电力电子半导体器件GTR ppt课件
合集下载
电力电子半导体器件(GTR)
第四章 电力晶体管
§4.1 GTR结构
双极型大功率、高反压晶体管——GTR （巨型晶体管） Giant Transistor 三层半导体材料，两个PN结(NPN型、PNP型)。
一、工艺特点
三重扩散；叉指型基极和发射极； 特点：发射区高浓度掺杂
基区很薄（几um—几十um）
N-掺杂浓度低，提高耐压能力 N+集电区收集电子
TC=250C VCE=2V
TC=250C，VCE=－2V
③管子温度相同时，VCE越大，β越大。
④β随温度增加而增加，大电流下，β随温度增加而减小。
⑤GTR反接时，β很小。
4．最大额定值——极限参数 由GTR材料、结构、设计水平、制造工艺决定。
①最高电压额定值： BVCEO，BVCBO，BVCES，BVCER，BVCEX
③快速保护功能： GTR故障时，自动关断基极驱动信号，保护GTR。 如:抗饱和、退抗饱和、过流、过压、过热、脉宽限制、 智能化自保护能力。
二、基极驱动电路基本形式
（一）恒流驱动电路：
基极电流恒定，不随IC电流变化而变化。 IB > ICmax / β 问题:空载、轻载时，饱和深度加剧，存储时间大，关断时间长。 改进：1．抗饱和电路（贝克嵌位电路）
③最高结温TJM 塑封，硅管：1250～1500C； 金属封装，硅管：1500～1750C； 高可靠平面管：1750～2000C；
④最大功耗PCM PCM = VCE• IC 受结温限制，使用时注意散热条件。
例：3DF20型GTR各最大额定值参数：
二、动态特性与参数 动态特性是GTR开关过程的瞬态性能，称开关特性；主要受
VD1引入，加速V2、V1的同时关断 ，引出B2极可另外控制。
§4.1 GTR结构
双极型大功率、高反压晶体管——GTR （巨型晶体管） Giant Transistor 三层半导体材料，两个PN结(NPN型、PNP型)。
一、工艺特点
三重扩散；叉指型基极和发射极； 特点：发射区高浓度掺杂
基区很薄（几um—几十um）
N-掺杂浓度低，提高耐压能力 N+集电区收集电子
TC=250C VCE=2V
TC=250C，VCE=－2V
③管子温度相同时，VCE越大，β越大。
④β随温度增加而增加，大电流下，β随温度增加而减小。
⑤GTR反接时，β很小。
4．最大额定值——极限参数 由GTR材料、结构、设计水平、制造工艺决定。
①最高电压额定值： BVCEO，BVCBO，BVCES，BVCER，BVCEX
③快速保护功能： GTR故障时，自动关断基极驱动信号，保护GTR。 如:抗饱和、退抗饱和、过流、过压、过热、脉宽限制、 智能化自保护能力。
二、基极驱动电路基本形式
（一）恒流驱动电路：
基极电流恒定，不随IC电流变化而变化。 IB > ICmax / β 问题:空载、轻载时，饱和深度加剧，存储时间大，关断时间长。 改进：1．抗饱和电路（贝克嵌位电路）
③最高结温TJM 塑封，硅管：1250～1500C； 金属封装，硅管：1500～1750C； 高可靠平面管：1750～2000C；
④最大功耗PCM PCM = VCE• IC 受结温限制，使用时注意散热条件。
例：3DF20型GTR各最大额定值参数：
二、动态特性与参数 动态特性是GTR开关过程的瞬态性能，称开关特性；主要受
VD1引入，加速V2、V1的同时关断 ，引出B2极可另外控制。
电力电子半导体器件(IGBT)PPT课件
第23页/共43页
二、驱动电路： 在满足上述驱动条件下来设计门极驱动电路，IGBT的输入特性与MOSFET几乎相
同，因此与MOSFET的驱动电路几乎一样。 注意： 1．IGBT驱动电路采用正负电压双电源工作方式。 2．信号电路和驱动电路隔离时，采用抗噪声能力强，信号
传输时间短的快速光耦。 3．门极和发射极引线尽量短，采用双绞线。 4．为抑制输入信号振荡，在门源间并联阻尼网络。
第29页/共43页
第30页/共43页
2．过电流的识别： 采用漏极电压的识别方法，通过导通压降判断漏极电流大小。进而切断门极控
制信号。 注意：识别时间和动作时间应小于IGBT允许的短路过电流时间（几个us），
同时判断短路的真与假，常用方法是利用降低门极电压使IGBT承受短路能力增加， 保护电路动作时间延长来处理。 3．保护时缓关断：
由于IGBT过电流时电流幅值很大，加之IGBT关断速度快。如果按正常时的关 断速度，就会造成Ldi/dt过大形成很高的尖峰电压，造成IGBT的锁定或二次击穿， 极易损坏IGBT和设备中的其他元器件，因此有必要让IGBT在允许的短路时间内采 取措施使IGBT进行“慢速关断”。
第31页/共43页
第32页/共43页
随导通时间的增加，损耗增大，发热严重，安全区逐步减小。 2．RBSOA： IGBT关断时反向偏置安全工作区。
随IGBT关断时的重加dVDS/dt改变，电压上升率dVDS/dt越大，安全工作区越小。通过 选择门极电压、门极驱动电阻和吸收回路设计可控制重加dVDS/dt，扩大RBSOA。
最大漏极电流
第16页/共43页
1．正偏电压VGS的影响
VGS增加时，通态压降下降，开通时间缩短，开通损耗减小，但VGS增加到一定 程度后，对IGBT的短路能力及电流di/dt不利，一般VGS不超过15V。（12V~15V）
二、驱动电路： 在满足上述驱动条件下来设计门极驱动电路，IGBT的输入特性与MOSFET几乎相
同，因此与MOSFET的驱动电路几乎一样。 注意： 1．IGBT驱动电路采用正负电压双电源工作方式。 2．信号电路和驱动电路隔离时，采用抗噪声能力强，信号
传输时间短的快速光耦。 3．门极和发射极引线尽量短，采用双绞线。 4．为抑制输入信号振荡，在门源间并联阻尼网络。
第29页/共43页
第30页/共43页
2．过电流的识别： 采用漏极电压的识别方法，通过导通压降判断漏极电流大小。进而切断门极控
制信号。 注意：识别时间和动作时间应小于IGBT允许的短路过电流时间（几个us），
同时判断短路的真与假，常用方法是利用降低门极电压使IGBT承受短路能力增加， 保护电路动作时间延长来处理。 3．保护时缓关断：
由于IGBT过电流时电流幅值很大，加之IGBT关断速度快。如果按正常时的关 断速度，就会造成Ldi/dt过大形成很高的尖峰电压，造成IGBT的锁定或二次击穿， 极易损坏IGBT和设备中的其他元器件，因此有必要让IGBT在允许的短路时间内采 取措施使IGBT进行“慢速关断”。
第31页/共43页
第32页/共43页
随导通时间的增加，损耗增大，发热严重，安全区逐步减小。 2．RBSOA： IGBT关断时反向偏置安全工作区。
随IGBT关断时的重加dVDS/dt改变，电压上升率dVDS/dt越大，安全工作区越小。通过 选择门极电压、门极驱动电阻和吸收回路设计可控制重加dVDS/dt，扩大RBSOA。
最大漏极电流
第16页/共43页
1．正偏电压VGS的影响
VGS增加时，通态压降下降，开通时间缩短，开通损耗减小，但VGS增加到一定 程度后，对IGBT的短路能力及电流di/dt不利，一般VGS不超过15V。（12V~15V）
电力晶体管GTR精品PPT课件
第5章
电力晶体管（GTR）
5.1 GTR的结构和工作原理 5.2 GTR的基本特性 5.3 GTR的主要参数 5.4 GTR的驱动
5.1
GTR的结构和工作原理
➢ 术语用法：
• 电力晶体管（Giant TransistRr——GTR，直译为巨 型晶体管）
• 耐高电压、大电流的晶体管（BipRlar JunctiRn TransistRr——BJT），英文有时候也称为PRwer BJT。
饱和区
Ic 放大区
ib3 ib2
ib1 ib1<ib2<ib3
截止区 O
Uce 图1-16
图5.2 共发射极接法时GTR的输出特性
5.2
GTR的基本特性
(2) 动态特性
➢ 开通过程
ib
Ib1
90%Ib1
• 延迟时间td和上升时间tr， 二者之和为开通时间ton。
• 增大ib的幅值并增大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 。
➢ GTR上电压超过规定值时会发生击穿
➢ 击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关。
➢ 实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比UceR低得多。
5.3
GTR的主要参数
2) 集电极最大允许电流IcM
➢ 通常规定为hFE下降到规定值的1/2~1/3时所对应的Ic ➢ 实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一点。
10%Ib1 0
t Ib2
ic 90%Ics
ton
td tr
Ics
toff
ts
tf
10%Ics 0
t0 t1 t2
t3
t4 t5
电力晶体管（GTR）
5.1 GTR的结构和工作原理 5.2 GTR的基本特性 5.3 GTR的主要参数 5.4 GTR的驱动
5.1
GTR的结构和工作原理
➢ 术语用法：
• 电力晶体管（Giant TransistRr——GTR，直译为巨 型晶体管）
• 耐高电压、大电流的晶体管（BipRlar JunctiRn TransistRr——BJT），英文有时候也称为PRwer BJT。
饱和区
Ic 放大区
ib3 ib2
ib1 ib1<ib2<ib3
截止区 O
Uce 图1-16
图5.2 共发射极接法时GTR的输出特性
5.2
GTR的基本特性
(2) 动态特性
➢ 开通过程
ib
Ib1
90%Ib1
• 延迟时间td和上升时间tr， 二者之和为开通时间ton。
• 增大ib的幅值并增大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 。
➢ GTR上电压超过规定值时会发生击穿
➢ 击穿电压不仅和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关。
➢ 实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比UceR低得多。
5.3
GTR的主要参数
2) 集电极最大允许电流IcM
➢ 通常规定为hFE下降到规定值的1/2~1/3时所对应的Ic ➢ 实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一点。
10%Ib1 0
t Ib2
ic 90%Ics
ton
td tr
Ics
toff
ts
tf
10%Ics 0
t0 t1 t2
t3
t4 t5
电力电子电源技术及应用1.2 电力晶体管GTR
一般情况下，IB3≈IB1或更大一些。 GTR的驱动电路已经基本模块化。模块化的驱动 电路一般具有电流波形优化、过流保护、电源电压 监测以及过热保护等功能。
驱动电路举例
D2 A
I
C D1
B
D3
IB
GTR
D4 E
贝克箝位电路
C
D1为箝位二极管，保证GTR始 终处于准饱和状态。
D1
D2
D2和D3用来调整GTR的基极电
4.动态参数
开关时间：GTR的开关时间通常在几毫秒 之内。 电压上升率du/dt：为了抑止过高的du/dt 对GTR的危害，一般在集射极间并联一个 （RCD）缓冲网络。 开关损耗：GTR的开关损耗由开关过程中 集电极电流与电压的乘积决定。它的大小 与负载性质有关。
5.二次击穿与安全工作区
二次击穿特性：集射极间最高工作电压BUCEO，又 称为一次击穿电压值，发生一次击穿时不一定引起 晶体管特性变坏。所谓二次击穿是指器件发生一次 击穿后，集电极电流继续增加，在某电压电流点产 生向低阻抗区高速移动的负阻现象。二次击穿用符 号SB表示。二次击穿时间在纳秒至微秒数量级之内， 即使在这样短的时间内，它也能使器件内出现明显 的电流集中和过热点。
6.驱动电路举例
iB
3
2 IB1
1 IB2
-1
2us
-2 -3
5us t(us)
IB3
比较理想的基极驱动电流波形
IB1为过驱动电流，作用是保证GTR快速开通； IB2是GTR维持导通的驱动电流，应使GTR恰好维 持准饱和状态，以便缩短存储时间tS； 一般情况下，IB1≈3 IB2 IB3为快速抽走基区中载流子的电流，作用是缩短 关断时间，减小关断损耗。
3.极限参数
驱动电路举例
D2 A
I
C D1
B
D3
IB
GTR
D4 E
贝克箝位电路
C
D1为箝位二极管，保证GTR始 终处于准饱和状态。
D1
D2
D2和D3用来调整GTR的基极电
4.动态参数
开关时间：GTR的开关时间通常在几毫秒 之内。 电压上升率du/dt：为了抑止过高的du/dt 对GTR的危害，一般在集射极间并联一个 （RCD）缓冲网络。 开关损耗：GTR的开关损耗由开关过程中 集电极电流与电压的乘积决定。它的大小 与负载性质有关。
5.二次击穿与安全工作区
二次击穿特性：集射极间最高工作电压BUCEO，又 称为一次击穿电压值，发生一次击穿时不一定引起 晶体管特性变坏。所谓二次击穿是指器件发生一次 击穿后，集电极电流继续增加，在某电压电流点产 生向低阻抗区高速移动的负阻现象。二次击穿用符 号SB表示。二次击穿时间在纳秒至微秒数量级之内， 即使在这样短的时间内，它也能使器件内出现明显 的电流集中和过热点。
6.驱动电路举例
iB
3
2 IB1
1 IB2
-1
2us
-2 -3
5us t(us)
IB3
比较理想的基极驱动电流波形
IB1为过驱动电流，作用是保证GTR快速开通； IB2是GTR维持导通的驱动电流，应使GTR恰好维 持准饱和状态，以便缩短存储时间tS； 一般情况下，IB1≈3 IB2 IB3为快速抽走基区中载流子的电流，作用是缩短 关断时间，减小关断损耗。
3.极限参数
电力电子半导体器件GTO课件 (一)
电力电子半导体器件GTO课件 (一)电力电子半导体器件GTO课件电力电子是一门学科，它旨在控制电力，使其尽可能地适应各种用途。
电力电子半导体器件GTO（Gate Turn-Off thyristor）是电力电子领域比较重要的器件之一，本文将从以下几点介绍电力电子半导体器件GTO课件。
一、GTO器件的概念及特点GTO器件是一种可控硅器件，其结构与普通的可控硅类似，但是比普通可控硅多了一个开关功能。
当把GTO的控制端关闭时，它就可以从导通状态转换到截止状态，从而达到开关的作用。
GTO器件具有结构简单、灵敏度高、操作方便等特点。
二、GTO器件的工作原理GTO器件是一种双向导通的器件，它有两个工作模式：正向导通和反向导通。
正向导通时，控制端导通，主电路中的正向电流可以通过GTO器件流过，从而实现GTO器件的导通；反向导通时，主电路中的电流方向与正向导通时相反，控制端不导通，从而实现GTO器件断路。
GTO器件的工作原理可用三角形结表示。
三、GTO器件的应用领域GTO器件广泛应用于各种电力系统和电路中，包括电机控制、电源调节、换流器、逆变器甚至具有高电压和高功率的应用。
其中，逆变器是GTO 器件比较重要的应用领域之一，它可以将直流电源转换为交流电源，使得它可以更好的适应一些需要交流电源工作的设备。
四、GTO器件的发展历程和趋势GTO器件自1960年发明以来，不断得到完善和改进。
在20世纪80年代，IGBT逆变器逐渐替代了GTO逆变器，但GTO器件的低损耗、高晶体质量和低控制成本等特点，使得它仍然保持了一定的市场份额。
未来，随着新技术的发展，GTO器件仍将有进一步的发展和拓展。
总之，在电力电子领域，GTO器件是一种广泛应用的器件之一，具有灵敏、高效、质量好等特点，大力推广与广泛应用将对促进电力电子技术的发展起到积极的作用。
电力电子技术2.3GTO和GTR专题培训课件
2.4.2 电力晶体管
术语用法：
电力晶体管（Giant Transistor——GTR，直 译为巨型晶体管） 。 耐高电压、大电流的双极结型晶体管（ Bipolar Junction Transistor——BJT），英 文有时候也称为Power BJT。
应用
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。
图1-14 GTO的开通和关断过程电流波形
1-12
门极可关断晶闸管
3) GTO的主要参数
许多参数和普通晶闸管相应的参数意义相同， 以下只介绍意义不同的参数。
（1）开通时间ton
—— 延迟时间与上升时间之和。延迟时间一般约 1~2s，上升时间则随通态阳极电流的增大而增大。
（2） 关断时间toff
—— 一般指储存时间和下降时间之和，不包括 尾部时间。下降时间一般小于2s。
N K+-
再生机制中 断，基极开
路关断
VD
2000
1000
0 5
Ik 晶闸管导通区
10 IgΒιβλιοθήκη A GTR关断 P缓冲吸收
G-
N P
电路抑
N
制电压 K+-
晶体管关断区
15
20
上升率 t
25 s
门极分流 －1000 GTO的关断过程
1-8
门极可关断晶闸管
结论： GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时
左右，采用达林顿接法可有效增大电流增益。
1-21
2）GTR的基本特性
(1) 静态特性
共发射极接法时的典型输 出特性：截止区、放大区 和饱和区。
电力电子半导体器件(GTR)
3．集电极电压上升率dv/dt对GTR的影响 ．集电极电压上升率 对 的影响 用于桥式变换电路时， 当GTR用于桥式变换电路时，如图： 用于桥式变换电路时 如图：
C1 B1 E1 C
2
B2
E2
dv/dt产生的过损耗现象严重威胁器件和电路安全；当基极 产生的过损耗现象严重威胁器件和电路安全； 产生的过损耗现象严重威胁器件和电路安全 开路时， 通过集电结寄生电容产生容性位移电流， 开路时， dv/dt通过集电结寄生电容产生容性位移电流，注入 通过集电结寄生电容产生容性位移电流 发射结形成基极电流，放大β倍后，形成集电极电流， 发射结形成基极电流，放大β倍后，形成集电极电流，使GTR 进入放大区，因瞬时电流过大引起二次击穿。 GTR换流关断 进入放大区，因瞬时电流过大引起二次击穿。在GTR换流关断 dv/dt会引起正在关断的GTR误导通 造成桥臂直通。 会引起正在关断的GTR误导通， 时，dv/dt会引起正在关断的GTR误导通，造成桥臂直通。 抑制dv/dt，可在集射极间并联RCD缓冲网络进行吸收。 ，可在集射极间并联 缓冲网络进行吸收。 抑制 缓冲网络进行吸收
三、单管GTR 单管
采用三重扩散，台面型结构；可靠性高， 采用三重扩散，台面型结构；可靠性高，对二次击穿特性 有改善，易于提高耐压，易于耗散体内热量。 有改善，易于提高耐压，易于耗散体内热量。 增加N 漂移区，由它的电阻率和厚度决定器件阻断能力， 增加N-漂移区，由它的电阻率和厚度决定器件阻断能力， 但阻断能力提高，使饱和导通电阻增大，电流增益降低。 但阻断能力提高，使饱和导通电阻增大，电流增益降低。 一般： 10—20 一般： β 约10 20 工作状态：开关状态（导通、截止；开通、关断） 工作状态：开关状态（导通、截止；开通、关断）
电力电子半导体器件(GTR)
集电极电流最大额定值ICM： ICM定义：a.以β值下降到额定值1/2到1/3时，对应IC值。 b.以结温和耗散功率为尺度确定ICM。
最大脉冲电流额定值：
直流ICM的1.5～３倍定额；引起内部引线熔断的集电极电流； 引起集电结损坏的集电极电流。
基极电流最大额定值IBM： 内部引线允许流过的最大基极电流，约为（1/2～1/6）ICM
③最高结温TJM 塑封，硅管：1250～1500C； 金属封装，硅管：1500～1750C； 高可靠平面管：1750～2000C；
④最大功耗PCM PCM = VCE• IC 受结温限制，使用时注意散热条件。
例：3DF20型GTR各最大额定值参数：
二、动态特性与参数 动态特性是GTR开关过程的瞬态性能，称开关特性；主要受
抑制dv/dt，可在集射极间并联RCD缓冲网络进行吸收。
三、二次击穿与安全工作区
（一）二次击穿现象
一次击穿电压BVCEO ；发生一次击穿后，电流急剧增大， 若外接有限流电阻，不会损坏GTR。否则，集电极电流继续增 大，在某电压、电流点产生向低阻抗区高速移动的负阻现象， 称为——二次击穿。用S/B表示。
结电容（势垒电容、扩散电容）充、放电和两种载流子运动影 响。 如图：TC40U—400型GTR动态特性实验电路和电流波形
电路参数： VCC=200V；RC=10Ω ； RB1=4.7Ω ； RB2=1.2Ω ；
1．开通时间ton： ton = td + tr （ns级，很小） td：延迟时间，基极电流向发射结电容充电。大小取决于结 电容大小、驱动电流大小和上升率，及反偏时电压大小。 tr：上升时间，取决于稳定电流和驱动电流大小。
①电流增益β增大： β ≈ β1 β2 ，达几十倍～几千倍； ②饱和压降VCES增大：VCES ≈ VCES1+VBES2
最大脉冲电流额定值：
直流ICM的1.5～３倍定额；引起内部引线熔断的集电极电流； 引起集电结损坏的集电极电流。
基极电流最大额定值IBM： 内部引线允许流过的最大基极电流，约为（1/2～1/6）ICM
③最高结温TJM 塑封，硅管：1250～1500C； 金属封装，硅管：1500～1750C； 高可靠平面管：1750～2000C；
④最大功耗PCM PCM = VCE• IC 受结温限制，使用时注意散热条件。
例：3DF20型GTR各最大额定值参数：
二、动态特性与参数 动态特性是GTR开关过程的瞬态性能，称开关特性；主要受
抑制dv/dt，可在集射极间并联RCD缓冲网络进行吸收。
三、二次击穿与安全工作区
（一）二次击穿现象
一次击穿电压BVCEO ；发生一次击穿后，电流急剧增大， 若外接有限流电阻，不会损坏GTR。否则，集电极电流继续增 大，在某电压、电流点产生向低阻抗区高速移动的负阻现象， 称为——二次击穿。用S/B表示。
结电容（势垒电容、扩散电容）充、放电和两种载流子运动影 响。 如图：TC40U—400型GTR动态特性实验电路和电流波形
电路参数： VCC=200V；RC=10Ω ； RB1=4.7Ω ； RB2=1.2Ω ；
1．开通时间ton： ton = td + tr （ns级，很小） td：延迟时间，基极电流向发射结电容充电。大小取决于结 电容大小、驱动电流大小和上升率，及反偏时电压大小。 tr：上升时间，取决于稳定电流和驱动电流大小。
①电流增益β增大： β ≈ β1 β2 ，达几十倍～几千倍； ②饱和压降VCES增大：VCES ≈ VCES1+VBES2
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
C1
B1 E1C2
B2
单臂桥式电路模块
E2
单相桥式电路模块；三相桥式电路模块；
2020/12/12
9
§4.2 GTR特性与参数
一、静态特性与参数 1．共射输出特性：
临界饱和
发射结正偏 集电结反偏 VCES很小
放大区 严禁工作
断态，漏电流很小
2020/12/12
10
2．饱和压降： 如图：GTR深饱和时，等效电路； VBES：基极正向压降
3.大电流工作下，普通晶体管出现的新特点： ①基区大注入效应：引起电流增益下降。 ②基区扩展效应：使基区注入效率降低，增益β下降，fT减小。 ③发射极电流集边效应：引起电流局部集中，产生局部过热。
因此，GTR在结构上应采取适当措施，减小上述效应。
2020/12/12
5
三、单管GTR
采用三重扩散，台面型结构；可靠性高，对二次击穿特性 有改善，易于提高耐压，易于耗散体内热量。
2020/12/12
15
②最大电流额定值： 大电流下，三种物理效应会使GTR电气性能变差，甚至损坏器件。 集电极电流最大额定值ICM：
ICM定义：a.以β值下降到额定值1/2到1/3时，对应IC值。 b.以结温和耗散功率为尺度确定ICM。
最大脉冲电流额定值： 直流ICM的1.5～３倍定额；引起内部引线熔断的集电极电流； 引起集电结损坏的集电极电流。
PNP型
2020/12/12
7
特点：
①电流增益β增大： β ≈ β1 β2 ，达几十倍～几千倍； ②饱和压降VCES增大：VCES ≈ VCES1+VBES2
V2管无法饱和导通，VCE2=VCES1 ，反偏状态；导通损耗增大。 ③开关速度慢：开通时，V1驱动V2；
关断时，V1先关断，V2才能关断，且V2关断 无泻流通路。
VBES随IC电流增大而增大；小电流下，随温度增大而减小，
PN结负温度系数。大电流下，随温度增大而增大。
2020/12/12
12
3．共射电流增益 β：反映GTR的电流放大能力，IC与IB比值。
①GTR正向偏置时，βF随IC减 小而减小，基区复合电流占的
比例增大。
②随IC增大，β增大，IC增大 到一定程度β=βmax，IC再增 大，由于基区大注入效应、基 区扩展效应，β开始下降。
N+集电区收集电子
使用时要求：发射结正偏，集电结反偏。
2020/12/12
2Байду номын сангаас
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
通态下，B-E极电压；
VCES：饱和压降 通态下，C-E极电压；
一般，由于发射区高浓度掺杂，rES可忽略； VCES的大小， 关系器件导通功率损耗。达林顿管，VCES、VBES较大。
2020/12/12
11
饱和压降特性曲线
基极正向压降特性曲线
TC35-400型GTR：电流50A， β = 5；
VCES随IC电流增大而增大；IC不变时，随温度增加而增加。
TC=1250C，VCE=2V
TC=250C VCE=400V
TC=250C VCE=2V
TC=250C，VCE=－2V
③管子温度相同时，VCE越大，β越大。
④β随温度增加而增加，大电流下，β随温度增加而减小。
⑤GTR反接时，β很小。
2020/12/12
13
4．最大额定值——极限参数 由GTR材料、结构、设计水平、制造工艺决定。
例：3DF20型GTR各最大额定值参数：
2020/12/12
17
二、动态特性与参数
动态特性是GTR开关过程的瞬态性能，称开关特性；主要受 结电容（势垒电容、扩散电容）充、放电和两种载流子运动影 响。 如图：TC40U—400型GTR动态特性实验电路和电流波形
改进：
R1、R2稳定电阻，提高温度稳定 性和电流通路。
VD1引入，加速V2、V1的同时关断， 引出B2极可另外控制。
2020/12/12
8
五、GTR模块
将GTR管芯、稳定电阻R1R2、加速二极管VD1、续流二极管VD2 组成一个单元。将几个单元组合在一个外壳内——模块。
利用集成工艺将上述单元集成于同一硅片上，器件集成度高， 小型轻量化，性能/价格比高。
增加N-漂移区，由它的电阻率和厚度决定器件阻断能力， 但阻断能力提高，使饱和导通电阻增大，电流增益降低。
一般： β 约10—20
工作状态：开关状态（导通、截止；开通、关断）
饱和压降低 漏电流小
时间短
2020/12/12
6
四、达林顿GTR
为提高电流增益，由两个或两个以上晶体管复合组成。
驱动管
输出管
NPN型
①最高电压额定值： BVCEO，BVCBO，BVCES，BVCER，BVCEX
O：另一极开路；S：短路；R：外接电阻；X：反向偏置；
2020/12/12
14
Va:：IB=0时，IC电流急剧 增加时电压；
Vb:：IE=0时，IC电流急剧 增加时电压；
一般：
另：BVEBO集电极开路时，发射结最高反向偏置电压。 几伏，典型值8V。
第四章 电力晶体管
2020/12/12
1
§4.1 GTR结构
双极型大功率、高反压晶体管——GTR （巨型晶体管） Giant Transistor 三层半导体材料，两个PN结(NPN型、PNP型)。
一、工艺特点
三重扩散；叉指型基极和发射极； 特点：发射区高浓度掺杂
基区很薄（几um—几十um）
N-掺杂浓度低，提高耐压能力
基极电流最大额定值IBM： 内部引线允许流过的最大基极电流，约为（1/2～1/6）ICM
2020/12/12
16
③最高结温TJM 塑封，硅管：1250～1500C； 金属封装，硅管：1500～1750C； 高可靠平面管：1750～2000C；
④最大功耗PCM PCM = VCE• IC 受结温限制，使用时注意散热条件。
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
二、GTR与普通晶体管区别
1.普通晶体管：信号晶体管，用于放大信号； 要求增益适当，fT高，噪声系数低，线性度好，温度漂移 和时间漂移小。工作于放大区，以载流子运动为出发点， 分析载流子扩散、漂移、复合现象。电流控制特性为线性 关系。
2.GTR：用于功率开关； 要求容量足够大，高电压，大电流，适当增益，较高工作 速度，较低功率损耗。
B1 E1C2
B2
单臂桥式电路模块
E2
单相桥式电路模块；三相桥式电路模块；
2020/12/12
9
§4.2 GTR特性与参数
一、静态特性与参数 1．共射输出特性：
临界饱和
发射结正偏 集电结反偏 VCES很小
放大区 严禁工作
断态，漏电流很小
2020/12/12
10
2．饱和压降： 如图：GTR深饱和时，等效电路； VBES：基极正向压降
3.大电流工作下，普通晶体管出现的新特点： ①基区大注入效应：引起电流增益下降。 ②基区扩展效应：使基区注入效率降低，增益β下降，fT减小。 ③发射极电流集边效应：引起电流局部集中，产生局部过热。
因此，GTR在结构上应采取适当措施，减小上述效应。
2020/12/12
5
三、单管GTR
采用三重扩散，台面型结构；可靠性高，对二次击穿特性 有改善，易于提高耐压，易于耗散体内热量。
2020/12/12
15
②最大电流额定值： 大电流下，三种物理效应会使GTR电气性能变差，甚至损坏器件。 集电极电流最大额定值ICM：
ICM定义：a.以β值下降到额定值1/2到1/3时，对应IC值。 b.以结温和耗散功率为尺度确定ICM。
最大脉冲电流额定值： 直流ICM的1.5～３倍定额；引起内部引线熔断的集电极电流； 引起集电结损坏的集电极电流。
PNP型
2020/12/12
7
特点：
①电流增益β增大： β ≈ β1 β2 ，达几十倍～几千倍； ②饱和压降VCES增大：VCES ≈ VCES1+VBES2
V2管无法饱和导通，VCE2=VCES1 ，反偏状态；导通损耗增大。 ③开关速度慢：开通时，V1驱动V2；
关断时，V1先关断，V2才能关断，且V2关断 无泻流通路。
VBES随IC电流增大而增大；小电流下，随温度增大而减小，
PN结负温度系数。大电流下，随温度增大而增大。
2020/12/12
12
3．共射电流增益 β：反映GTR的电流放大能力，IC与IB比值。
①GTR正向偏置时，βF随IC减 小而减小，基区复合电流占的
比例增大。
②随IC增大，β增大，IC增大 到一定程度β=βmax，IC再增 大，由于基区大注入效应、基 区扩展效应，β开始下降。
N+集电区收集电子
使用时要求：发射结正偏，集电结反偏。
2020/12/12
2Байду номын сангаас
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
通态下，B-E极电压；
VCES：饱和压降 通态下，C-E极电压；
一般，由于发射区高浓度掺杂，rES可忽略； VCES的大小， 关系器件导通功率损耗。达林顿管，VCES、VBES较大。
2020/12/12
11
饱和压降特性曲线
基极正向压降特性曲线
TC35-400型GTR：电流50A， β = 5；
VCES随IC电流增大而增大；IC不变时，随温度增加而增加。
TC=1250C，VCE=2V
TC=250C VCE=400V
TC=250C VCE=2V
TC=250C，VCE=－2V
③管子温度相同时，VCE越大，β越大。
④β随温度增加而增加，大电流下，β随温度增加而减小。
⑤GTR反接时，β很小。
2020/12/12
13
4．最大额定值——极限参数 由GTR材料、结构、设计水平、制造工艺决定。
例：3DF20型GTR各最大额定值参数：
2020/12/12
17
二、动态特性与参数
动态特性是GTR开关过程的瞬态性能，称开关特性；主要受 结电容（势垒电容、扩散电容）充、放电和两种载流子运动影 响。 如图：TC40U—400型GTR动态特性实验电路和电流波形
改进：
R1、R2稳定电阻，提高温度稳定 性和电流通路。
VD1引入，加速V2、V1的同时关断， 引出B2极可另外控制。
2020/12/12
8
五、GTR模块
将GTR管芯、稳定电阻R1R2、加速二极管VD1、续流二极管VD2 组成一个单元。将几个单元组合在一个外壳内——模块。
利用集成工艺将上述单元集成于同一硅片上，器件集成度高， 小型轻量化，性能/价格比高。
增加N-漂移区，由它的电阻率和厚度决定器件阻断能力， 但阻断能力提高，使饱和导通电阻增大，电流增益降低。
一般： β 约10—20
工作状态：开关状态（导通、截止；开通、关断）
饱和压降低 漏电流小
时间短
2020/12/12
6
四、达林顿GTR
为提高电流增益，由两个或两个以上晶体管复合组成。
驱动管
输出管
NPN型
①最高电压额定值： BVCEO，BVCBO，BVCES，BVCER，BVCEX
O：另一极开路；S：短路；R：外接电阻；X：反向偏置；
2020/12/12
14
Va:：IB=0时，IC电流急剧 增加时电压；
Vb:：IE=0时，IC电流急剧 增加时电压；
一般：
另：BVEBO集电极开路时，发射结最高反向偏置电压。 几伏，典型值8V。
第四章 电力晶体管
2020/12/12
1
§4.1 GTR结构
双极型大功率、高反压晶体管——GTR （巨型晶体管） Giant Transistor 三层半导体材料，两个PN结(NPN型、PNP型)。
一、工艺特点
三重扩散；叉指型基极和发射极； 特点：发射区高浓度掺杂
基区很薄（几um—几十um）
N-掺杂浓度低，提高耐压能力
基极电流最大额定值IBM： 内部引线允许流过的最大基极电流，约为（1/2～1/6）ICM
2020/12/12
16
③最高结温TJM 塑封，硅管：1250～1500C； 金属封装，硅管：1500～1750C； 高可靠平面管：1750～2000C；
④最大功耗PCM PCM = VCE• IC 受结温限制，使用时注意散热条件。
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
二、GTR与普通晶体管区别
1.普通晶体管：信号晶体管，用于放大信号； 要求增益适当，fT高，噪声系数低，线性度好，温度漂移 和时间漂移小。工作于放大区，以载流子运动为出发点， 分析载流子扩散、漂移、复合现象。电流控制特性为线性 关系。
2.GTR：用于功率开关； 要求容量足够大，高电压，大电流，适当增益，较高工作 速度，较低功率损耗。