静电感应晶体管(SIT).ppt

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五、五、其它新型电力电子器件其它新型电力电子器件一、静电感应晶体管（静电感应晶体管（SITSIT）它是一种多子导电的单极型器件，具有输出功率大、输它是一种多子导电的单极型器件，具有输出功率大、输入阻抗高、开关特性好、热稳定性好、抗辐射能力强等优入阻抗高、开关特性好、热稳定性好、抗辐射能力强等优点；点；广泛用于高频感应加热设备广泛用于高频感应加热设备（例如例如200200kHzkHz、200kW200kW的高的高频感应加热电源频感应加热电源）。

并适用于高音质音频放大器、大功率。

并适用于高音质音频放大器、大功率中频广播发射机、电视发射机、差转机微波以及空间技术中频广播发射机、电视发射机、差转机微波以及空间技术等领域。

等领域。

33）原理：

原理：

SITSIT为常开器件，即栅源电压为零时，为常开器件，即栅源电压为零时，SITSIT导通导通；当加；当加上负栅源电压上负栅源电压UUGSGS时，栅源间时，栅源间PNPN结产生耗尽层。

随着负偏压结产生耗尽层。

随着负偏压UUGSGS的增加，其耗尽层加宽，漏源间导电沟道变窄。

当的增加，其耗尽层加宽，漏源间导电沟道变窄。

当UUGSGS=U=UPP（夹断电压夹断电压）时，导电沟道被耗尽层所夹断，时，导电沟道被耗尽层所夹断，SITSIT关断关断。

SITSIT的漏极电流的漏极电流IDID不但受栅极电压不但受栅极电压UGSUGS控制，同时还受漏极电控制，同时还受漏极电压压UDSUDS控制。

控制。

4-54-5其它新型电力电子器件（其它新型电力电子器件（SIT）第第第第44章章章章一、一、SITSIT的的结构及工作结构及工作原理原理11）结构：

）结构：

三层、元胞结构三层、元胞结构，三个电极：

三个电极：

栅极栅极GG，漏极漏极DD和源极和源极SS。

22）分类：

分类：

NN沟道、沟道、PP沟道沟道两种，箭头向外的为两种，箭头向外的为NSITNSIT，箭头向内的为箭头向内的为PSITPSIT。

4-5其它新型电力电子器（其它新型电力电子器（SITH）二、静电感应晶闸管（二、静电感应晶闸管（SITHSITH）它自它自19721972年开始研制并生产；年开始研制并生产；优点：

优点：

与与GTOGTO相比，相比，SITHSITH的通态电阻小、通态压降的通态电阻小、通态压降低、开关速度快、损耗小、低、开关速度快、损耗小、及耐压高等；及耐压高等；应用：

应用：

应用在直流调速系统，高频加热电源和开关应用在直流调速系统，高频加热电源和开关电源等领域；电源等领域；缺点：

缺点：

SITHSITH制造工艺复杂，成本高；制造工艺复杂，成本高；第第第第11章章章章11、SITHSITH的工作原理的工作原理11）结构：

）结构：

在在SITSIT的结构基础的结构基础上再增加一个上再增加一个PP+层即形成层即形成SITHSITH的元胞结构；的元胞结构；三极：

三极：

阳极阳极AA、阴极阴极KK、栅极栅极GG。

4-5其它新型电力电子器（其它新型电力电子器（SITH）第第第第11章章章章22）原理：

原理：

SITHSITH为常开器件：

栅极开路，在阳、阴极之间加正向电为常开器件：

栅极开路，在阳、阴极之间加正向电压，有电流流过压，有电流流过SITHSITH；在栅极在栅极GG和阴极和阴极KK之间加负电压，之间加负电压，G-KG-K之间之间PNPN结反偏，结反偏，A-KA-K间电流被夹断，间电流被夹断，SITHSITH关断；关断；栅极所加的负偏压越高，可关断的阳极电流也越大。

栅极所加的负偏压越高，可关断的阳极电流也越大。

栅极负栅极负压压-UUGKGK可控制阳极电流关断，已关断的可控制阳极电流关断，已关断的SITHSITH，A-KA-K间只有很小的漏电流存在。

间只有很小的漏电流存在。

SITHSITH为场控为场控双极双极器件，其动态特性比器件，其动态特性比GTOGTO优越。

其优越。

其通态电阻通态电阻比比SITSIT小、压降低、电流大，但因器件内有大量小、压降低、电流大，但因器件内有大量的存储电荷，的存储电荷，所以其关断时间比所以其关断时间比SITSIT要长、工作频率要低。

要长、工作频率要低。

4-5其它新型电力电子器（其它新型电力电子器（SITH）22、SITHSITH的特性：

的特性：

第第第第114-5其它新型电力电子器（其它新型电力电子器（MCT）三、三、MOSMOS控制晶闸管控制晶闸管MCTMCT（MOS-ControlledMOS-ControlledThyristorThyristor）MCTMCT自自2020世纪世纪8080年代末问世，已生产出年代末问世，已生产出300300A/2000VA/2000V、1000A/1000V1000A/1000V的器件；的器件；结构：

结构：

是晶闸管是晶闸管SCRSCR和场效应管和场效应管MOSFETMOSFET复合而成的新型复合而成的新型器件，其器件，其主导元件主导元件是是SCRSCR，控制元件控制元件是是MOSFETMOSFET。

MCTMCT既具既具有晶闸管良好的导通特性，又具备有晶闸管良好的导通特性，又具备MOSMOS场效应管输入阻抗场效应管输入阻抗高、驱动功率低和开关速度快的优点，克服了晶闸管速度高、驱动功率低和开关速度快的优点，克服了晶闸管速度慢、不能自关断和高压慢、不能自关断和高压MOSMOS场效应管导通压降大的不足。

场效应管导通压降大的不足。

特点：

特点：

耐高电压、大电流、通态压降低、输入阻抗高、驱耐高电压、大电流、通态压降低、输入阻抗高、驱动功率小、开关速度高；动功率小、开关速度高；第第第第44章章章章在应用方面，美国西屋公司采用在应用方面，美国西屋公司采用MCTMCT开发的开发的1010kWkW高频高频串并联谐振串并联谐振DC-DCDC-DC变流器，功率密度已达到变流器，功率密度已达到6.16.1W/cm3W/cm3。

美美国正计划采用国正计划采用MCTMCT组成功率变流设备，建设高达组成功率变流设备，建设高达500500KVKV的高压直流输电的高压直流输电HVDCHVDC设备。

国内的东南大学采用设备。

国内的东南大学采用SDBSDB键键合特殊工艺在实验室制成了合特殊工艺在实验室制成了100100mA/100VMCTmA/100VMCT样品；西样品；西安电力电子技术研究所利用国外进口厚外延硅片也试制安电力电子技术研究所利用国外进口厚外延硅片也试制出了出了99A/300VMCTA/300VMCT样品。

样品。

MCTMCT器件的最大可关断电流已达到器件的最大可关断电流已达到300300AA，最高阻断电压最高阻断电压为为33KVKV，可关断电流密度为可关断电流密度为325325A/cmA/cm22，且已试制出由且已试制出由1212个个MCTMCT并联组成的模块。

并联组成的模块。

4-5其它新型电力电子器（其它新型电力电子器（MCT）第第第第44章章章章11、MCTMCT的工作原理的工作原理11）结构：

）结构：

是晶闸管是晶闸管SCRSCR和场效应管和场效应管MOSFETMOSFET复合而成的新复合而成的新型器件，其型器件，其主导元件主导元件是是SCRSCR，控制元件控制元件是是MOSFETMOSFET其元胞其元胞有两种结构类型，有两种结构类型，N-MCTN-MCT和和P-MCTP-MCT。

三个电极：

三个电极：

栅极栅极GG、阳极阳极AA和阴极和阴极KK。

4-5其它新型电力电子器（其它新型电力电子器（MCT）图图1.8.6P-MCT的结构、等效电路和符号的结构、等效电路和符号第第第第44章章章章P-MCT的等效电路的等效电路第第第第44章章章章22）工作原理（）工作原理（P-MCTP-MCT）控制信号：

控制信号：

用双栅极控制，栅极信号以阳极为基准；用双栅极控制，栅极信号以阳极为基准；导通：

导通：

当栅极相对于阳极加负脉冲电压时，当栅极相对于阳极加负脉冲电压时，ON-FETON-FET导通，导通，其漏极电流使其漏极电流使NPNNPN晶体管导通。

晶体管导通。

NPNNPN晶体管的导通又使晶体管的导通又使PNPPNP晶体管导通且形成正反馈触发过程，最后导致晶体管导通且形成正反馈触发过程，最后导致MCTMCT导通导通关断：

关断：

当栅极相对于阳极施当栅极相对于阳极施加正脉冲电压时，加正脉冲电压时，OFF-FETOFF-FET导导通，通，PNPPNP晶体管基极电流中断晶体管基极电流中断,PNPPNP晶体管中电流的中断破坏晶体管中电流的中断破坏了使了使MCTMCT导通的正反馈过程，导通的正反馈过程，于是于是MCTMCT被关断。

被关断。

4-5其它新型电力电子器（其它新型电力电子器（MCT）第第第第44章章章章其中：

其中：

11）导通的）导通的MCTMCT中晶闸管流过主电流，而触发通中晶闸管流过主电流，而触发通道只维持很小的触发电流。

道只维持很小的触发电流。

22）使）使P-MCTP-MCT触发导通的栅极相对阳极的负脉冲幅度触发导通的栅极相对阳极的负脉冲幅度一般为一般为-5-5-15-15VV，使其关断的栅极相对于阳极的正脉冲电压使其关断的栅极相对于阳极的正脉冲电压幅度一般为幅度一般为+10+10VV。

4-5其它新型电力电子器（其它新型电力电子器（MCT）IGCT：

（IntegratedGate-CommutatedThyristor）也也称称GCT（Gate-CommutatedThyristor）。

）。

2020世纪世纪9090年代后期出现。

结合了年代后期出现。

结合了IGBTIGBT与与GTOGTO的优点，的优点，容量与容量与GTOGTO相当，开关速度快相当，开关速度快1010倍，且可省去倍，且可省去GTOGTO庞大而庞大而复杂的缓冲电路，只不过所需的驱动功率仍很大；复杂的缓冲电路，只不过所需的驱动功率仍很大；IGCTIGCT可望成为高功率高电压低频电力电子装置的优可望成为高功率高电压低频电力电子装置的优选功率器件之一。

选功率器件之一。

第第第第11章章章章4-5其它新型电力电子器（其它新型电力电子器（IGCT）22、SITSIT的特性的特性（NN沟道沟道SITSIT）：

）：

当栅源电压当栅源电压UUGSGS一定时，随着漏源电压一定时，随着漏源电压UUDSDS的增加，漏极电流的增加，漏极电流IIDD也线性增加，也线性增加，场控多子器件场控多子器件,垂直导电结构垂直导电结构,导电沟道短而宽导电沟道短而宽,无电荷积累无电荷积累效应效应,其开关速度相当快其开关速度相当快,适应于高压适应于高压,大电流、高频场合；大电流、高频场合；SITSIT的漏极电流具有的漏极电流具有负温度系数负温度系数,可避免因温度升高而引起可避免因温度升高而引起的恶性循环；的恶性循环；TT00CICIDDSITSIT的漏极电流通路上不存在的漏极电流通路上不存在PNPN结结,一般不会发生热不稳定一般不会发生热不稳定性和二次击穿现象性和二次击穿现象,其其安全工作区安全工作区范围较宽；范围较宽；栅极驱动电路简单栅极驱动电路简单：

关断：

关断SITSIT需加数十伏的负栅压需加数十伏的负栅压-UUGSGS；导导通时，也可加通时，也可加5566VV的正栅偏压的正栅偏压+UUGSGS,以降低其通态压降。

以降低其通态压降。

4-54-5其它新型电力电子器（其它新型电力电子器（SIT）第第第第44章章章章4-5缓冲电路11）原因：

）原因：

电电力力电电子子器器件件断断态态时时承承受受高高电电压压，通通态态时时承承载载大大电电流流，而而开开通通和和关关断断过过程程中中开开关关器器件件可可能能同同时时承承受受过过压压、过流、过大的过流、过大的dududtdt和和dididtdt以及过大的瞬时功率。

以及过大的瞬时功率。

22）缓缓冲冲电电路路作作用用：

防防止止高高电电压压和和大大电电流流可可能能使使器器件件工作点超出安全工作区而损坏器件。

工作点超出安全工作区而损坏器件。

33）原原理理：

关关断断缓缓冲冲电电路路吸吸收收器器件件的的