IGCT 的开通与关断工作原理

2017-06-04 74 0

IGCT 利用门极脉冲开通,导通机理与 GTO 完全一样,但关断机理与 GTO 完全不同。表1-9 给出二者工作状态的比较。

表1-9 IGCT 和 GTO 的工作原理比较

在 IGCT 的关断过程中,进一步增加 -diG/dt,使负门极电流(-IG)在 1 μs 内上升到阳极电流幅值,于是 GTO 的门极—阴极结迅速恢复阻断,几乎所有的阳极电流都转向门极抽出,使器件很快关断。IGCT 与 GTO 关断的根本区别是:IGCT 瞬时从导通转到阻断状态,变成 PNP 晶体管以后再关断,故它无外加 du/dt 限制;而 GTO 必须经过一个既非导通又非阻断的中间不稳定状态(“GTO 区”)进行转换,故 GTO 需要很大的吸收电路来抑制重加电压的变化率 du/dt。阻断状态下 IGCT 的等效电路可认为是一个基极开路、低增益 PNP 晶体管与门极电源的串联。

从理论上讲,门—阴极关断是一种极为可靠的关断,其最大关断电流显著高于 GTO,且关断时增益 βoff(βoff=ITGQ-IGQ)接近 1,故可省去保护吸收电路。GTO 关断时主电流较缓慢地分流至门极电路,器件内导通区逐渐变窄,最后形成耗尽层将 GTO 关断,其关断增益 βoff 为 3~5;而 GCT 是主电流瞬间全部换流到门极、从而使器件关断,关断时增益 βoff 为 1。

IGCT 就是所谓的硬驱动 GTO 晶闸管,是功率半导体器件中的全新概念。它利用门极脉冲开通,导通期间处于闭锁状态(和 GTO 完全一样),但关断机理与 GTO 完全不同。导通状态下,IGCT 类似 SCR 或 GTO,是正反馈晶闸管开关(如图1-23),故通态压降低、通流能力强;阻断状态下,门—阴极反向偏置并有效退出工作状态。

图1-23 导通状态和阻断状态下的 IGCT

图1-24 阻断状态下 GCT 的等效电路

图1-23 为导通和阻断状态下 IGCT 的工作原理图。可以看出,IGCT 与 GTO 明显不同:IGCT 可瞬时由图1-23(a) 转到图1-23(b),而 GTO 必须经由一个既非导通又非阻断的中间不定状态转换。正因为如此,GTO 才需要较复杂的吸收电路抑制 du/dt,而 IGCT 在技术上消除了这一过渡阶段,可在电荷从阳极 N 基区完全抽出之前(即阴极 NPN 晶体管完全停止注入电荷之前)将整个阳极电流由阴极迅速转向门极。IGCT 在阳极停止注入瞬间的等效电路见图1-23(b) 与图1-24。在承受任何阻断电压之前,IGCT 先变成晶体管,所以它无外加 du/dt 限制,并像 MOSFET 或 IGBT 那样无需吸收电路。因此这种关断模型非常适于无缓冲的大功率应用,并克服了 GTO 以晶闸管方式承受阻断电压的不足。

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