第四讲+电力电子器件3

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1、电力电子器件_GTR、电力MOSFET、IGBT电力电子技术PowerElectronicTechnology3.7电力晶体管GTR术语用法：电力晶体管（GiantTransistor——GTR，直译为巨型晶体管）耐高电压、大电流的双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor——BJT），英文有时候也称为PowerBJT在电力电子技术的范围内，GTR与BJT这两个名称等效应用20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代4.1GTR的结构和工作原理GTR的结构和工作原理(图1-15）与普通的双极

2、结型晶体管基本原理是一样的主要特性是耐压高、电流大、开关特性好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采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成4.1GTR的结构和工作原理一般采用共发射极接法，集电极电流ic与基极电流ib之比为（1-9）——GTR的电流放大系数，反映了基极电流对集电极电流的控制能力当考虑到集电极和发射极间的漏电流Iceo时，ic和ib的关系为ic=ib+Iceo（1-10）产品说明书中通常给直流电流增益hFE——在直流工作情况下集电极电流与基极电流之比。一般可认为hFE单管GTR的值比小功率的晶体管小得多，通常为10左右，采用达林顿

3、接法可有效增大电流增益4.1GTR的基本特性(1)静态特性共发射极接法时的典型输出特性：截止区、放大区和饱和区在电力电子电路中GTR工作在开关状态，即工作在截止区或饱和区在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，要经过放大区图1-16共发射极接法时GTR的输出特性4.1GTR的基本特性td延迟时间tr上升时间ts存储时间tf下降时间开通过程延迟时间td和上升时间tr，二者之和为开通时间tontd主要是由发射结势垒电容和集电结势垒电容充电产生的。增大ib的幅值并增大dib/dt，可缩短延迟时间，同时可缩短上升时间，从而加快开通过程4.1GTR的基本特性关断过程储存时

4、间ts和下降时间tf，二者之和为关断时间toffts是用来除去饱和导通时储存在基区的载流子的，是关断时间的主要部分减小导通时的饱和深度以减小储存的载流子，(负面作用是会使集电极和发射极间的饱和导通压降Uces增加，从而增大通态损耗)，或者增大基极抽取负电流Ib2的幅值和负偏压，可缩短储存时间，从而加快关断速度GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多4.1GTR的主要参数前已述及：电流放大倍数、直流电流增益hFE、集射极间漏电流Iceo、集射极间饱和压降Uces、开通时间ton和关断时间toff此外还有,1)最高工作电压GTR上电压超过规定值时会发生击

5、穿击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比BUceo低得多BUceo为基极开路时，c和e之间的击穿电压。4.1GTR的主要参数2)集电极最大允许电流IcM实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一点3)集电极最大耗散功率PcM最高工作温度下允许的耗散功率产品说明书中给PcM时同时给出壳温TC，间接表示了最高工作温度4.1GTR的二次击穿现象与安全工作区一次击穿集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大，出现雪崩击穿只要Ic不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变二次击穿一次击穿发生时，如果继续增高外接电

6、压，则Ic继续增大，当达到某个临界点时，Uce会突然降低至一个小值，同时导致Ic急剧上升，这种现象称为二次击穿；二次击穿的持续时间很短，一般在纳秒至微秒范围，常常立即导致器件的永久损坏。将不同基极电流下二次击穿的临界点连接起来，就构成二次击穿临界线，其反映二次击穿功率PSB。4.1GTR的二次击穿现象与安全工作区安全工作区（SafeOperatingArea——SOA）最高电压UceM、集电极最大电流IcM、最大耗散功率PcM、二次击穿临界线限定图1-18GTR的安全工作区最高工作电压集电极最大允许电流最大耗散功率二次击穿功耗4.2电力场效应晶体管也分为结型和绝缘栅

7、型（类似小功率FieldEffectTransistor——FET）但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（MetalOxideSemiconductorFET）简称电力MOSFET（PowerMOSFET）按导电沟道可分为P沟道和N沟道耗尽型——当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道增强型——对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道电力MOSFET主要是增强型,以N沟道居多结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（StaticInductionTransistor——SIT）4.2电力MOSFET的结构和工作原理图1-19电力MOSFET电气