几种全控型晶体管讲解

1.3.1 门极可关断晶闸管
? GTO的导通过程与普通晶闸管是一样的， 只不过导通时饱和程度较浅。
? 而关断时，给门极加负脉冲，即从门极抽 出电流，当两个晶体管发射极电流 IA和IK的
减小使? 1+? 2<1时，器件退出饱和而关断。
? GTO的多元集成结构使得其比普通晶闸管 开通过程更快，承受di/dt的能力增强。
? GTO 也可等效成两个晶体管 P1N1P2和N1P2N2互连 ，GTO 与晶闸管最大区别就是导通后回路增益 α1+α2 数 值 不 同 ， 其 中 α1 和 α2 分 别 为 P1N1P2 和 N1P2N2 的共基极电流放大倍数。晶闸管的回路增 益α1+α2常为 1.15左右，而 GTO 的α1+α2非常接近 1 。因而 GTO 处于临界饱和状态。这为门极负脉冲 关断阳极电流提供有利条件。
dt
30 ? s
11
? I GM
?
( 8
?
3 ) I AT0
4、主要参数 (简介)
与晶闸管不同的参数。 （1）最大可关断阳极电流IATO
? （2）关断增益? off
? （3）阳极尖峰电压 ? （4）维持电流 ? （5）擎住电流
1.3.1 门极可关断晶闸管
■GTO的主要参数 ◆GTO的许多参数都和普通晶闸管相应的参数意义相同。 ◆最大可关断阳极电流 IATO ? 用来标称GTO额定电流。
? GTO 的关断过程有三个不同的时间，即存储时间 ts、下降 时间tf及尾部时间tt。
? 存储时间ts ：对应着从关断过程开始，到阳极电流开始下 降到90% IA为止的一段时间间隔。
? 下降时间tf ：对应着阳极电流迅速下降，阳极电压不断上 升和门极反电压开始建立的过程。
? 尾部时间tt ：则是指从阳极电流降到极小值时开始，直到 最终达到维持电流为止的时间。
1.3 典型全控型器件
1.3.1 门极可关断晶闸管 1.3.2 功率晶体管 1.3.3 功率场效应晶体管 1.3.4 绝缘栅双极晶体管
1.3 典型全控型器件 ·引言
■门极可关断晶闸管在晶闸管问世后不久出现。 ■20世纪80年代以来，功率电子技术进入了一个 崭新时代。 ■典型代表 ——门极可关断晶闸管、功率晶体管、 功率场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。
图2-14 GTO 的内部结构和电气图形符号 a) 各单元的阴极、门极间隔排列的图形 b) 并联单元结构断面示意图 c) 电气图形符号
1.3.1 门极可关断晶闸管
图2-8 晶闸管的双晶体管模型 及其工作原理
a) 双晶体管模型 b) 工作原理
◆GTO 的工作原理
? 仍然可以用如图2-8所示的双晶体 管模型来分析，V1、V2的共基极电流
? GTO的关断特性 (开关电压、电流及门极电流波形)
UA
U AM
0 .9U A
du / dt
(a)
0
UP
图1-16
td tr iA
IA
t
0 .9 I A
di / dt
(b)
0
ts tf
iG
t on
t off
tt
t
d iG
UG
? 5A / ? s
ig
dt
UG
0
(c)
10 ~ 60 ? s
t
d i G ? 10 A / ? s
tt
d
r
t
tt t
s
f
t
? 门极负脉冲电流幅
值越大，前沿越陡， ts
10% I A
就越短。使门极负脉冲
0t t t
0
1
2
t t ttt
3
4
5
6
的后沿缓慢衰减，在tt 阶段仍能保持适当的 负
图2-15 GTO 的开通和关断过程电流波形
电压，则可以缩短尾部
时间。
图1-15
图1-15
图1-15
2、GTO 的工作原理 （1）开通过程
1.3.1 门极可关断晶闸管
■GTO的动态特性
i
◆开通过程与普通晶闸 G
等效晶体管从饱 和区退至放大区，
残存载 流子复
管类似。
阳极电流逐渐减 小时间
合所需 Biblioteka Baidu间
◆关断过程
O
? 储存时间ts
下降时间tf
尾部时间tt
i
而?tt比通t常s要tf长比。ts小得多，
A
I
A
90% I A
抽取饱和导通时 储存的大量载流 子的时间
（2）关断过程
? 当GTO 已处于导通状态时，对门极加负的关断脉冲，形 成－ IG ，相当于将 IC1 的电流抽出，使晶体管 N1P2N2的基 极电流减小，使 IC2 和IK 随之减小， IC2 减小又使 IA和IC1 减 小，这是一个正反馈过程。当 IC2和IC1的减小使α1+α2<1时 ，等效晶体管 N1P2N2和P1N1P2退出饱和， GTO 不满足维 持导通条件，阳极电流下降到零而关断。
? 由于 GTO 处于临界饱和状态，用抽走阳极电流的方法破 坏临界饱和状态，能使器件关断。而晶闸管导通之后，处 于深度饱和状态，用抽走阳极电流的方法不能使其关断。
11.3、.2阳G极T伏O安的特特性性和主要参数 (简介)
2、开通特性
? 开通时间ton由延迟时间td和上升时间tr组成
3、关断特性
? 储存时间随阳极电流的增大而增大，下降时间一般小于2? s。
■不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管。当需要承受反向电 压时，应和功率二极管串联使用。
增益分别是? 1、? 2。? 1+? 2=1是器件临
界导通的条件，大于 1导通，小于1则 关断。
? GTO 与普通晶闸管的不同
√设计? 2较大，使晶体管V2控制 灵
敏，易于GTO 关断。
√导通时? 1+? 2更接近1，导通时接
近临界饱和，有利门极控制关断，但 导通时管压降增大。
√多元集成结构，使得P2基区横向 电阻很小，能从门极抽出较大电流。
◆电流关断增益 ? off
? 最大可关断阳极电流IATO 与门极负脉冲电流最大值IGM之比。
? ?off 一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。
◆开通时间ton ? 延迟时间与上升时间之和。
? 延迟时间一般约1~2? s，上升时间则随通态阳极电流值的增大而
增大。 ◆关断时间toff
? 一般指储存时间和下降时间之和，而不包括尾部时间。
功率 MOSFET
IGBT 单管及模块
1.3.1 门极可关断晶闸管
■晶闸管的一种派生器件，但
可以通过在门极施加负的脉冲 电流使其关断，因而属于 全控 型器件。
■GTO的结构和工作原理 ◆GTO的结构 ? 是PNPN四层半导体结 构。 ? 是一种多元的功率集成 器件，虽然外部同样引出个 极，但内部则包含数十个甚 至数百个共阳极的小GTO 元，这些GTO元的阴极和门 极则在器件内部并联在一起。