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這兩個名稱等效。2、應(yīng)用場合：20世紀(jì)80年代以來，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 共發(fā)射極接法時可分為三個工作區(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。 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PN結(jié)都為正向偏置是飽和的特征。飽和時，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)入飽和時為臨界飽和，如iB繼續(xù)增加，則為過飽和，用作開關(guān)時，應(yīng)工作在深度飽和狀態(tài)，這有利于降低UCE和減小導(dǎo)通時的損耗。 2)動態(tài)特性 開通過程 延遲時間td和上升時間tr，二者之和為開通時

3、間ton。 td主要是由發(fā)射結(jié)勢壘電容和集電結(jié)勢壘電容充電產(chǎn)生的。增大ib的幅值并dib/dt，可縮短延遲時間，同時可縮短上升時間，從而加快開通過程由于管子結(jié)電容和儲存電荷的存在，開關(guān)過程不是瞬時完成的。GTR開通時需要經(jīng)過延時時間和上升時間，二者之和為開通時間;關(guān)斷時需要經(jīng)過儲存時間和下降時間，二者之和為關(guān)斷時間。 實際應(yīng)用中，在開通GTR時，加大驅(qū)動電流i b和其上升率，可減小td和tr ，但電流也不能太大，否則會由于過飽和而增大t s。在關(guān)斷GTR時，加反向基極電壓可加速存儲電荷的消散，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的開關(guān)速度，可選用結(jié)電容比較小的快速開

4、關(guān)管，還可用加速電容來改善GTR的開關(guān)特性。在GTR的基極電阻兩端并聯(lián)一個電容，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)斷過程 儲存時間ts和下降時間tf，二者之和為關(guān)斷時間toffts是用來除去飽和導(dǎo)通時儲存在基區(qū)的載流子的，是關(guān)斷時間的主要部分減小導(dǎo)通時的飽和深度以減小儲存的載流子，或者增大基極抽取負(fù)電流Ib2的幅值和負(fù)偏壓，可縮短儲存時間，從而加快關(guān)斷速度。負(fù)面作用是會使集電極和發(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，發(fā)生雪崩效防止二次擊穿的辦法是：應(yīng)使實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(二次擊