻率過大過小有什么影響？ 28.會(huì)畫同步調(diào)制單相PWM波形。29.軟開關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理。

30.電力電子器件的保護(hù)方法有哪幾種？

31.了解晶閘管、電力MOSFRT、IGBT的并聯(lián)技術(shù)。

第三篇：電力電子技術(shù)總結(jié)

電力電子技術(shù)總結(jié)

1晶閘管是三端器件，三個(gè)引出電極分別是陽極，門極和陰極。2單向半波可控整流電路中，控制角α最大移相范圍是0~180°

3單相半波可控整流電路中，從晶閘管開始導(dǎo)通到關(guān)斷之間的角度是導(dǎo)通角 4在電感性負(fù)載三相半波可控整流電路中，晶閘管承受的最大正向電壓為√6U2 5在輸入相同幅度的交流電壓和相同控制角的條件下，三相可控整流電路與單相可控整流電路比較，三相可控可獲得較高的輸出電壓

6直流斬波電路是將交流電能轉(zhuǎn)化為直流電能的電路

7逆變器分為有源逆變器和無源逆變器8大型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)處于滅磁運(yùn)行時(shí)，三相全控橋式變流器工作于有源逆變

9斬波器的時(shí)間比控制方式分為點(diǎn)寬調(diào)頻，定頻調(diào)寬，調(diào)寬調(diào)頻三種 10 DC/DC變換的兩種主要形式為斬波電路控制型和直交直電路 11在三相全控橋式變流電路中，控制角和逆變角的關(guān)系為α+β=π

12三相橋式可控整流電路中，整流二極管在每個(gè)輸入電壓基波周期內(nèi)環(huán)流次數(shù)為6次 13在三相全控橋式整流逆變電路中，直流側(cè)輸出電壓Ud=-2.34U2cosβ 14在大多數(shù)工程應(yīng)用中，一般取最小逆變角β的范圍是β=30° 15在橋式全控有源逆變電路中，理論上你逆變角β的范圍是0~30° 16單相橋式整流電路能否用于有源逆變電路中 是

17改變SPWM逆變器中的調(diào)制比，可以改變輸出電壓的幅值 電流型逆變器中間直流環(huán)節(jié)貯能元件是大電感

19三相半波可控整流電路能否用于有源逆變電路中？ 能

20在三相全控整流電路中交流非線性壓敏電阻過電壓保護(hù)電路的連接方式有星型和三角形 21抑制過電壓的方法之一是用儲(chǔ)能元件吸收可能產(chǎn)生過電壓的能量，并用電阻將其消耗 22為了利用功率晶閘管的關(guān)斷，驅(qū)動(dòng)電流后延應(yīng)是一個(gè)負(fù)脈沖 180°導(dǎo)電型電壓源型三相橋式逆變電路，其換相是在同一橋臂的上下兩個(gè)開關(guān)元件之間進(jìn)行

24改變SPWM逆變器的調(diào)制波頻率，可以改變輸出電壓的基波頻率。

25恒流驅(qū)動(dòng)電路中抗飽和電路的主要作用是減小器件的存儲(chǔ)時(shí)間，從而加快關(guān)斷時(shí)間。26在三相全控橋式整流電路單脈沖觸發(fā)方式中，要求脈沖寬度大于60° 27整流電路的總的功率因數(shù)P/S 28 PWM跟蹤控制法的常用的有滯環(huán)比較方式和三角波比較方式

29單相PWM控制整流電路中，電源IsY與Us完全相位時(shí)，該電路工作在整流狀態(tài) 30 PWM控制電路中載波比為載波頻率與調(diào)制信號(hào)之比 Fc/Fr 31電力電子就是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，主要用于電力變換。分為電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)

32電力電子系統(tǒng)由主電路，控制電路，檢測電路，驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路組成。33整流電路：將交流電能變成直流電能供給直流用電設(shè)備的變流裝置。34逆變電路定義：把直流電逆變?yōu)榻涣麟姷碾娐?/p>

35有源逆變電路：將交流側(cè)和電網(wǎng)連接時(shí)的逆變電路，實(shí)質(zhì)是整流電路形式。36無源逆變電路：將交流側(cè)不與電網(wǎng)連接，而直接接到負(fù)載的電路。逆變電路分類：為電壓型逆變電路（直流側(cè)為電壓源）和電源型逆變電路（直流側(cè)為電流源）38 PWM控制定義：脈沖寬度控制技術(shù)39 SPWM波形：PWM波形脈沖寬度按正弦規(guī)律變化，與正弦波等效時(shí)。40異步調(diào)制：載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步的調(diào)制方式，即N值不斷變化。

41控制方式：保持載波頻率Fc固定不變，這樣當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率Fr變化時(shí)，載波比N試變化的

42同步調(diào)制：在逆變器輸出變頻工作時(shí)，使載波與調(diào)制信號(hào)波保持同步的調(diào)制方式，即改變調(diào)制信號(hào)波頻率的同時(shí)成正比的改變載波頻率，保持載波比N等于常數(shù)。

43分段同步調(diào)制：把逆變電路的輸出頻率范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)保持載波比N為恒定，不同頻段內(nèi)的載波比不同。

第四篇：電力電子技術(shù)第二章總結(jié)

2016 電力電子技術(shù)

作業(yè)：第二章總結(jié)

班級(jí)：XXXXXX學(xué)號(hào)：XXXXXXX姓名：XXXXXX 第二章電力電子器件 總結(jié) 1.概述

不可控器件——電力二極管(Power Diode)GPD FRD SBD 半控型器件——晶閘管(Thyristor)FST TRIAC LTT 典型全控型器件 GTO GTR MOSFET IGBT 其他新型電力電子器件 MCT SIT SITH IGCT 功率集成電路與集成電力電子模塊 HVIC SPIC IPM 1.1相關(guān)概念

主電路(Main Power Circuit):在電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中,直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路? 電力電子器件(Power Electronic Device)是指可直接用于處理電能的主電路中,實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件?

1.2特點(diǎn)

電功率大,一般都遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件? 一般都工作在開關(guān)狀態(tài)?

由信息電子電路來控制 ,而且需要驅(qū)動(dòng)電路(主要對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行放大)? 功率損耗大,工作時(shí)一般都需要安裝散熱器?

通態(tài)損耗,斷態(tài)損耗,開關(guān)損耗(開通損耗 關(guān)斷損耗)開關(guān)頻率較高時(shí),可能成為器件功率損耗的主要因素?

電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成

一般是由控制電路?驅(qū)動(dòng)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個(gè)系統(tǒng)? 關(guān)鍵詞 電力電子系統(tǒng) 電氣隔離 檢測電路 保護(hù)電路 三個(gè)端子

1.3電力電子器件的分類 按能夠被控制電路信號(hào)控制的程度不同可分為 半控型器件(開通可控,關(guān)斷不可控)全控型器件(開通,關(guān)斷都可控)不可控器件(開通,關(guān)斷都不可控)按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)不同可分為 電流驅(qū)動(dòng)型 電壓驅(qū)動(dòng)型

按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形(電力二極管除外)不同可分為 脈沖觸發(fā)型 電平控制型

按照載流子參與導(dǎo)電的情況不同可分為 單極型器件(由一種載流子參與導(dǎo)電)雙極型器件(由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電)復(fù)合型器件(由單極型器件和雙極型器件集成混合而成,也稱混合型器件)關(guān)鍵詞 控制的程度 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)?波形 載流子參與導(dǎo)電的情況 工作原理 基本特性 主要參數(shù)

2不可控器件——電力二極管(Power Diode)2.1結(jié)構(gòu)與工作原理

電力二極管實(shí)際上是由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的?

PN節(jié)(PN junction):采用不同的摻雜工藝,通過擴(kuò)散作用,將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊半導(dǎo)體(通常是硅或鍺)基片上,在它們的交界面就形成空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)?

N型半導(dǎo)體(N為Negative的字頭,由于電子帶負(fù)電荷而得此名):即自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體?

P型半導(dǎo)體(P為Positive的字頭,由于空穴帶正電而得此名):即空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體?

正向電流IF :當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓(正向偏置)時(shí),在外電路上則形成自P區(qū)流入而從N區(qū)流出的電流?

反向截止?fàn)顟B(tài):當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時(shí)(反向偏置)時(shí),反向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為高阻態(tài),幾乎沒有電流流過的狀態(tài)?

反向擊穿:PN結(jié)具有一定的反向耐壓能力,但當(dāng)施加的反向電壓過大,反向電流將會(huì)急劇增大,破壞PN結(jié)反向偏置為截止的工作狀態(tài)?雪崩擊穿 齊納擊穿(可以恢復(fù))熱擊穿(不可恢復(fù))P-i-N結(jié)構(gòu) 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)(Conductivity Modulation):當(dāng)正向電流較小時(shí),管壓降隨正向電流的上升而增加;當(dāng)正向電流較大時(shí),電阻率明顯下降,電導(dǎo)率大大增加的現(xiàn)象? 關(guān)鍵詞 少子 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 空間電荷區(qū)(耗盡層?阻擋區(qū)?勢壘區(qū))結(jié)電容CJ:PN結(jié)中的電荷量隨外加電壓而變化,呈現(xiàn)電容效應(yīng)?(微分電容)擴(kuò)散電容CD:擴(kuò)散電容僅在正向偏置時(shí)起作用?正向電壓較高時(shí),擴(kuò)散電容為結(jié)電容主要成分? 勢壘電容CB:勢壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用,外加電壓頻率越高,勢壘電容作用越明顯?在正向偏置時(shí),當(dāng)正向電壓較低時(shí),勢壘電容為主?

作用:結(jié)電容影響PN結(jié)的工作頻率,特別是在高速開關(guān)的狀態(tài)下,可能使其單向?qū)щ娦宰儾?甚至不能工作?

2.2基本特性

靜態(tài)特性(伏安特性)門檻電壓UTO 正向電壓降UF

反向漏電流是由少子引起的微小而數(shù)值定? 動(dòng)態(tài)特性

結(jié)電容 零偏置,正向偏置,反向偏置 不能立即轉(zhuǎn)換狀態(tài) 過渡過程

正向偏置時(shí)

延遲時(shí)間:td=t1-t0

電流下降時(shí)間:tf = t2-t1 反向恢復(fù)時(shí)間:trr= td + tf

恢復(fù)特性的軟度:Sr= tf / td,或稱恢復(fù)系數(shù),Sr越大恢復(fù)特性越軟?

由零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置

過沖UFP : 原因:1)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用所需的大量少子需要一定的時(shí)間來儲(chǔ)存,在達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通之前管壓降較大?2)正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降?電流上升率越大,UFP越高?

正向恢復(fù)時(shí)間:tfr

2.3主要參數(shù)

正向平均電流IF(AV)正向壓降UF 反向重復(fù)峰值電壓URRM 最高工作結(jié)溫TJM 反向恢復(fù)時(shí)間trr 浪涌電流IFSM

2.4主要類型

普通二極管(General Purpose Diode)快恢復(fù)二極管(Fast Recovery Diode,FRD)肖特基二極管(Schottky Barrier Diode, SBD)3半控型器件——晶閘管(Silicon Controlled Rectifier,SCR)3.1結(jié)構(gòu)和工作原理

內(nèi)部是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)如圖a)P1 區(qū)引出陽極A?N2 區(qū)引出陰極K? P2 區(qū)引出門極G 工作原理可以用雙晶體管模型解釋如右圖b)?

工作過程關(guān)鍵詞: IG V2 Ic2 Ic1 正反饋 觸發(fā) 門觸發(fā)電路

其他幾種可能導(dǎo)通的情況

陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng) 陽極電壓上升率du/dt過高 光觸發(fā) 結(jié)溫較高 只有門極觸發(fā)是最精確?迅速而可靠的控制手段?

3.2基本特性

靜態(tài)特性

正常工作特性

當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí),不論門極是否有觸發(fā)電流,晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通 ? 當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí),僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通 ?

晶閘管一旦導(dǎo)通,門極就失去控制作用,不論門極觸發(fā)電流是否還存在,晶閘管都保持導(dǎo)通 ? 若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷,只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下? 伏安特性

如右圖所示 包括正向特性和反向特性

正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo 維持電流IH

反向最大瞬態(tài)電壓URSM 反向重復(fù)峰值電壓URRM 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM 斷態(tài)最大瞬時(shí)電壓UDSM

動(dòng)態(tài)特性

如右圖所示

延遲時(shí)間td(0.5~1.5?s)上升時(shí)間tr(0.5~3?s)開通時(shí)間tgt=td+tr 反向阻斷恢復(fù)時(shí)間trr 正向阻斷恢復(fù)時(shí)間tgr 關(guān)斷時(shí)間tq=trr+tgr

3.3主要參數(shù)(包括電壓定額和電流定額)電壓定額

斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM 反向重復(fù)峰值電壓URRM 通態(tài)(峰值)電壓UT

通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓?選用時(shí),一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓2~3倍? 電流定額

通態(tài)平均電流 IT(AV)維持電流IH 擎住電流 IL 浪涌電流ITSM 動(dòng)態(tài)參數(shù)

開通時(shí)間tgt和關(guān)斷時(shí)間tq 斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt 通態(tài)電流臨界上升率di/dt

3.4晶閘管的派生器件

快速晶閘管(Fast Switching Thyristor, FST)雙向晶閘管(Triode AC Switch——TRIAC or Bidirectional Triode Thyristor)逆導(dǎo)晶閘管(Reverse Conducting Thyristor, RCT)光控晶閘管(Light Triggered Thyristor, LTT)

典型全控型器件

4門極可關(guān)斷晶閘管(Gate-Turn-Off Thyristor, GTO)晶閘管的一種派生器件,但可以通過在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷,因而屬于全控型器件?

4.1結(jié)構(gòu)與工作原理

其結(jié)構(gòu)原理可以參考晶閘管 數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)小GTO單元

4.2基本特性

靜態(tài)特性和普通晶閘管類似 動(dòng)態(tài)特性

儲(chǔ)存時(shí)間ts 下降時(shí)間tf 尾部時(shí)間tt

4.3主要參數(shù)

最大可關(guān)斷陽極電流IATO 電流關(guān)斷增益?off 開通時(shí)間ton 關(guān)斷時(shí)間toff

5電力晶體管(Giant Transistor, GTR)5.1結(jié)構(gòu)和工作原理

與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的? 最主要的特性是耐壓高?電流大?開關(guān)特性好? 達(dá)林頓接法 單元結(jié)構(gòu) 并聯(lián) 三層半導(dǎo)體 兩個(gè)PN結(jié)

5.2基本特性

右圖所示

靜態(tài)特性

右圖所示 動(dòng)態(tài)特性

右圖所示

5.3主要參數(shù)

電流放大倍數(shù)? 直流電流增益hFE

集電極與發(fā)射極間漏電流Iceo 集電極和發(fā)射極間飽和壓降Uces 開通時(shí)間ton和關(guān)斷時(shí)間toff 最高工作電壓

BUceo:基極開路時(shí)集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓

實(shí)際使用GTR時(shí),為了確保安全,最高工作電壓要比BUceo低得多?集電極最大允許電流IcM

集電極最大耗散功率PcM

6電力場效應(yīng)晶體管(Metal Oxide Semiconductor FET, MOSFET)6.1結(jié)構(gòu)和工作原理

SDDGN+PN+N+溝道PN+N-GGN+SSDN溝道P溝道a)b)

6.3基本特性

圖1-19靜態(tài)特性

動(dòng)態(tài)特性

MOSFET的開關(guān)速度和其輸入電容的充放電有很大關(guān)系,可以降低柵極驅(qū)動(dòng)電路的內(nèi)阻Rs,從而減小柵極回路的充放電時(shí)間常數(shù),加快開關(guān)速度?

6.4主要參數(shù)

跨導(dǎo)Gfs?開啟電壓UT以及開關(guān)過程中的各時(shí)間參數(shù)?

漏極電壓UDS

漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM

柵源電壓UGS

極間電容 CGS?CGD和CDS?

漏源間的耐壓?漏極最大允許電流和最大耗散功率決定了電力MOSFET的安全工作區(qū)?

7絕緣柵雙極晶體管(Insulated-gate Bipolar Transistor, IGBT or IGT)綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點(diǎn) 場控器件

7.1結(jié)構(gòu)和工作原理

內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

其開通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓UGE決定的?

7.2基本特性

靜態(tài)特性 轉(zhuǎn)移特性 輸出特性 動(dòng)態(tài)特性

開通過程

開通延遲時(shí)間td(on)電流上升時(shí)間tr 電壓下降時(shí)間tfv 開通時(shí)間ton= td(on)+tr+tfv

tfv分為tfv1和tfv2兩段?

關(guān)斷過程

關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)電壓上升時(shí)間trv 電流下降時(shí)間tfi

關(guān)斷時(shí)間toff = td(off)+trv+tfi

tfi分為tfi1和tfi2兩段

7.3主要參數(shù)

最大集射極間電壓UCES 最大集電極電流 最大集電極功耗PCM

8其他新型電力電子器件

MOS控制晶閘管MCT 靜電感應(yīng)晶體管SIT 靜電感應(yīng)晶閘管SITH 集成門極換流晶閘管IGCT

基于寬禁帶半導(dǎo)體材料的電力電子器件

第五篇：電力電子技術(shù)課程總結(jié)

學(xué) 號(hào)：1111111111

Hefei University

功率變換技術(shù)課程綜述

報(bào)告題目：IGBT研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

專業(yè)班級(jí)： XXXXXXXXXXXX 學(xué)生姓名： XXX 教師姓名： ZZZZZ老師 完成時(shí)間： 2017年5月14日

IGBT研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

中 文 摘 要

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大；MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。

關(guān)鍵詞：IGBT；半導(dǎo)體；研究現(xiàn)狀；發(fā)展前景

Present situation and development trend of IGBT research

ABSTRACT IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), insulated gate bipolar transistor, is composed of BJT(bipolar transistor)and MOS(insulated gate FET)composite full controlled voltage composed of driven power semiconductor devices, has the advantages of high input impedance and low conductance GTR with MOSFET through the two aspects pressure drop.The GTR saturation voltage is reduced, the carrier current density is large, but the driving current is large.The driving power of MOSFET is very small and the switching speed is fast, but the turn-on voltage drop is large and the carrier current density is small.IGBT combines the advantages of the above two devices, small driving power and lower saturation voltage KEYWORD:IGBT;Semiconductor;Status;Development prospect.一、引言..............................................................................................................1

二、IGBT介紹.....................................................................................................1 2.1 什么是IGBT..........................................................................................1 2.2 IGBT的各種有關(guān)參數(shù)...........................................................................1 2.3驅(qū)動(dòng)方式及驅(qū)動(dòng)功率..............................................................................2

三、存在的問題....................................................................................................4

四、研究現(xiàn)狀........................................................................................................5

五、發(fā)展趨勢........................................................................................................6 參考文獻(xiàn)................................................................................................................7

一、引言

自20 世紀(jì)50 年代末第一只晶閘管問世以來, 電力電子技術(shù)開始登上現(xiàn)代電氣傳動(dòng)技術(shù)舞臺(tái), 以此為基礎(chǔ)開發(fā)的可控硅整流裝置, 是電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的一次革命, 使電能的變換和控制從旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組和靜止離子變流器進(jìn)入由電力電子器件構(gòu)成的變流器時(shí)代, 這標(biāo)志著電力電子的誕生。

進(jìn)入70 年代晶閘管開始形成由低電壓小電流到高電壓大電流的系列產(chǎn)品, 普通晶閘管不能自關(guān)斷的半控型器件, 被稱為第一代電力電子器件。隨著電力電子技術(shù)理論研究和制造工藝水平的不斷提高, 電力電子器件在容易和類型等方面得到了很大發(fā)展, 是電力電子技術(shù)的又一次飛躍, 先后研制出GTR.GTO, 功率MOSFET 等自關(guān)斷全控型第二代電力電子器件。而以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的第三代電力電子器件, 開始向大容易高頻率、響應(yīng)快、低損耗方向發(fā)展。

二、IGBT介紹

2.1 什么是IGBT 絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是在金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)和雙極晶體管(Bipolar)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型復(fù)合功率器件，具有MOS輸入、雙極輸出功能。IGBT集Bipolar器件通態(tài)壓降小、載流密度大、耐壓高和功率MOSFET驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快、輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)于一身。作為電力電子變換器的核心器件，為應(yīng)用裝置的高頻化、小型化、高性能和高可靠性奠定了基礎(chǔ)。

自IGBT商業(yè)化應(yīng)用以來，作為新型功率半導(dǎo)體器件的主型器件，IGBT在1—100kHz的頻率應(yīng)用范圍內(nèi)占據(jù)重要地位，其電壓范圍為600V—6500V，電流范圍為1A—3600A(140mm x 190mm模塊)。IGBT廣泛應(yīng)用于工業(yè)、4C(通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、汽車電子)、航空航天、國防軍工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域以及軌道交通、新能源、智能電網(wǎng)、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。采用IGBT進(jìn)行功率變換，能夠提高用電效率和質(zhì)量，具有高效節(jié)能和綠色環(huán)保的特點(diǎn)，是解決能源短缺問題和降低碳排放的關(guān)鍵支撐技術(shù)，因此被稱為功率變流產(chǎn)品的“CPU”、“綠色經(jīng)濟(jì)之核”。在未來很長一段時(shí)間內(nèi)，為適應(yīng)全球降低CO2排放的戰(zhàn)略需要，IGBT必將扮演更為重要的角色，是節(jié)能技術(shù)和低碳經(jīng)濟(jì)的重要支點(diǎn)。

2.2 IGBT的各種有關(guān)參數(shù)

2.2.1容量

低功率IGBT應(yīng)用范圍一般都在600V、1KA、1KHZ以上區(qū)域，為滿足家電行業(yè)的需求，ST半導(dǎo)體，三菱公司推出低功率IGBT產(chǎn)品，適用于微波爐，洗衣機(jī)等。而非傳統(tǒng)性IGBT采用薄片技術(shù)，在性能上高速，低損耗，在設(shè)計(jì)600V-1200V的IGBT時(shí)，其可靠性最高。2.2.2 開關(guān)頻率

IGBT的開通過程按時(shí)間可以分為四個(gè)過程，如下：第一：門射電壓Vge小于閥值電壓Vth時(shí)。其門極電阻RG和門射電容CGEI的時(shí)間常數(shù)決定這一過程。當(dāng)器件的集電極電流IC 和集射電壓VCE均保持不變時(shí)，CGEI就是影響其導(dǎo)通延遲時(shí)間tdon的唯一因素。第二：當(dāng)門射電壓Vge達(dá)到其閥值電壓時(shí)，開通過程進(jìn)入第二階段，IGBT開始導(dǎo)通，其電流上升速率dI/dt的大小與門射電壓Vge和器件的跨導(dǎo)gfs有如下關(guān)系：dIc/dt=gfs（Ic）＊dVge/dt。其中，dVge/dt由器件的門極電阻Rg和門射電容CGEI所決定（對(duì)于高壓型IGBT來說，門集電容Cgc可忽略不計(jì)）。第三：第三階段從集電極電流達(dá)到最大值ICmax。第四：通之后，器件進(jìn)入穩(wěn)定的導(dǎo)通狀態(tài)。

2.2.3 關(guān)斷過程

當(dāng)在柵極施加一個(gè)負(fù)偏壓或柵壓低于門限值時(shí)，溝道被禁止，沒有空穴注入N-區(qū)內(nèi)。在任何情況下，如果MOSFET電流在開關(guān)階段迅速下降，集電極電流則逐漸降低，這是因?yàn)閾Q向開始后，在N層內(nèi)還存在少數(shù)的載流子(少子)。這種殘余電流值(尾流)的降低，完全取決于關(guān)斷時(shí)電荷的密度，而密度又與幾種因素有關(guān)，如摻雜質(zhì)的數(shù)量和拓?fù)?，層次厚度和溫度。少子的衰減使集電極電流具有特征尾流波形，集電極電流引起以下問題：功耗升高；交叉導(dǎo)通問題，特別是在使用續(xù)流二極管的設(shè)備上，問題更加明顯。

鑒于尾流與少子的重組有關(guān)，尾流的電流值應(yīng)與芯片的溫度、IC 和VCE密切相關(guān)的空穴移動(dòng)性有密切的關(guān)系。因此，根據(jù)所達(dá)到的溫度，降低這種作用在終端設(shè)備設(shè)計(jì)上的電流的不理想效應(yīng)是可行的。

2.3驅(qū)動(dòng)方式及驅(qū)動(dòng)功率

2.3.1 柵極驅(qū)動(dòng)電壓

因IGBT柵極—發(fā)射極阻抗大，故可使用 MOSFET 驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但 IGBT 的輸入電容較MOSFET大，所以IGBT的驅(qū)動(dòng)偏壓應(yīng)比MOSFET 驅(qū)動(dòng)所需偏壓強(qiáng)。在+20℃情況下，實(shí)測60 A，1200 V 以下的 IGBT 開通電壓閥值為5～6 V，在實(shí)際使用時(shí)，為獲得最小導(dǎo)通壓降，應(yīng)選取Ugc≥(1.5～3)Uge(th)，當(dāng)Uge 增

加時(shí)，導(dǎo)通時(shí)集射電壓Uce將減小，開通損耗隨之減小，但在負(fù)載短路過程Uge 增加，集電極電流Ic也將隨之增加，使得 IGBT 能承受短路損壞的脈寬變窄，因此Ugc的選擇不應(yīng)太大，這足以使 IGBT 完全飽和，同時(shí)也限制了短路電流及其所帶來的應(yīng)力(在具有短路工作過程的設(shè)備中，如在電機(jī)中使用IGBT時(shí)，+Uge在滿足要求的情況下盡量選取最小值，以提高其耐短路能力）。2.3.2對(duì)電源的要求

對(duì)于全橋或半橋電路來說，上下管的驅(qū)動(dòng)電源要相互隔離，由于 IGBT 是電壓控制器件，所需要的驅(qū)動(dòng)功率很小，主要是對(duì)其內(nèi)部幾百至幾千皮法的輸入電容的充放電，要求能提供較大的瞬時(shí)電流，要使 IGBT 迅速關(guān)斷，應(yīng)盡量減小電源的內(nèi)阻，并且為防止 IGBT 關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的du/dt誤使IGBT導(dǎo)通，應(yīng)加上一個(gè)-5V的關(guān)柵電壓，以確保其完全可靠的關(guān)斷(過大的反向電壓會(huì)造成 IGBT 柵射反向擊穿，一般為-2～10V之間)。2.3.3對(duì)驅(qū)動(dòng)波形的要求

從減小損耗角度講，門極驅(qū)動(dòng)電壓脈沖的上升沿和下降沿要盡量陡峭，前沿很陡的門極電壓使 IGBT 快速開通，達(dá)到飽和的時(shí)間很短，因此可以降低開通損耗，同理，在 IGBT 關(guān)斷時(shí)，陡峭的下降沿可以縮短關(guān)斷時(shí)間，從而減小了關(guān)斷損耗，發(fā)熱量降低。但在實(shí)際使用中，過快的開通和關(guān)斷在大電感負(fù)載情況下反而是不利的。因?yàn)樵谶@種情況下，IGBT過快的開通與關(guān)斷將在電路中產(chǎn)生頻率很高、幅值很大、脈寬很窄的尖峰電壓 Ldi/dt，并且這種尖峰很難被吸收掉。此電壓有可能會(huì)造成 IGBT 或其他元器件被過壓擊穿而損壞。所以在選擇驅(qū)動(dòng)波形的上升和下降速度時(shí)，應(yīng)根據(jù)電路中元件的耐壓能力及 du/dt 吸收電路性能綜合考慮。

2.3.4對(duì)驅(qū)動(dòng)功率的要求

由于 IGBT 的開關(guān)過程需要消耗一定的電源功率，最小峰值電流可由下式求出：IGP=△Uge/RG+Rg；式中△ Uge=+Uge+|Uge|；RG是IGBT內(nèi)部電阻；Rg 是柵極電阻。

驅(qū)動(dòng)電源的平均功率為：PAV=Cge△Uge2f，（*式中f為開關(guān)頻率；Cge 為柵極電容)。2.3.5 柵極電阻

為改變控制脈沖的前后沿陡度和防止震蕩，減小IGBT集電極的電壓尖峰，應(yīng)在IGBT柵極串上合適的電阻Rg。當(dāng)Rg增大時(shí)IGBT導(dǎo)通時(shí)間延長，損耗發(fā)熱

加劇;Rg減小時(shí)，di/dt 增高，可能產(chǎn)生誤導(dǎo)通，使 IGBT 損壞。應(yīng)根據(jù) IGBT 的電流容量和電壓額定值以及開關(guān)頻率來選取 Rg 的數(shù)值。通常在幾歐至幾十歐之間(在具體應(yīng)用中，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況予以適當(dāng)調(diào)整)。另外為防止門極開路或門極損壞時(shí)主電路加電損壞IGBT，建議在柵射間加入一電阻Rge，阻值為10 kΩ左右。

2.3.6柵極布線要求

合理的柵極布線對(duì)防止?jié)撛谡鹗?，減小噪聲干擾，保護(hù)IGBT正常工作有很大幫助：

（1）布線時(shí)須將驅(qū)動(dòng)器的輸出級(jí)和lGBT之間的寄生電感減至最低(把驅(qū)動(dòng)回路包圍的面積減到最小)；

（2）正確放置柵極驅(qū)動(dòng)板或屏蔽驅(qū)動(dòng)電路，防止功率電路和控制電路之間的耦合；

（3）應(yīng)使用輔助發(fā)射極端子連接驅(qū)動(dòng)電路；

（4）驅(qū)動(dòng)電路輸出不能和 IGBT 柵極直接相連時(shí)，應(yīng)使用雙絞線連接；（5）柵極保護(hù)，箝位元件要盡量靠近柵射極。2.3.7 隔離問題

由于功率IGBT在電力電子設(shè)備中多用于高壓場合，所以驅(qū)動(dòng)電路必須與整個(gè)控制電路在電位上完全隔離。

三、存在的問題

因?yàn)镮GBT工作時(shí)，其漏極區(qū)（p+區(qū)）將要向漂移區(qū)（n-區(qū)）注入少數(shù)載流子——空穴，則在漂移區(qū)中存儲(chǔ)有少數(shù)載流子電荷；當(dāng)IGBT關(guān)斷（柵極電壓降為0）時(shí)，這些存儲(chǔ)的電荷不能立即去掉，從而IGBT的漏極電流也就相應(yīng)地不能馬上關(guān)斷，即漏極電流波形有一個(gè)較長時(shí)間的拖尾——關(guān)斷時(shí)間較長（10～50ms）。所以IGBT的工作頻率較低。為了縮短關(guān)斷時(shí)間，可以采用電子輻照等方法來降低少數(shù)載流子壽命，但是這將會(huì)引起正向壓降的增大等弊病。

IGBT中存在有寄生晶閘管—MOS柵控的n+-p-n-p+晶閘管結(jié)構(gòu)，這就使得器件的最大工作電流要受到此寄生晶閘管閉鎖效應(yīng)的限制（采用陰極短路技術(shù)可以適當(dāng)?shù)販p弱這種不良影響）。

四、研究現(xiàn)狀

最近20年中，IGBT的發(fā)展很快，技術(shù)改進(jìn)方案很多，并且實(shí)用化。每種改進(jìn)措施的采取，都會(huì)把IGBT的性能向前推進(jìn)。其中，最重要的還是不斷把“通態(tài)壓降—開關(guān)時(shí)間”的矛盾處理到更為優(yōu)化的折衷點(diǎn)。不同公司宣布自己研制生產(chǎn)的IGBT進(jìn)入了第X代。但是，總體看，隨著重大技術(shù)改進(jìn)措施的成功，可以把IGBT的演變歸納成以下五代。

（1）第一代：即平面柵(PT)型。它提出了在功率MOS場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)中引入一個(gè)漏極側(cè)pn結(jié)以提供正向注入少數(shù)載流子實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制來降低通態(tài)壓降的基本方案。

（2）第二代：采用緩沖層，精密控制圖形和少子壽命的平面柵穿通（PT）型外延襯底IGBT。器件縱向采用n′緩沖層，既可以減薄有效基區(qū)厚度和硅片總厚度來減小通態(tài)壓降，又能降低該發(fā)射結(jié)的注入系數(shù)，以抑制“晶閘管效應(yīng)”。器件橫向（平面）采用精密圖形，減少每個(gè)元胞的尺寸，提高器件的開關(guān)速度。再采用專門的擴(kuò)鉑與快速退火措施，以控制基區(qū)內(nèi)少數(shù)載流子壽命的較合理分布。這樣的IGBT耐壓達(dá)到1200V，通態(tài)壓降達(dá)到2.1-2.3V，鎖定效應(yīng)得到有效抑制。這時(shí)，IGBT已經(jīng)充分實(shí)用化了。

（3）第三代：溝槽柵（Trench gate）型IGBT。這一代IGBT采取溝槽柵結(jié)構(gòu)代替平面柵。在平面柵結(jié)構(gòu)中，電流流向與表面平行的溝道時(shí)，柵極下面由P阱區(qū)圍起來的一個(gè)結(jié)型場效應(yīng)管（J-FET）是電流的必經(jīng)之路，它成為電流通道上的一個(gè)串聯(lián)電阻。在溝槽柵結(jié)構(gòu)中，這個(gè)柵下面的J-FET是被干法刻蝕的工藝很好地挖去了，連同包圍這個(gè)區(qū)域、延伸到原來柵極下構(gòu)成溝道的部分P區(qū)層也都挖掉。于是n+發(fā)射源區(qū)和留下的P區(qū)層就暴露在該溝槽的側(cè)壁，通過側(cè)壁氧化等一系列特殊加工，側(cè)壁氧化層外側(cè)的P區(qū)內(nèi)形成了垂直于硅片表面的溝道。

（4）第四代：非穿通（NPT）型IGBT。隨著阻斷電壓突破2000V的需求，IGBT中隨承受電壓的基區(qū)寬度超過150微米。這時(shí)靠高阻厚外延來生成硅襯底的做法，不僅十分昂貴（外延成本同外延層厚度成正比），而且外延層的摻雜濃度和外延層厚度的均勻性都難以保證。這時(shí)，采用區(qū)熔單晶硅片制造IGBT的呼聲日漸成熟，成本可以大為降低，晶體完整性和均勻性得到充分滿足。

（5）第五代：電場截止（FS）型。當(dāng)單管阻斷電壓進(jìn)一步提高，硅片的基區(qū)厚度就會(huì)急劇增加。于是，IGBT的通態(tài)壓降勢必隨其耐壓的提高而增大。FS型IGBT吸收了PT型和NPT型兩類器件的優(yōu)點(diǎn)，形成硅片厚度比NPT型器件薄約

1/

3、又保持正電阻溫度系數(shù)單極特征的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

五、發(fā)展趨勢

IGBT作為電力電子領(lǐng)域非常理想的開關(guān)器件，各種新結(jié)構(gòu)、新工藝及新材料技術(shù)還在不斷涌現(xiàn)，推動(dòng)著IGBT芯片技術(shù)的發(fā)展，其功耗不斷降低，工作結(jié)溫不斷升高，從125℃提升到了175℃并向200℃邁進(jìn)，并可以在芯片上集成體二極管，形成逆導(dǎo)IGBT(RC-IGBT/BIGT)，無需再反并聯(lián)續(xù)流二極管，在相同的封裝尺寸下，可將模塊電流提高30%，還可以將電流及溫度傳感器集成到芯片內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)芯片智能化。

IGBT芯片內(nèi)部集成傳感器通過對(duì)IGBT芯片的邊緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離處理，可以形成具有雙向阻斷能力的IGBT(RB-IGBT),在雙向開關(guān)應(yīng)用中無需再串聯(lián)二極管，并具有更小的漏電流及更低的損耗。

與此同時(shí)，IGBT的工藝水平也在不斷提升，許多先進(jìn)工藝技術(shù)，如離子注入、精細(xì)光刻等被應(yīng)用到IGBT制造上。IGBT芯片制造過程中的最小特征尺寸已由5um，到3um，到1um，甚至達(dá)到亞微米的水平。采用精細(xì)制造工藝可以大幅提高功率密度，同時(shí)可以降低結(jié)深，減小高溫?cái)U(kuò)散工藝，從而使采用12英寸甚至更大尺寸的硅片來制造IGBT成為可能。隨著薄片與超薄片加工工藝的發(fā)展，英飛凌在8英寸硅片上制造了厚度只有40um的芯片樣品，不久的未來有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化應(yīng)用。

此外，新材料如寬禁帶半導(dǎo)體材料技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)更低功耗、更大功率容量、更高工作溫度的器件，其中SiC成為目前的大功率半導(dǎo)體的主要研究方向，并在單極器件上實(shí)現(xiàn)商品化，在IGBT等雙極器件的研究上也不斷取得進(jìn)展。目前IGBT主要受制造工藝及襯底材料的缺陷限制，例如溝道遷移率及可靠性、電流增益較小及高摻雜P型襯底生長等問題，未來隨著材料外延技術(shù)的發(fā)展，SiC IGBT將會(huì)實(shí)現(xiàn)突破。

參考文獻(xiàn)

[1] 王兆安，黃俊電力電子技術(shù)[M].4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.[2] 陳志明.電力電子器件基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992 [3] 周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華.IGBT和IPM及其應(yīng)用電路，北京：人民郵電出版社，2006.3

[4] 劉國友, 羅海輝, 劉可安等.牽引用3300V IGBT芯片均勻性及其對(duì)可靠性的影響[J]，機(jī)車電傳動(dòng)，2013, No.231(02)6-9