《汽车功率电子基础》课件 第3章 器件工作原理

汽车功率电子基础 — 第3章 器件工作原理
3.2 功率晶体管－结构
双极晶体管BJT
NPN
PNP
特点：
功率晶体管
杂质浓度：E最高、B次之、 C最低；
少子和多子均参加电流传 输工作；
基极电流控制方式，电流 放大。
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3.2 功率晶体管－工作原理
特点： E区发射电子并注入B区； B区传输电子并少量复合； C区收集电子。
3.1 功率二极管－反向恢复特性
指标
特点： 反向恢复电荷区； 反向电流峰值后至稳定； 整流功率二极管的反向 恢复过程时间可达us级； 电荷存储效应。
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3.1 功率二极管－模型
iD
I
s
exp
uD nUT
1
式中： Is—反向饱和电流； UT—温度的电压当量； n—非理想化因子。
二次击穿 集电极发生一次击穿后，集 电极反向偏压进一步增大， 集电极电流增大到某一临界 值时，晶体管的集电极－发 射极电压突然降低，然而集 电极电流继续增长，这个现 象称为晶体管的二次击穿。 可能为热击穿或雪崩击穿， 造成晶体管的毁坏。
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3.2 功率晶体管－开关特性
3.1 功率二极管－动态特性
2个过程：正向恢复、反向恢复； 2个效应：电导调制、电荷存储。
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3.1 功率二极管－正向恢复特性
特点： 电压尖峰后下降至稳定； 电流无超调上升至稳定； 动态过程时间可达ns级； 电导调制效应。
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➢ 功率半导体器件的分类
不可控器件、半控型器件、全控型器件。
控
检测电路
制 电
驱动电路
路
保护电路
主控电路
电气隔离 主电路
功率半导体器件的电路作用
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功率半导体器件引言－发展历史
电子 真空管
晶体管
晶闸管
Power MOSFET
IGBT SiC/GaN
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 t/年
初始期
半控期
全控期
水银汞 弧整流
器
水银汞 弧可控 整流器
GTO
IGCT
功率电子技术的发展史是以功率半导体器件的发展史为纲的。
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功率半导体器件引言－器件比较
功 率
开关频率/ Hz
*R.Uchida and T.Yamada, Power electronics for high-power applications in the 21st century, IEEE2000。
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第3章 器件工作原理
讲师：XXX
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目录
功率半导体器件引言 3.1 功率二极管 3.2 功率晶体管 3.3 晶闸管SCR 3.4 功率MOSFET 3.5 绝缘栅双极晶体管IGBT 3.6 宽禁带器件
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功率半导体器件引言
➢ 器件特点 ➢ 发展历史 ➢ 器件比较
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功率半导体器件引言－器件特点
➢ 功率半导体器件的特点
（1）功率远大于一般用于信号处理的电子器件； （2）具有处理大电流或高电压的能力； （3）开关工作（一般小于100kHz）； （4）需要由信息电子电路来控制； （5）散热大，需要散热装置。
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3.1 功率二极管－参数
正向导通平均电流IFAV
导通阈值VTO
正向导通有效值电流IFRMS 正向导通压降VF
可重复反向峰值电压VRRM 反向饱和电流IRD
最高工作结温Tj
反向恢复电流峰值IRRD
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3.1 功率二极管－曲线
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3.2 功率晶wenku.baidu.com管－典型功率晶体管参数
漏电流
集电极发射极饱和电压 输入电流 输入电压
开关时间
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3.2 功率晶体管－问题
1）如果一只功率晶体管 的请通问态根时据间图为示开tsat关(on)时， 间，功率晶体管的最 大工作频率是多少如 何计算？
特点：
延迟时间td 上升时间tr 存储时间ts 下降时间tf 开通时间ton 关断时间toff
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3.2 功率晶体管－安全工作区
Ic / A I cm Pcm
BVceo Vce / V
安全工作区SOA
功率晶体管工作可靠而不发生损坏的工作电流和电压区域。通常指电流 极限线、电压极限线、最大功耗线、二次击穿线所限定的区域。
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3.2 功率晶体管－输出特性
II
III
特点：
I 共射极输出特性曲线
Ⅰ区, 截止状态；
Ⅱ区，非饱和区，电导调制效应；
Ⅲ区，饱和区，电流温度，放大电流随基极电流增大而提高。
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3.2 功率晶体管－击穿特性
一次击穿 当集电极反向偏置电压增大到某一数值时，集电极电流急 剧增加，出现击穿现象，称为晶体管的一次击穿。
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3.1 功率二极管－问题
1）功率二极管的工作频率相关的主要因素是 （A）工作电流 （B）反向恢复电荷 （C）工作电压 （D）结温
2）为什么？
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3.2 功率晶体管
（1）结构 （2）电流放大 （3）输出特性 （4）击穿特性 （5）开关特性 （6）安全工作区 （7）典型应用
/W
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3.1 功率二极管
（1）结构 （2）瞬态 （3）模型 （4）参数 （5）应用
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3.1 功率二极管－结构
重掺杂的p+型区 一般掺杂的p型区 轻掺杂的n-型区 重掺杂的n+型区
高 击穿电压
低接触电阻
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3.3 晶闸管
（1）SCR基本结构 （2）SCR工作原理 （3）SCR伏安特性 （4）SCR开关特性 （5）GTO介绍 （6）重要参数 （7）小结