1、电子技术论坛 电力电子技术 第一章电力电子器件 复习 晶闸管的特性晶闸管的主要参数晶闸管的门极驱动电路和缓冲电路晶闸管的派生器件 作业 第五节其他新型电力电子器件 全控型器件 1 5 1电力晶体管 GTR 1 5 2可关断晶闸管 GTO 1 5 3功率场效应晶体管MOSFET1 5 4IGBT1 5 5功率集成电路及其他 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 双极型功率晶体管BJT的容量水平已达1 8kV lkA 频率为20kHz 在电
2、力电子技术的范围内 GTR与BJT这两个名称等效 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 术语用法 一 电力晶体管GTR BJT 应用 与普通的双极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 1 GTR的结构 a 内部结构断面示意图b 电气图形符号c 内部载流子的流动 在应用中 GTR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 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
3、的漏电流Iceo时 ic和ib的关系为ic ib Iceo单管GTR的 值比小功率的晶体管小得多 通常为10左右 采用达林顿接法可有效增大电流增益 2 GTR和工作原理 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 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 图共发射极接法时GTR的输出特性 3 GTR的基本特性 开通过程延迟时间td和上升时间tr 二者之和为开通时间ton 加快开通过程的办法 关断过程储存时间ts和下降时间tf 二者之和为关断时间toff 加快关断速度的办法 GTR的开关时间在几微秒以内 比晶闸管和GTO
4、都短很多 GTR的开通和关断过程电流波形 2 动态特性 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 Ucbo Ucex Uces Ucer uceo 实际使用时 最高工作电压要比Uceo低得多 4 GTR的主要参数 通常规定为hFE下降到规定值的1 2 1 3时所对应的Ic 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 2 集电极最大允许电流IcM 一次击穿 集电极电压升高至击穿电压时 Ic迅速增大 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 Ic突然急剧上升 电压陡然下降 常常立即导致器件的永久损坏 或者工作特性明显衰变 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 GTR的二次击穿现象与安全工作区 小结 电力晶体管GTR的结构与工作原理GTR的特性与主要参数GTR的击穿与安全工作区
