3PowerP现代电源控制解析.pptx

第三章第三章 基本电力电子器件及其驱动基本电力电子器件及其驱动3-1 功率二极管（功率二极管（Power Diode)1静态特性静态特性 电导调制效应：电流注入载流子数电阻率多子保持电中性2动态特性动态特性开通过程：势垒电容体电感正向恢复时间2动态特性动态特性关断过程：由UR、线路电感、体电感决定反向充电建立势垒 因正向电导调制效应且电流大：tFR tRR(普通100s)普通PD 100usPD等效模型：2动态特性动态特性3PD的分类的分类 快恢复二极管 （Fast Recovery Diode 0.2us)软恢复二极管 （Soft Recovery Diode 0.51us)势垒（肖特基）二极管 （Schottky Barrier Diode 50ns)3-2 功率晶体管功率晶体管1结构结构 三重扩散台面型结构：GTR-Giant TransistorBJT-Bipolar Junction Transistor台面结构面积大I 大；轻掺杂大V梯度V大；但小。2类型类型单管：=10 15，驱动电流大复合（达林顿）管：T2的C结未正偏，Uces大；T1T2 顺序动作，速度慢。GTR（达林顿）模块：多级复合、单桥臂、桥 R1、R2提供Icb的通 路提高热稳定性；R2分流T1穿透电流，保证关断可靠。D1抽取T2发射结电 荷，加速T2与T1同 步关断。静态特性：3GTR的特性的特性准饱和区深饱和区截止区二次击穿区二次击穿临界曲线放大区 一次击穿与二次击穿 安全工作区SOASOASafe Operation Area动态特性：3GTR的特性的特性t1延迟时间t2上升时间t3存储时间t4下降时间ts开通时间 （n s 级）tc关断时间 （s 级）准饱和加速电容基本要求：4驱动电路（驱动电路（Drive Circuit）Ic 较大时，增 IB 可降 Uces；深度饱和与快速关断相矛盾。3过驱动系数 增 IBP-可加速关断，但电流变化率增大。一般取：基本驱动电路基本驱动电路 D1：UBE+UD2+UD3=UD1+UCES贝克钳位电路 UCES=UBE+UD2+UD3 UD1 =UBE+UD2 （一般取0.73V)使GTR集电结反偏或零偏准饱和准饱和 D1应为快恢复管，D2、D3为普通管集成驱动电路集成驱动电路 EXB356：150A/600V；IBP=+3A/-3.4A、IIN=39mAEXB356 (富士 日)UAA4002 (汤姆逊 法)M57950 (三菱 日)3-3 功率场效应晶体管功率场效应晶体管1小功率小功率MOSFET的分类与结构特点的分类与结构特点 因工艺和结构差异名称不同。如：Motorola TMOS NEC VDMOS Siemens SiPMOSPower MOSFET结 型绝缘栅型增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道Power MOSFET1小功率小功率MOSFET的分类与结构特点的分类与结构特点 电压控制，输入阻抗高。单极型，温流负反馈，温度稳定性高，无二次击穿。横向导电，电流小，耐压低。适合于MOS IC。2功率功率MOSFET的结构特点的结构特点 胞元并联结RDS小，可达m。垂直导电VD，面积 大，电流大；无电导调制效应，UDSS 较GTR大。轻掺杂，电阻率大，耐压高；沟道短D-S间U、R、C均小；静态特性：3PMOSFET的特性的特性饱和区 调阻区 雪崩击穿区 安全工作区安全工作区SOA跨导开启电压 转移特性转移特性 输出特性输出特性SOASafe Operation Area动态特性：3PMOSFET的特性的特性？密勒效应、位移电流密勒效应、位移电流t1开通延时t2上升时间t3关断延时t4下降时间ts开通时间 （n s 级）tc关断时间 （n s 级）Rs、Cin决定开关速度4ZVS Buck变换器变换器(谐振开关谐振开关)S并联C如何开通？ZVS 开通/关断有效抑制有效抑制Miller 效应效应ZCS 开通Ismax=IO 输出电压的调节 T4fsUDUo3-4 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管1IGBT的结构的结构IGBTN区体电阻IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor静态特性：2IGBT的特性的特性 转移特性转移特性 输出特性输出特性饱和区 饱和电压特性饱和电压特性动态特性：2IGBT的特性的特性钳位效应钳位效应：G-E 驱动电流 二极管正向特性拖尾电流拖尾电流MOS已经关断，IGBT存储电荷释放缓慢3IGBT的擎住（的擎住（Latch）效应）效应SCR 静态擎住静态擎住 动态擎住动态擎住 过热擎住过热擎住P区体电阻区体电阻RP引发擎住引发擎住关断过急关断过急位移电流位移电流CJPN结电容RG 不能过小，限制关断时间。RP 及PNP、NPN 电流放大倍数因温度升高而增大。（125时ICM降至1/2）4IGBT的通态特性的通态特性5IGBT的电流容量的电流容量 最大连续电流最大连续电流 IC 最大脉冲电流最大脉冲电流 ICM 最大开关电流最大开关电流 ILM规定条件下，可重复开关电流的最大值。规定条件下，可重复开关电流的最大值。允许短路电流允许短路电流 ISC6IGBT短路状态的失效机理短路状态的失效机理 失效原因：失效原因：短路保护短路保护 延时搜索延时搜索超过热极限：超过热极限：半导体本征温度极限半导体本征温度极限250Co,短路电流过大使管芯过热。短路电流过大使管芯过热。关断过电压：关断过电压：分布和封装引线电感与短路大电流关断变化。分布和封装引线电感与短路大电流关断变化。电流擎住效应电流擎住效应3-5 IGBT典型厚膜集成驱动电路典型厚膜集成驱动电路1驱动电路的设计原则驱动电路的设计原则 安全安全+低耗低耗+快速快速 隔离：隔离：光电耦合、光纤、脉冲变压器；光电耦合、光纤、脉冲变压器；电平适当：电平适当：+12 16V/-5 10V 边沿陡直：边沿陡直：tUP、tDn 1s电压尖峰动态擎住 驱动回路短、回路阻抗小、驱动功率足驱动回路短、回路阻抗小、驱动功率足2EXB840/841高速型厚膜驱动电路高速型厚膜驱动电路（富士）EXB840：150A/600V、75A/1200V；40kHz、延迟、延迟1s、25mA EXB841：400A/600V、300A/1200V；40kHz、延迟、延迟1s、47mAC 非滤波，吸收电源线阻抗变化引起的电压波动桥臂直通、ic(近似uce)过大、T过高Uce允许短路时间530s延时搜索/缓降栅压“0”强迫-5V封锁3M57962AL厚膜驱动电路厚膜驱动电路（三菱）短路检测时间：短路检测时间：P2-P4间电容10008000p 对应36S 600A/600V、400A/1200V；20kHz、延迟、延迟1s、500mA3M57962AL应用电路应用电路（双电源）（双电源）30V稳压管在检测二极管反向恢复时限制稳压管在检测二极管反向恢复时限制P1电压电压