電力晶體管工作原理特性與主要參數(shù)教案

1、 電力電子技術(shù) 教 案教學(xué) 主 要內(nèi)容備注任務(wù)一 認(rèn)識(shí)GTR子任務(wù)一 電力晶體管工作原理、特性與主要參數(shù)一、電力晶體管基本知識(shí)1、定義：電力晶體管（GTR，直譯為巨型晶體管）。耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管。在電力電子技術(shù)的范圍內(nèi)，GTR與BJT這兩個(gè)名稱等效。2、應(yīng)用場(chǎng)合：20世紀(jì)80年代以來(lái)，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代。3、電力晶體管及其工作原理 與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的。主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好。通常采用至少由兩個(gè)晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)。采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成 。 4、電力晶體管的特性

2、1)靜態(tài)特性圖2 共發(fā)射極接法時(shí)GTR的靜態(tài)特性 共發(fā)射極接法時(shí)可分為三個(gè)工作區(qū)： 截止區(qū)。在截止區(qū)內(nèi)，iB0，uBE0，UBC0，集電極只有漏電流流過(guò)。 放大區(qū)。iB0，UBE0，UBC0，iC=iB。 飽和區(qū)。iBIcs/，UBE0，UBC0，iCS是集電極飽和電流，其值由外電路決定。 結(jié)論：兩個(gè)PN結(jié)都為正向偏置是飽和的特征。飽和時(shí)，集電極、發(fā)射極間的管壓降UCE很小，相當(dāng)于開關(guān)接通，這時(shí)盡管電流電力晶體管很大，但損耗并不大。GTR剛進(jìn)入飽和時(shí)為臨界飽和，如iB繼續(xù)增加，則為過(guò)飽和，用作開關(guān)時(shí)，應(yīng)工作在深度飽和狀態(tài)，這有利于降低UCE和減小導(dǎo)通時(shí)的損耗。 2)動(dòng)態(tài)特性 開通過(guò)程 延遲時(shí)間

3、td和上升時(shí)間tr，二者之和為開通時(shí)間ton。 td主要是由發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容和集電結(jié)勢(shì)壘電容充電產(chǎn)生的。增大ib的幅值并dib/dt，可縮短延遲時(shí)間，同時(shí)可縮短上升時(shí)間，從而加快開通過(guò)程由于管子結(jié)電容和儲(chǔ)存電荷的存在，開關(guān)過(guò)程不是瞬時(shí)完成的。GTR開通時(shí)需要經(jīng)過(guò)延時(shí)時(shí)間和上升時(shí)間，二者之和為開通時(shí)間;關(guān)斷時(shí)需要經(jīng)過(guò)儲(chǔ)存時(shí)間和下降時(shí)間，二者之和為關(guān)斷時(shí)間。 實(shí)際應(yīng)用中，在開通GTR時(shí)，加大驅(qū)動(dòng)電流i b和其上升率，可減小td和tr ，但電流也不能太大，否則會(huì)由于過(guò)飽和而增大t s。在關(guān)斷GTR時(shí)，加反向基極電壓可加速存儲(chǔ)電荷的消散，減少ts ，但反向電壓不能太大，以免使發(fā)射結(jié)擊穿。為了提高GTR的

4、開關(guān)速度，可選用結(jié)電容比較小的快速開關(guān)管，還可用加速電容來(lái)改善GTR的開關(guān)特性。在GTR的基極電阻兩端并聯(lián)一個(gè)電容，利用換流瞬間其上電壓不能突變的特性，也可改善管子的開關(guān)特性。 關(guān)斷過(guò)程 儲(chǔ)存時(shí)間ts和下降時(shí)間tf，二者之和為關(guān)斷時(shí)間toffts是用來(lái)除去飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存在基區(qū)的載流子的，是關(guān)斷時(shí)間的主要部分減小導(dǎo)通時(shí)的飽和深度以減小儲(chǔ)存的載流子，或者增大基極抽取負(fù)電流Ib2的幅值和負(fù)偏壓，可縮短儲(chǔ)存時(shí)間，從而加快關(guān)斷速度。負(fù)面作用是會(huì)使集電極和發(fā)射極間的飽和導(dǎo)通壓降Uces增加，從而增大通態(tài)損耗 GTR的開關(guān)時(shí)間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多。5、 電力晶體管-主要參數(shù) 1)最高工作電壓 2)集電極最大允許電流ICM 3)集電極最大允許耗散功率PCM 4)最高工作結(jié)溫TJM6、二次擊穿和安全工作區(qū) 1)二次擊穿 二次擊穿是影響GTR安全可靠工作的一個(gè)重要因素。二次擊穿是由于集電極電壓升高到一定值(未達(dá)到極限值)時(shí)，發(fā)生雪崩效防止二次擊穿的辦法是：應(yīng)使實(shí)際使用的工作電壓比反向擊穿電壓低得多。必須有電壓電流緩沖保護(hù)措施。 2)安全工作區(qū)電力晶體管流極限參數(shù)ICM、PCM、UCEM構(gòu)成的工作區(qū)為一次擊穿工作區(qū)，以USB(二次擊穿電壓)與ISB(二次