2.1　电力半导体元器件及应用

电力半导体元器件大多是以开关方式工作为主、对电能进行控制和转换的电力电子器件。如可关断晶闸管（英文缩写：GTO）、电力晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（PowerMosfet）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、静电感应晶体管（SIT）、静电感应晶闸管（SITH）、MOS晶闸管（MCT）等。

电力半导体器件可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制，主要用于整流器、逆变器、斩波器、交流调压器等方面，广泛用于工农业生产、国防、交通等各个领域。

2.1.1　电力二极管

电力二极管又称为功率二极管，其基本结构和工作原理与信息电子技术中的二极管一样，都是以半导体PN结为基础，是通过扩散工艺制作的，但是电力二极管功耗较大，在应用时存在着一定的区别。

（1）电力二极管的结构及特性

电力二极管由一个PN结加上相应的电极引线和管壳构成，由P区引出的电极称为阳极或正极，用字母A表示；由N区引出的电极称为阴极或负极，用字母K表示。

电力二极管由一个面积较大的PN结和两端引线以及绝缘封装组成，从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种。电力二极管的外形、结构及符号如图2-1所示。

PN结是构成电力二极管的核心器件，由于PN结具有单向导电性，所以，二极管也具有单向导电性。

（2）电力二极管的伏安特性及应用

电力二极管的伏安特性曲线如图2-2所示。曲线中横轴是电压（U），即加到二极管两极引脚之间的电压，正电压表示二极管正极电压高于负极电压，负电压表示二极管正极电压低于负极电压；纵轴是电流（I），即流过二极管的电流，正方向表示从正极流向负极，负方向表示从负极流向正极。

①正向特性　当电力二极管承受的正向电压大到一定值（门槛电压U_TO）时，正向电流才开始随外加正向电压增加而明显增加，处于稳定导通状态。与正向电流I_F对应的电力二极管两端的电压U_F即为其正向电压降（1V左右）。

②反向特性　当电力二极管承受反向电压时，只有“少子”引起的微小而数值恒定的反向漏电流（I_RR）。

电力二极管具有单向导电性，共有两种工作状态：导通和截止。电力二极管导通和截止有一定的条件。

二极管导通的条件有两个：一是二极管加正向偏置电压；二是正向偏置电压必须大到一定程度（锗二极管0.6V左右，硅二极管0.2V左右）。

只要给二极管加反向电压，二极管中就没有电流流动，如果加的反向电压太大，二极管会击穿，电流将从负极流向正极，此时二极管已经损坏。

综上所述，要使二极管导通必须给二极管加一个正向偏置电压，如果所加正向电压达不到足够大的程度，二极管只能处于微导通状态；如果所加的是反向电压（负极电压高于正极电压），二极管不能导通，处于截止状态。

（3）电力二极管的开关特性

电力二极管的开关特性是反映通态和断态之间的转换过程的特性，如图2-3所示。

①关断特性　电力二极管由正向偏置的通态转换为反向偏置的断态过程。须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。

②开通特性　电力二极管由零偏置转换为正向偏置的通态过程。电力二极管的正向压降先出现一个过冲U_FP，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（1～2V），这一动态过程时间被称为正向恢复时间t_fr。电导调制效应起作用需一定的时间来储存大量少子，达到稳态导通前管压降较大；正向电流的上升会因器件自身的电感而产生较大压降。电流上升率越大，U_FP越高。

（4）二极管工作状态的判断

分析二极管电路时，重要一环是分析二极管的工作状态，是导通还是截止，表2-1是二极管工作状态的识别方法。表图中的+、-表示加到二极管正极和负极上的偏置电压极性，符号“+”表示正极性电压，“-”表示负极性电压。

（5）电力二极管的主要类型

在电力电子电路中，电力二极管有广泛的应用，它可以作为整流、续流以及电压隔离、钳位、保护等元件。在应用时，要按实际中的要求选择不同类型的电力二极管。电力二极管的主要类型见表2-2。

（6）电力二极管的主要参数

电力二极管的主要参数有额定正向平均电流、反向重复峰值电压、最高允许结温和反向恢复时间，其参数含义及选用见表2-3。

（7）电力二极管的检测

电力二极管与信息电子技术中的普通二极管的检测方法是一样的。

①不在路检测二极管　一般用万用表R×1k挡测量二极管的正、反向电阻，比较两次电阻值的大小。通过两次测量，看电阻值小的那一次表笔的位置，与黑表笔接触的那个电极是正极，与红表笔接触的那个电极是负极，如图2-4所示。

在正常情况下，普通二极管的正向电阻值为5kΩ左右，反向电阻值为无穷大。

在正常情况下，对于普通二极管，若正向测量时，二极管导通（指针大幅度偏转，阻值为5kΩ左右），而反向测量时，二极管不通（指针不偏转，阻值为无穷大），则说明二极管良好。若正向测量或反向测量时，二极管的阻值均为0，则说明二极管已击穿。若正向测量或反向测量时，二极管的阻值均为无穷大，则说明二极管已开路。若正向电阻和反向电阻比较接近，则说明二极管失效。

②在路检测二极管　在路检测法指不将连接在电路中的二极管取出来，在电路中直接检测，其检测方法有两种：一种是电阻法，另一种是电压法。

电阻法同于上述好坏检测法，但要注意与二极管并联的电阻及其他电路对测量结果的影响。有时不能有效地鉴定其好坏，必要时还需要将其拆下进一步鉴定。

电压法是在电路加电的情况下，测量二极管的正向压降。我们已知道，二极管的正向压降为0.5～0.7V。如果在电路加电的情况下，二极管两端正向电压远远大于0.7V，该二极管肯定开路损坏。具体方法是：用万用表电压1V挡，用红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极（指针式万用表与数字万用表相同）进行测量，测得的电压值即为二极管上的正向电压降。根据测得的正向电压降即可对二极管的好坏进行分析，其方法见表2-4。

2.1.2　电力晶闸管

电力晶闸管包括：普通晶闸管（SCR）、快速晶闸管（FST）、双向晶闸管（TRIAC）、逆导晶闸管（RCT）、可关断晶闸管（GTO）和光控晶闸管（LTT）等。

由于普通晶闸管面世早（1957年），应用极为广泛，因此在无特别说明的情况下，本节所述的晶闸管均指普通晶闸管。普通晶闸管过去称为可控硅整流管，简称SCR。SCR具有电流容量大、耐电压高和开通的可控性（目前生产水平已达到4500A/8000V），已被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为特大功率、低频（200Hz以下）装置中的主要器件。

（1）电力晶闸管的封装

晶闸管的外形封装形式可分为小电流塑封式、小电流螺旋式、大电流螺旋式和大电流平板式，如图2-5（a）、（b）、（c）、（d）所示。

由图2-5可知，晶闸管的外形分为螺栓型和平板型两大类。螺栓型结构更换元件很方便，用于100A以下的元件。平板型结构散热效果比较好，用于200A以上的元件。

从图2-5（e）所示的电力晶闸管的图形符号可以看出，它和电力二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与电力二极管完全不同的工作特性。电力晶闸管是可以处理耐高压、大电流的大功率器件，随着设计技术和制造技术的进步，越来越大容量化。

（2）电力晶闸管的散热器

电力晶闸管是大功率器件，工作时产生大量的热，因此必须安装散热器。

①螺旋式晶闸管紧拴在铝制散热器上，采用自然散热冷却方式，如图2-6（a）所示。

②平板式晶闸管由两个彼此绝缘的散热器紧夹在中间，散热方式可以采用风冷或水冷，以获得较好的散热效果，如图2-6（b）、（c）所示。

（3）晶闸管的工作原理

电力晶闸管是由四层半导体构成的，它由单晶硅薄片P₁、N₁、P₂、N₂四层半导体材料叠成，形成三个PN结。晶闸管是四层三结三端结构，其内部结构和等效电路如图2-7所示。

电力晶闸管具有可控单向导电性，其导通条件为阳极正偏，且门极加正向触发电流。

①导通　电力晶闸管阳极施加正向电压时，若给门极G也加正向电压U_g，门极电流I_g经三极管VT₂放大后成为集电极电流I_c2，I_c2又是三极管VT₁的基极电流，放大后的集电极电流I_c1进一步使I_g增大且又作为VT₂的基极电流流入。重复上述正反馈过程，两个三极管VT₁、VT₂都快速进入深度饱和状态，使晶闸管阳极A与阴极K之间导通。此时若撤除U_g，VT₁、VT₂内部电流仍维持原来的方向。因此只要满足阳极正偏的条件，晶闸管就一直导通。

②阻断　当晶闸管A、K间虽承受正向电压，而门极电流I_g=0时，上述VT₁和VT₂之间的正反馈不能建立起来，晶闸管A、K间只有很小的正向漏电流，它处于正向阻断状态。

【提示】

①晶闸管导通条件是阳极正偏，同时门极也要正偏。

②晶闸管一旦导通后，门极失去了控制作用，因此门极所加的触发电压一般为脉冲电压。门极触发电流通常只有几十毫安到几百毫安，而晶闸管导通后，可以通过几百安、几千安的电流。

③要使导通的晶闸管关断，只有设法使阳极电流I_A小于维持电流I_H，才能使晶闸管关断。

④如果给晶闸管阳极加反向电压，无论有无门极电压U_g，晶闸管都不能导通。

（4）电力晶闸管的伏安特性

电力晶闸管的伏安特性如图2-8所示。

①反向特性　电力晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似电力二极管的反向特性，在第三象限。晶闸管处于反向阻断状态时，只有很小的反相漏电流流过。当反向电压超过反向击穿电压U_RO后，外电路若无限制措施，则反向漏电流急剧增大，会导致晶闸管反向击穿，造成晶闸管永久性损坏。

②正向特性　在I_g=0时，给器件两端施加正向电压，器件处在正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压继续增大，当超过临界极限即正向转折电压U_BO时，则正向漏电流急剧增大，器件导通。靠这种方式使器件导通称之为“硬导通”。注意多次“硬导通”会使晶闸管损坏。随着门极电流I_g幅值的增大，正向转折电压U_BO降低。

导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿。

晶闸管导通后本身的压降很小，在1V左右。导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值（I_H）以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。I_H称为维持电流。

（5）电力晶闸管的开关特性

电力晶闸管的开关特性包括开通过程和关断过程，如图2-9所示。

①开通过程　如图2-9所示，电力晶闸管在满足导通条件之后，由于管子内部的正反馈建立需要时间（包括延迟时间t_d、上升时间t_r和开通时间t_gt），阳极电流不会马上增大，而要延迟一段时间。

普通电力晶闸管的开通时间t_gt约为6μs。开通时间与触发脉冲的陡度与电压大小、结温以及主回路中的电感量等有关。

②关断过程　关断过程包括反向阻断恢复时间t_rr和正向阻断恢复时间t_gr，如图2-10所示。在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正向导通。实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作。

普通电力晶闸管的关断时间为几十到几百微秒。关断时间与元件结温、关断前阳极电流的大小以及所加反向电压的大小有关。

（6）电力晶闸管的主要特性参数

①重复峰值电压——额定电压

a.正向重复峰值电压U_DRM。门极断开（I_g=0），元件处在额定结温时，正向阳极电压为正向阻断不重复峰值电压U_DSM（此电压不可连续施加）的80％所对应的电压（此电压可重复施加，其重复频率为50Hz，每次持续时间不大于10ms）。

b.反向重复峰值电压U_RRM。元件承受反向电压时，阳极电压为反向不重复峰值电压U_RSM的80％所对应的电压。

c.晶闸管铭牌标注的额定电压通常取U_DRM与U_RRM中的最小值。选用时，额定电压要留有一定余量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2～3倍。晶闸管额定电压的等级与额定电压见表2-5。

②额定通态平均电流——额定电流I_T（AV）　在环境温度为40℃和规定的冷却条件下，晶闸管在电阻性负载且导通角不小于170°的单相工频正弦半波电路中，当结温稳定且不超过额定结温时所允许的最大通态平均电流。

在选用晶闸管额定电流时，根据实际最大的电流计算后至少还要乘以1.5～2的安全系数，使其有一定的电流余量。

③通态电流临界上升率di/dt　晶闸管能承受而没有损害影响的最大通态电流上升率称通态电流临界上升率di/dt。

门极流入触发电流后，晶闸管开始只在靠近门极附近的小区域内导通，随着时间的推移，导通区域才逐渐扩大到PN结的全部面积。如果阳极电流上升率di/dt很大，就会在较小的开通结面上通过很大的电流，引起局部结面过热使晶闸管烧坏，因此在晶闸管导通过程中对di/dt也要有一定的限制。

④断态电压临界上升率du/dt　把在规定条件下，不导致晶闸管直接从断态转换到通态的最大阳极电压上升率，称为断态电压临界上升率du/dt。

晶闸管的结面在阻断状态下相当于一个电容，若突然加一正向阳极电压，便会有一个充电电流流过结面，该充电电流流经靠近阴极的PN结（J₃结）时，产生相当于触发电流的作用，如果这个电流过大，将会使元件误触发导通。

（7）普通电力晶闸管的检测

①判别引脚　万用表置于R×10或R×1挡，测量晶闸管任意两脚间的电阻，当指示为低阻值时，黑表笔所接的是控制极G，红表笔所接的是阴极K，余下的一个脚为阳极A，其他情况下阻值均应为无穷大，否则该管可能是坏的。

②触发检测　万用表置于R×10或R×1挡，将黑表笔接阳极A，红表笔接阴极K，万用表应指示为不通（零偏）；此时如果让控制极G接触一下黑表笔，万用表应指示导通（接近满偏）；即使断开控制极G，只要阳极A和阴极K保持与表笔接触，就能一直维持导通状态。如果上述测量过程不能顺利进行，说明该管是坏的。

注意：大功率普通电力晶闸管由于其触发电流和维持电流较大，超出万用表欧姆挡输出的电流值，因此不能触发。可在表外串联一节1.5V电池，再按上法测量，一般可以触发。

【提示】

普通电力晶闸管可以根据其封装形式来判断出各电极。

①螺栓型普通晶闸管的螺栓一端为阳极A，较细的引线端为门极G，较粗的引线端为阴极K。

②平板型普通晶闸管的引出线端为门极G，平面端为阳极A，另一端为阴极K。

③金属壳封装（TO-3）的普通晶闸管，其外壳为阳极A。

④塑封（TO-220）的普通晶闸管的中间引脚为阳极A，且多与自带散热片相连。

2.1.3　晶闸管派生器件

（1）快速晶闸管（FST）

快速晶闸管是为提高工作频率，缩短开关时间，而采用特殊工艺制造的器件，其工作频率在400Hz以上。

快速晶闸管包括常规的快速晶闸管（工作频率在400Hz以上，简称KK管）和工作频率更高的高频晶闸管（工作频率在10kHz以上，简称KG管）两种。它们的外形、电气图形符号、基本结构、伏安特性都与普通晶闸管相同。

快速晶闸管的开通时间和关断时间比普通晶闸管短，一般开通时间为1～2μs，关断时间为几到几十微秒；允许使用频率为几十到几千赫兹。

快速晶闸管使用注意事项如下：

①快速晶闸管为了提高开关速度，其硅片厚度做得比普通晶闸管薄，因此承受正反向阻断重复峰值电压较低，一般在2000V以下，大多数器件在700～900V之间。

②快速晶闸管的断态电压临界上升率（du/dt）耐量较差，使用时必须注意产品铭牌上规定的额定开关频率下的du/dt，当开关频率升高时，du/dt耐量会下降。

（2）双向晶闸管（TRIAC）

①双向晶闸管的外形与结构　双向晶闸管是把一对反并联的晶闸管集成在同一硅片上，只用一个门极控制触发的组合器件。双向晶闸管的外形与普通晶闸管类似，有塑封式、螺栓式、平板式，其内部是一种NPNPN五层结构、三端引线的器件，有两个主电极T₁、T₂，一个门极G。其中P₁N₁P₂N₂称为正向晶闸管，P₂N₁P₁N₄称为反向晶闸管，且这两个晶闸管的触发导通都由同一个门极G来控制。双向晶闸管的结构、等效电路及符号如图2-11所示。

双向晶闸管具有正反向对称的伏安特性，如图2-12所示。正向部分位于第1象限，反向部分位于第3象限，是一种半控交流开关器件。

双向晶闸管的主要参数中只有额定电流与普通晶闸管有所不同，其他参数定义相似。由于双向晶闸管工作交流电路中，正反向电流都可以流过，所以它的额定电流不是用平均值而是用有效值（方均根值）来表示的。

双向晶闸管可广泛用于工业、交通、家用电器等领域，实现交流调压、交流电机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、温度控制、台灯调光、舞台调光等多种功能，它还被用于固态继电器（SSR）和固态接触器电路中。

②双向晶闸管的检测

a.判别引脚：万用表置于R×10或R×1挡，测量晶闸管任意两脚间的电阻，其中正反向都导通时，两个被测引脚分别为G、T₂，另一个引脚为T₁，T₁与G或T₂之间，应该是正反向都不通，否则该管可能是坏的。G与T₂要通过导通后电阻值的大小来识别，即分别测量G与T₂之间的正反向电阻，在阻值较小的一次测量中，红表笔所接的是控制极G。

b.触发检测：万用表置于R×10或R×1挡，将黑表笔接T₁，红表笔接T₂，万用表应指示为不通（零偏）；此时如果让控制极G接触一下T₁（黑表笔），万用表应指示导通（接近满偏）；即使断开控制极G，只要T₁和T₂保持与表笔接触，就能一直维持导通状态；调换黑红表笔，重复上述测量，注意此时G仍要接触T₁（红表笔），如果上述测量过程不能顺利进行，说明该管是坏的。

注意，大功率双向晶闸管由于其触发电流和维持电流较大，超出了万用表欧姆挡输出的电流值，因此不能触发。可在表外串联一节1.5V电池，再按上法测量，一般可以触发。

（3）逆导晶闸管（RCT）

①逆导晶闸管的结构及特性　逆导晶闸管也称为反向导通晶闸管，是由一个晶闸管和一个反向并联的二极管集成在同一硅片内的电力半导体复合器件，其阳极与阴极的发射结均呈短路状态。由于这种特殊电路结构，逆导晶闸管具有耐高压、耐高温、关断时间短、通态电压低等优良性能。例如，逆导晶闸管的关断时间仅几微秒，工作频率达几十千赫，优于快速晶闸管（FST）。逆导晶闸管的内部结构、等效电路、图形符号及伏安特性如图2-13所示。

逆导晶闸管主要应用在直流变换（调速）、中频感应加热和一些逆变电路中。例如用于开关电源、UPS不间断电源中，一个RCT即可代替晶闸管和续流二极管各一个，不仅使用方便，而且能简化电路设计。

【提示】

①逆导晶闸管的正向伏安特性与普通晶闸管相同，反向特性如同一个二极管的正向特性。根据逆导晶闸管的伏安特性可知，它的反向击穿电压很低，因此只能适用于反向不需承受电压的场合。

②与普通晶闸管相比，逆导晶闸管具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点。

③逆导晶闸管存在着晶闸管区和整流管区之间的隔离区，防止误触发晶闸管，造成换流失败。

④逆导晶闸管的额定电流分别以晶闸管和整流管的额定电流表示。例如300/300A、300/150A等；晶闸管电流列于分子，整流管电流列于分母，两者的比值为1～3，由于晶闸管与整流管的载流量的比值是固定的，因而也限制了对它的灵活应用。

②逆导晶闸管的检测　利用万用表和绝缘电阻表可以检查逆导晶闸管的好坏，测试内容主要分以下三项。

a.检查逆导性。选择万用表R×1挡，黑表笔接K极，红表笔接A极，电阻值应为5～10Ω，如图2-14（a）所示。若阻值为零，证明内部二极管短路；电阻为无穷大，说明二极管开路。

b.测量正向直流转折电压U_（BO）。如图2-14（b）所示接好电路，再按额定转速摇绝缘电阻表，使RCT正向击穿，由直流电压表上读出U_（BO）值。

c.检查触发能力。例如，用500型万用表和ZC25-3型500V绝缘电阻表测量一个S3900MF型逆导晶闸管。依次选择R×1k、R×100、R×10和R×1挡测量A-K极间反向电阻，同时用读取电压法求出内部二极管的反向导通电压U_TR（实际是二极管正向电压U_F），再用绝缘电阻表和万用表500VDC挡测得U_（BO）值，全部数据整理成表2-6，由此证明被测RCT质量良好。

（4）光控晶闸管（LTT）

①光控晶闸管的结构及特性　光控晶闸管又称光触发晶闸管，也是一种PNPN四层半导体器件，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。它与普通晶闸管的不同之处在于其门极区集成了一个光电二极管，利用光激发使之导通，即在光的照射下，光电二极管漏电流I_j增加，此电流成为门极触发电流使晶闸管导通。

光控晶闸管的内部结构、等效电路、图形符号和伏安曲线如图2-15所示。

【提示】

①小功率光控晶闸管只有阳极和阴极两个端子。

②大功率光控晶闸管门极带有光缆，光缆上装有作为触发光源的发光二极管或半导体激光器。

③光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响，因此目前应用在高压大功率场合，如高压直流输电和高压核聚变装置中。

②光控晶闸管的检测　用万用表检测小功率光控晶闸管时，可将万用表置于R×1挡，在黑表笔上串接1～3节1.5V干电池，测量两引脚之间的正、反向电阻值，正常时均应为无穷大。

然后，再用小手电筒或激光笔照射光控晶闸管的受光窗口，此时应能测出一个较小的正向电阻值，但反向电阻值仍为无穷大。在较小电阻值的一次测量中，黑笔接的是阳极A，红表笔接的是阴极K。

（5）可关断晶闸管（GTO）

可关断晶闸管简称GTO，它是晶闸管的派生器件之一，具有普通晶闸管的全部优点，如耐压高、电流大等。同时它又是全控型器件，即在门极加正脉冲电流使其触发导通，在门极加负脉冲电流使其关断。

GTO在兆瓦级以上的大功率场合应用较多，如用于电力机车的逆变器、大功率直流斩波调速装置等。

可关断晶闸管仍然由PNPN四层半导体材料构成，三个电极分别为阳极A、阴极K和控制极（或控制板）G，其结构及符号如图2-16所示。它与普通晶闸管的不同点：GTO是一种多元胞的功率集成器件，内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极在器件内部并联在一起，使器件的功率可以达到相当大的数值。

可关断晶闸管在导通方面的条件与普通单向晶闸管一样（即GTO的导通机理与SCR是相同的）。GTO一旦导通之后，门极信号是可以撤除的，但在制作时采用特殊的工艺使管子导通后处于临界饱和，而不像普通晶闸管那样处于深饱和状态，这样可以用门极负脉冲电流破坏临界饱和状态使其关断。

GTO在关断机理上与SCR是不同的。门极加负脉冲即从门极抽出电流（即抽取饱和导通时储存的大量载流子），强烈正反馈使器件退出饱和而关断。

2.1.4　电力晶体管

电力晶体管也称巨型晶体管（GTR），是一种双极型、大功率、高反压电力电子器件。GTR和GTO一样具有自关断能力，属于电流控制型自关断器件。GTR可通过基极电流信号方便地对集电极-发射极的通断进行控制，并具有饱和压降低、开关性能好、电流较大、耐压高等优点。GTR已实现了大功率、模块化、廉价化。

GTR从20世纪80年代以来，在中、小功率范围内的不间断电源、中频电源和交流电动机调速等电力变流装置中逐渐取代了晶闸管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代。

（1）电力晶体管的结构及类型

电力晶体管的结构和工作原理都与信息电子技术中的小功率晶体管非常相似。GTR由三层半导体、两个PN结组成，有PNP和NPN两种类型，GTR通常多用NPN结构。GTR的结构、电气图形符号和内部载流子的流动如图2-17所示。

（2）GTR的工作原理

在电力电子技术中，GTR主要工作在开关状态。

GTR一般采用共发射极接法，利用基极电流I_B对集电极电流I_C进行控制。当U_BE<0.7V或为负电压时，GTR处于关断状态，I_C为零；当U_BE≥0.7V时，GTR处于开通状态，I_C达到最大为饱和电流。

GTR的电流放大系数β反映了基极电流对集电极电流的控制能力。单管GTR的β值比信息电子技术中的三极管小得多，一般小于10，通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构来增大电流增益。

当考虑到集电极和发射极间的漏电流I_CEO时，I_C和I_B的关系为

I_C=βI_B+I_CEO

产品说明书中通常给出直流电流增益h_FE（直流工作情况下集电极电流与基极电流之比），一般可认为β≈h_FE。

（3）GTR的特点

①输出电压　可以采用脉宽调制方式，故输出电压的幅值等于直流电压的强脉冲。

②载波频率　由于电力晶体管的开通和关断时间较长，故允许的载波频率较低，大部分变频器的上限载波频率为1.2～1.5kHz。

③电流波形　因为载波频率较低，故电流的高次谐波成分较大。这些高次谐波电流将在硅钢片中形成涡流，并使硅钢片相互间因产生电磁力而振动，并产生噪声。又因为载波频率处于人耳对声音较为敏感的区域，故电动机的电磁噪声较强。

④输出转矩　因为电流中高次谐波的成分较大，故在50Hz时，电动机轴上的输出转矩与工频运行时相比，略有减小。

（4）电力晶体管的特性

①GTR共射电路输出特性GTR共射电路输出特性如图2-18所示，它包括截止区（又叫阻断区）、线性放大区、准饱和区（临界饱和区）和深饱和区4个区域。

a.截止区：I_B<0（或I_B=0），U_BE<0，U_BC<0，GTR承受高电压，只有很小的穿透电流流过，类似于开关的断态。

b.线性放大区：U_BE>0，U_BC<0，I_C=βI_B，GTR应避免工作在线性区，以防止大功耗损坏GTR。

c.准饱和区：随着I_B的增大，此时U_BE>0，U_BC>0，但I_C与I_B之间不再呈线性关系，β开始下降，曲线开始弯曲。

d.深饱和区：U_BE>0，U_BC>0，I_B变化时I_C不再改变，管压降U_CES很小，类似于开关的通态。

由此可看出：电力电子技术中的GTR主要工作在开关状态。

②GTR的开关特性　GTR的开关时间在几微秒以内，比SCR和GTO都短很多。

GTR在关断时漏电流很小，导通时饱和压降很小。因此，GTR在导通和关断状态下损耗都很小，但在关断和导通的转换过程中，电流和电压都较大，所以开关过程中损耗也较大。当开关频率较高时，开关损耗是总损耗的主要部分。因此，缩短开通和关断时间对降低损耗、提高效率和提高运行可靠性很有意义。

（5）GTR的主要参数

①电压定额

a.集基极击穿电压U_（BR）CBO：发射极开路时，集基极能承受的最高电压。

b.集射极击穿电压U_（BR）CEO：基极开路时，集射极能承受的最高电压。

为确保安全，实际应用时的最高工作电压U_TM=（1/3～1/2）U（BR）CEO。

②电流定额

a.集电极电流最大值I_CM：一般把β值下降到额定值的1/2～1/3时的I_C值定为集电极最大允许电流I_CM。

b.基极电流最大值I_BM：规定为内引线允许通过的最大电流，通常取I_BM≈（1/2～1/6）I_CM。

③饱和压降U_CES指GTR工作在深饱和区时，集射极间的电压值。如图2-19所示，U_CES随I_C增加而增加，在I_C不变时，U_CES随管壳温度T_C的增加而增加。

GTR的特点是导通压较低。

④共射直流电流增益β

β=I_C/I_B

式中　β——GTR的电流放大能力，高压大功率GTR（单管）一般β<10。

（6）GTR的一次、二次击穿

①一次击穿　当集电极反偏电压升高至击穿电压时，I_C迅速增大，出现雪崩击穿，此时集电极的电压U_CE基本保持不变，称为一次击穿。

发生一次击穿时，只要I_C不超过限度（利用外接电阻限制I_C增大），GTR一般不会损坏，工作特性也不变。

②二次击穿　一次击穿发生时，若不采取措施，使I_C增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降，即出现负阻效应，这一现象被称二次击穿，如图2-20所示。

二次击穿常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变。

【提示】

一般工作在正常开关状态下的GTR是不会发生二次击穿的。

2.1.5　电力场效应晶体管

电力场效应晶体管分为两种类型，结型场效应晶体管（JFET）和绝缘栅场效应晶体管（IGFET）。

绝缘栅场效应晶体管中也包含了许多种，其中，绝缘栅金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）用得最多。通常所说电力场效应晶体管是指绝缘栅型中的MOS型，简称为电力MODFET。

电力场效应晶体管的特点是：输入阻抗高（可达40MΩ以上）、开关速度快、工作频率高（开关频率可达1000kHz）、驱动电路简单、需要的驱动功率小、热稳定性好、无二次击穿问题、安全工作区（SOA）宽；电流容量小，耐压低，一般只适用功率不超过10kW的电力电子装置。

（1）电力场效应管的结构及原理

①电力场效应管的结构　早期的电力场效应管采用水平结构（PMOS），器件的源极S、栅极G和漏极D均被置于硅片的一侧（与小功率MOS管相似），存在通态电阻大、频率特性差和硅片利用率低等缺点。

20世纪70年代中期将LSIC垂直导电结构应用到电力场效应管的制作中，出现了VMOS结构，大幅度提高了器件的电压阻断能力、载流能力和开关速度。

20世纪80年代以来，采用二次扩散形成的P型区和N⁺型区在硅片表面的结深之差来形成极短沟道长度（1～2μm），研制成了垂直导电的双扩散场控晶体管，简称为VDMOS。

目前生产的VDMOS中绝大多数是N沟道增强型，这是由于P沟道器件在相同硅片面积下，其通态电阻是N型器件的2～3倍。因此今后若无特别说明，均指N沟道增强型器件。

N沟道VDMOS管元胞结构与电气符号如图2-21所示。

VDMOS管元胞结构的特点如下：

a.垂直安装漏极（D），实现垂直导电，这不仅使硅片面积得以充分利用，而且可获得大的电流容量。

b.设置了高电阻率的N^-区，以提高电压容量。

c.短沟道（1～2μm）降低了栅极下端SiO₂层的栅沟本征电容和沟道电阻，提高了开关频率。

d.载流子在沟道内沿表面流动，然后垂直流向漏极，便于高度集成化。通常一个VD-MOS管由许多元胞并联组成。

由于在源极与漏极间形成了一个寄生二极管，所以VDMOS无法承受反向电压。

②电力场效应管的工作原理

a.截止。如图2-22所示，栅源电压U_GS≤0或0<U_GS≤U_T（U_T为开启电压，又叫阈值电压）时，漏极（D）与源极（S）之间相当于两个反向串联的二极管，不能形成导电沟道，所以I_D=0，VDMOS是关断的。

b.导通。如图2-23所示，当U_GS>U_T时，栅极下面的P型体区发生反型而形成导电沟道。若加至漏极电压U_DS>0，则会产生漏极电流I_D，VDMOS开通。

c.漏极电流I_D。VDMOS的漏极电流I_D受控于栅压U_GS。

（2）电力场效应晶体管的静态输出特性

在不同的U_GS下，漏极电流I_D与漏极电压U_DS间的关系曲线族称为VDMOS的输出特性曲线，如图2-24所示，它可以分为四个区域。

①截止区：当U_GS<U_T（U_T的典型值为2～4V）时，I_D≈0，VDMOS截止。

②线性（导通）区（即非饱和区）：当U_GS>U_T，且U_DS很小时，I_D和U_DS几乎成线性关系，又叫欧姆工作区。

③饱和区（又叫有源区）：在U_GS>U_T，且U_DS较大时，随着U_DS的增大，I_D几乎不变。

④雪崩区：当U_GS>U_T，且U_DS增大到一定值时，漏极PN结反偏电压过高，发生雪崩击穿，I_D突然增加，造成器件损坏。

（3）电力场效应晶体管的主要参数

①通态电阻R_on　在确定的栅压U_GS下，VDMOS由可调电阻区进入饱和区时漏极至源极间的直流电阻称为通态电阻R_on。R_on是影响最大输出功率的重要参数。

在相同条件下，耐压等级越高的器件其R_on值越大。另外，R_on随I_D的增加而增加，随U_GS的升高而减小。

②阈值电压U_T　沟道体区表面发生强反型所需的最低栅极电压称为VDMOS管的阈值电压。一般情况下将漏极短接条件下，I_D=1mA时的栅极电压定义为U_T。实际应用时，U_GS=（1.5～2.5）U_T，以利于获得较小的沟道压降。

U_T还与结温T_J有关，T_J升高，U_T将下降（大约T_J每增加45℃，U_T下降10％，其温度系数为-6.7mV/℃）。

③跨导g_m　跨导g_m定义为：

跨导表示U_GS对I_D的控制能力的大小。实际中高跨导的管子具有更好的频率响应。

④漏源击穿电压βU_DS　βU_DS决定了VDMOS的最高工作电压，它是为了避免器件进入雪崩区而设立的极限参数。

⑤栅源击穿电压βU_GS　βU_GS是为了防止绝缘栅层因栅源间电压过高而发生介电击穿而设立的参数。一般βU_GS=±20V。

⑥最大漏极电流I_DM　I_DM表征器件的电流容量。当U_GS=10V，U_DS为某一数值时，漏源间允许通过的最大电流称为最大漏极电流。

⑦最高工作频率fm　定义为：

式中　C_IN——器件的输入电容。

⑧开关时间t_on与t_off

a.开通时间：

t_on=t_d+t_r

延迟时间t_d：对应输入电压信号上升沿幅度为10％U_im到输出电压信号下降沿幅度为10％U_om的时间间隔。

上升时间t_r：对应输出电压幅度由10％U_o变化到90％U_om的时间，这段时间对应于U_i向器件输入电容充电的过程。

b.关断时间：

t_off=t_s+t_f

存储时间t_s：对应栅极电容存储电荷的消失过程。

下降时间t_f：在VDMOS管中，t_on和t_off都可以控制得比较小，因此器件的开关速度相当高。

VDMOS的开通时间和关断时间均为数十纳秒左右。VDMOS开关过程电压波形图如图2-25所示。

（4）电力场效应管的安全工作区

VDMOS的开关频率高，常处于动态过程，它的安全工作区分为三种情况。

①正向偏置安全工作区（FBSOA）　如图2-26所示，在正向偏置安全工作区有四条边界极限，其导通时间越短，最大功耗耐量越高。

a.漏源通态电阻限制线Ⅰ（由于通态电阻R_on大，因此器件在低压段工作时要受自身功耗的限制）。

b.最大漏极电流限制线Ⅱ。

c.最大功耗限制线Ⅲ。

d.最大漏源电压限制线Ⅳ。

②开关安全工作区（SSOA）　开关安全工作区（SSOA）反应VDMOS在关断过程中的参数极限范围，它由最大峰值漏极电流I_DM、最小漏源击穿电压βU_DS和最高结温T_JM所决定。

VDMOS的SSOA曲线如图2-27所示，曲线的应用条件是：结温T_J<150℃，t_on与t_off均小于1μs。

③换向安全工作区（CSOA）　换向安全工作区（CSOA）是器件寄生二极管或集成二极管反向恢复性能所决定的极限工作范围。如图2-28所示，在换向速度（寄生二极管反向电流变化率）一定时，CSOA由漏极正向电压U_DS（即二极管反向电压U_R）和二极管的正向电流的安全运行极限值I_FM来决定。

2.1.6　绝缘栅双极型晶体管

绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是兼具功率MOSFET高速开关特性和GTR的低导通压降特性两者优点的一种复合器件。由于IGBT的等效结构既具有GTR模式又有MOSFET的特点，所以称之为绝缘栅双极型晶体管。

IGBT于1982年开始研制，1986年投产，是发展最快而且很有前途的一种混合型器件。目前IGBT产品已系列化，最大电流容量达1800A，最高电压等级达4500V，工作频率达50kHz。

在电机控制、中频电源、各种开关电源以及其他高速低损耗的中小功率领域，IGBT取代了GTR和一部分MOSFET的市场。

（1）IGBT的结构

IGBT是在VDMOS管结构的基础上再增加一个P⁺层，形成了一个大面积的P⁺N⁺结J₁，和其他结J₂、J₃一起构成一个相当于是以GTR为主导器件、VDMOS为驱动器件的复合管，即一个相当于由VDMOS驱动的厚基区PNP型GTR。IGBT有三个电极：集电极C、发射极E和栅极G。IGBT的结构、简化等效电路及电气符号如图2-29所示。

（2）IGBT的工作原理

IGBT也属于场控器件，其驱动原理与电力MOSFET基本相同，是一种由栅极电压U_GE控制集电极电流I_C的栅控自关断器件（即场控全控型器件）。IGBT的伏安特性如图2-30所示。

①导通　当所加的栅极电压U_GE为正并大于开启电压U_GE（TH）时，MOSFET内形成导电沟道，并为等效的PNP型GTR提供基极电流，则IGBT导通。

导通压降：电导调制效应使得调制电阻R_B减小，使通态压降小（IGBT的管压降是P-MOSFET的1/10）。

②关断　栅射极间施加反向电压或不加电压时，MOSFET内管的导电沟道消失，GTR无基极电流，则IGBT关断。

【提示】

以上介绍的PNP型晶体管与N沟道MOSFET组合而成的IGBT称为N沟道IGBT，记为N-IGBT。对应的还有P沟道IG-BT，记为P-IGBT。N-IGBT和P-IGBT统称为IGBT。实际应用中以N沟道IGBT居多，如图2-31所示。

（3）IGBT的特性

①IGBT的伏安特性　IGBT的伏安特性是反映在一定的栅射极电压U_GE作用下，器件输出端电压U_CE与电流I_C的关系。

IGBT的伏安特性可分为截止区、有源放大区、饱和区和击穿区，如图2-32所示。在电力电子电路中，IGBT是在正向阻断区和饱和区之间来回转换的。

②IGBT的转移特性

a.IGBT开通。U_GE>U_GE（TH）（开启电压，是IGBT实现电导调制而导通的最低栅射电压，一般为3～6V）时，其输出电流I_C与驱动电压U_GE基本呈线性关系。

b.IGBT关断。U_GE<U_GE（TH）时，IGBT关断。

IGBT的转移特性曲线如图2-33所示。

③IGBT的开关特性　IGBT的开关特性如图2-34所示。IGBT的开关时间是GTR的1/10。

a.IGBT的开通过程。从正向阻断状态转换到正向导通的过程，称为IGBT的开通过程。

开通延迟时间t_d（on）：I_C从10％U_GEM到10％I_CM所需的时间。

电流上升时间t_r：I_C从10％I_CM上升至90％I_CM所需的时间。

开通时间t_on：t_on=t_d（on）+t_r。

b.IGBT的关断过程。IGBT的关断过程是从正向导通状态转换到正向阻断状态的过程。

关断时间t_off：t_off=t_d（off）+t_f。

关断延迟时间t_d（off）：从U_GE后沿下降到其幅值90％的时刻起，到I_C下降至90％I_CM所需的时间。

电流下降时间t_f：I_C从90％I_CM下降至10％I_CM所需的时间。

电流下降时间又可分为t_fi1和t_fi2。t_fi1为IGBT内部的MOSFET的关断过程，I_C下降较快；t_fi2为IGBT内部的PNP晶体管的关断过程，I_C下降较慢。

（4）IGBT的主要参数

①最大集射极间电压U_CEM：IGBT在关断状态时集电极和发射极之间能承受的最高电压（最高可达4500V以上）。

②通态压降（管压降）：指IGBT在导通状态时集电极和发射极之间的管压降（与电力MOSFET相比，IGBT的通态压降小得多，1000V的IGBT有2～5V的通态压降）。

③集电极电流最大值I_CM：IGBT的I_C增大，可致器件发生擎住效应，此时为防止发生擎住效应，规定了集电极电流最大值I_CM。

④最大集电极功耗P_CM：正常工作温度下允许的最大功耗。

（5）IGBT的检测

①引脚极性判别　首先将万用表拨在R×1k挡，测量时，若某一极与其他两极阻值为无穷大，调换表笔后该极与其他两极的阻值仍为无穷大，则判断此极为栅极（G）。其余两极再用万用表测量，若测得阻值为无穷大，调换表笔后测量阻值较小。在测量阻值较小的一次中，则判断红表笔接的为集电极（C），黑表笔接的为发射极（E）。

②IGBT管好坏的判别　将万用表拨在R×10k挡，用黑表笔接IGBT的集电极（C），红表笔接IGBT的发射极（E），此时万用表的指针在零位。用手指同时触及一下栅极（G）和集电极（C），这时IGBT被触发导通，万用表的指针摆向阻值较小的方向，并能稳定指示在某一位置。然后再用手指同时触及一下栅极（G）和发射极（E），这时IGBT被阻断，万用表的指针回零，此时即可判断IGBT是好的。

【提示】

指针式万用表均可用于检测IGBT。注意判断IGBT好坏时，一定要将万用表拨在R×10k挡，因R×1k挡以下各挡万用表内部电池电压太低，检测好坏时不能使IGBT导通，而无法判断IGBT的好坏。

上述方法同样也可以用于检测功率场效应晶体管（P-MOSFET）的好坏。

2.1.7　静电感应晶体管

静电感应晶体管（SIT）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、抗辐射能力强等优点，广泛用于高频感应加热设备（例如200kHz、200kW的高频感应加热电源），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等领域。

（1）SIT的结构及种类

SIT为三层结构，其元胞结构图如图2-35（a）所示，三个电极分别为栅极G、漏极D和源极S，其表示符号如图2-35（b）所示。

SIT分N沟道、P沟道两种，箭头向外的为N-SIT，箭头向内的为P-SIT。

（2）SIT的工作原理

SIT为常开器件，即栅源电压为零时，两栅极之间的导电沟道使漏极D-S之间导通，则SIT导通；当加上负栅源电压U_GS时，栅源间PN结产生耗尽层。随着负偏压U_GS的增加，其耗尽层加宽，漏源间导电沟道变窄。当U_GS=U_P（夹断电压）时，导电沟道被耗尽层夹断，则SIT关断。

SIT的漏极电流I_D不但受栅极电压U_GS控制，同时还受漏极电压U_DS控制。

SIT采用垂直导电结构，其导电沟道短而宽，适应于高电压、大电流的场合。

SIT是短沟道多子器件，无电荷积累效应，它的开关速度相当快，适应于高频场合。

（3）SIT的特性

N沟道SIT的静态伏安特性曲线如图2-36所示。

①当栅源电压U_GS一定时，随着漏源电压U_DS的增加，漏极电流I_DS也线性增加，其大小由SIT的通态电阻所决定。

②SIT的漏极电流具有负温度系数，可避免因温度升高而引起的恶性循环。

③SIT的漏极电流通路上不存在PN结，一般不会发生热不稳定性和二次击穿现象，其安全工作区范围较宽，如图2-37所示。

④SIT的栅极驱动电路比较简单，关断SIT需加数十伏的负栅压-U_GS，使SIT导通，也可以加5～6V的正栅偏压+U_GS，以降低器件的通态压降。

2.1.8　静电感应晶闸管

静电感应晶闸管SITH与GTO相比，SITH具有通态电阻小、通态压降低、开关速度快、损耗小及耐量高等优点，可应用在直流调速系统、高频加热电源和开关电源等领域。

（1）SITH的结构

在SIT的结构的基础上再增加一个P⁺层即形成了SITH的元胞结构，如图2-38（a）所示。SITH有三个电极：阳极A、阴极K、栅极G，如图2-38（b）所示。

（2）SITH的工作原理

栅极开路，在阳极和阴极之间加正向电压，有电流流过SITH，即SITH导通。

在栅极G和阴极K之间加负电压，G-K之间PN结反偏，在两个栅极区之间的导电沟道中出现耗尽层，A-K间电流被夹断，SITH关断。

栅极所加的负偏压越高，可关断的阴极电流也越大。

（3）SITH的特性

SITH的静态伏安特性曲线如图2-39所示。

特性曲线的正向偏置部分与SIT相似。栅极负压-U_GK可控制阳极电流关断，已关断的SITH，A-K间只有很小的漏电流存在。

SITH为场控少子器件，其动态特性比GTO优越。SITH的电导调制作用使它比SIT的通态电阻小、压降低、电流大；但因器件内有大量的存储电荷，所以它的关断时间比SIT要长、工作频率要低。

2.1.9　MOS控制晶闸管

（1）MOS控制晶闸管（MCT）的结构

MCT是在SCR结构中集成一对MOSFET构成的，通过MOSFET来控制SCR的导通和关断。使MCT导通的MOSFET称为ON-FET，使MCT关断的MOSFET称为OFF-FET。三个电极称为栅极G、阳极A和阴极K。

MCT的元胞有两种结构类型，一种为N-MCT，另一种为P-MCT。如图2-40（a）所示为P-MCT的典型结构，图2-40（b）为其等效电路，图2-40（c）是它的表示符号（N-MCT的表示符号箭头反向）。

【提示】

对于N-MCT管，要将图2-40中各区的半导体材料用相反类型的半导体材料代替，并将上方的阳极变为阴极，而下方的阴极变为阳极。

（2）P-MCT的工作原理

①控制信号：用双栅极控制，栅极信号以阳极为基准。

②导通：当栅极相对于阳极加负脉冲电压时，ON-FET导通，其漏极电流使NPN晶体管导通。NPN晶体管的导通又使PNP晶体管导通且形成正反馈触发过程，最后导致MCT导通。

③关断：当栅极相对于阳极施加正脉冲电压时，OFF-FET导通，PNP晶体管基极电流中断，PNP晶体管中电流的中断破坏了使MCT导通的正反馈过程，于是MCT被关断。

a.导通的MCT中晶闸管流过主电流，而触发通道只维持很小的触发电流。

b.使P-MCT触发导通的栅极相对阳极的负脉冲幅度一般为-5～-15V，使其关断的栅极相对于阳极的正脉冲电压幅度一般为+10V。

对于N-MCT管，其工作原理刚好相反。

（3）MCT的特性

MCT兼有MOS器件和双极型器件的优点。

①阻断电压高（达3000V）、峰值电流大（达1000A）、最大可关断电流密度为6000A/cm²。

②通态压降小（为IGBT的1/3，约2.1V）。

③开关速度快、损耗小，工作频率可达20kHz。

④极高的du/dt和di/dt耐量（du/dt耐量达20kV/μs，di/dt耐量达2kA/μs）。

⑤工作允许温度高（达200℃以上）。

⑥驱动电路简单。

⑦安全工作区：MCT无正偏安全工作区，只有反偏安全工作区RBSOA，如图2-41所示。

RBSOA与结温有关，反映MCT关断时电压和电流的极限容量。

⑧保护装置：MCT可用简单的熔断器进行短路保护。因为当工作电压超出RBSOA时器件会失效，但当峰值可控电流超出RBSOA时，MCT不会像GTO那样损坏，只是不能用栅极信号关断。

2.1.10　功率模块与功率集成电路

（1）功率模块

20世纪80年代中后期开始，电力电子器件出现了模块化趋势。

功率电子电力器件是将多个器件按一定的功能组合再灌封成一个模块，称为功率模块。

功率模块可缩小装置体积，降低成本，提高可靠性。对工作频率高的电路，采用功率模块可大大减小线路电感，从而简化对保护和缓冲电路的要求。

智能功率模块（Intelligent Power Module，IPM）是以IGBT为内核的先进混合集成功率部件，由高速低功耗管芯（IGBT）和优化的门极驱动电路，以及快速保护电路构成。IPM内的IGBT管芯都选用高速型的，而且驱动电路紧靠IGBT，驱动延时小，所以IPM开关速度快，损耗小。IPM内部集成了能连续检测IGBT电流和温度的实时检测电路，当发生严重过载甚至直接短路，以及温度过热时，IGBT将被有控制地软关断，同时发出故障信号。此外IPM还具有桥臂对管互锁、驱动电源欠压保护等功能。尽管IPM价格高一些，但由于集成的驱动、保护功能使IPM与单纯的IGBT相比具有结构紧凑、可靠性高、易于使用等优点。

（2）功率集成电路

功率集成电路是指将高压功率器件与信号处理系统及外围接口电路、保护电路、检测诊断电路等集成在同一芯片上的集成电路，简称PIC。以往，一般将其分为智能功率集成电路和高压集成电路两类。但随着PIC的不断发展，两者在工作电压和器件结构上都难以严格区分，已习惯于将它们统称为智能功率集成电路或功率IC。PIC是实现机电一体化的关键接口电路，它将信息采集、处理与功率控制合一，是引发第二次电子革命的关键技术。

类似功率集成电路的还有许多名称，但实际上各有侧重。

高压集成电路：High Voltage IC，简称HVIC，一般指横向高压器件与逻辑或模拟控制电路的单片集成。

智能功率集成电路：Smart Power IC，简称SPIC，一般指纵向功率器件与逻辑或模拟控制电路的单片集成。

智能功率模块：Intelligent Power Module，简称IPM，专指IGBT及其辅助器件与其保护和驱动电路的单片集成，也称智能IGBT。