2.9.1  开关器件的基本特性

2.9.1 开关器件的基本特性

现在,对于各种各样的开关器件,影响其功能的基本特性描述如下:

(1)栅极控制方式 对于电压控制或电流控制,栅极驱动功率和栅极电路(规模和价格等)是不同的,一般更希望电压控制。

(2)额定电压和额定电流 器件可能的适用范围是由其生产的耐压和容许电流决定的。在适用范围内,重要的是各种性能的比较。

(3)关断时间 关断时间和开通时间存在密切的联系。一般若关断时间短,则相对的开通时间也短,所以关断时间是器件比较的标准。关断时间不仅是决定器件适用频率的重要因素,而且也涉及开关损耗的大小。如图2.23所示,开通、关断时端电压和电流同时通过非饱和区,在该区间它们是中间的数值,所以器件开关损耗(称为开通关断损耗)显著增加。

图示(https://www.daowen.com)

图2.23 IGBT栅极控制时的电压电流及所产生损耗的波形

(4)正向压降 图2.23同样也显示了决定器件热损耗的两个要素,除上述的开关损耗以外,还包括与正向压降相关的导通损耗(conduction)。由损耗引起的器件温度上升及其散热问题是关系到器件应用的重要问题,对于这个问题仍需付出许多努力。

(5)恢复特性 开关器件从导通状态变为关断状态的过渡过程称为恢复(recovery)特性。这种情况既与器件自身性质相关,也与电路组成的特性相关。作为前者的例子,从器件的本质上看,GTO在关断过程中会产生尖峰电压,若对该尖峰电压放任自流的话,则器件损坏的概率非常高,因此,必须并联专用的缓冲电容来吸收尖峰电压。另一方面,作为后者的例子,图2.7所示的二极管在反向恢复过程中由杂散电感引起的尖峰状异常电压。通常可以容忍的是约2倍电源电压的过冲,但是超过该值的情况下有必要利用缓冲电路来防止过电压发生。此外,最近已经开发了缓和耗尽层恢复的软恢复型二极管,从器件结构上也尝试防止过电压发生。由此可见,器件的恢复特性是器件应用的重要一环。

(6)动态SOA 将图2.23所示的开关电压和电流的过渡过程在X-Y轴上进行表示后,可以得到图2.24所示的轨迹。这个轨迹与X-Y轴围成的面积是开关时的瞬时功率值。对于开关器件来说,其运行轨迹有必要被限制在所定义的动态SOA的范围内,因此仔细研读器件的SOA后,再进行使用是非常重要的。

图示

图2.24 开通、关断动作时开关器件的瞬时功率和动态安全工作