电力晶体管工作原理特性与主要参数教案

1、 电力电子技术 教 案教学 主 要内容备注任务一 认识GTR子任务一 电力晶体管工作原理、特性与主要参数一、电力晶体管基本知识1、定义：电力晶体管（GTR，直译为巨型晶体管）。耐高电压、大电流的双极结型晶体管。在电力电子技术的范围内，GTR与BJT这两个名称等效。2、应用场合：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。3、电力晶体管及其工作原理 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 。 4、电力晶体管的特性

2、1)静态特性 共发射极接法时可分为三个工作区： 截止区。在截止区内，iB0，uBE0，UBC0，集电极只有漏电流流过。 放大区。iB0，UBE0，UBC0，iC=iB。 饱和区。iBIcs/，UBE0，UBC0，iCS是集电极饱和电流，其值由外电路决定。 结论：两个PN结都为正向偏置是饱和的特征。饱和时，集电极、发射极间的管压降UCE很小，相当于开关接通，这时尽管电流电力晶体管很大，但损耗并不大。GTR刚进入饱和时为临界饱和，如iB继续增加，则为过饱和，用作开关时，应工作在深度饱和状态，这有利于降低UCE和减小导通时的损耗。 2)动态特性 开通过程 延迟时间td和上升时间tr，二者之和为开通时

3、间ton。 td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，从而加快开通过程由于管子结电容和储存电荷的存在，开关过程不是瞬时完成的。GTR开通时需要经过延时时间和上升时间，二者之和为开通时间;关断时需要经过储存时间和下降时间，二者之和为关断时间。 实际应用中，在开通GTR时，加大驱动电流i b和其上升率，可减小td和tr ，但电流也不能太大，否则会由于过饱和而增大t s。在关断GTR时，加反向基极电压可加速存储电荷的消散，减少ts ，但反向电压不能太大，以免使发射结击穿。为了提高GTR的开关速度，可选用结电容比较小的快速开

4、关管，还可用加速电容来改善GTR的开关特性。在GTR的基极电阻两端并联一个电容，利用换流瞬间其上电压不能突变的特性，也可改善管子的开关特性。 关断过程 储存时间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，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。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 GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多。5、 电力晶体管-主要参数 1)最高工作电压 2)集电极最大允许电流ICM 3)集电极最大允许耗散功率PCM 4)最高工作结温TJM6、二次击穿和安全工作区 1)二次击穿 二次击穿是影响GTR安全可靠工作的一个重要因素。二次击穿是由于集电极电压升高到一定值(未达到极限值)时，发生雪崩效防止二次击穿的办法是：应使实际使用的工作电压比反向击穿电压低得多。必须有电压电流缓冲保护措施。 2)安全工作区电力晶体管流极限参数ICM、PCM、UCEM构成的工作区为一次击穿工作区，以USB(二次击穿电压)与ISB(二次击