电力电子半导体器件GTR ppt课件
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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
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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。
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。
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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。
例：3DF20型GTR各最大额定值参数：
2020/12/12
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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
PNP型
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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。
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
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；
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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。
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；
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§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
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2．饱和压降： 如图：GTR深饱和时，等效电路； VBES：基极正向压降
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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。
N+集电区收集电子
使用时要求：发射结正偏，集电结反偏。
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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 ……”
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
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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
• “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。
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。
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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。
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
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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。
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。
202பைடு நூலகம்/12/12
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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。
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。
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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。
因此，GTR在结构上应采取适当措施，减小上述效应。
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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。
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。
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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。
例：3DF20型GTR各最大额定值参数：
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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
PNP型
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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。
第四章 电力晶体管
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§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
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；
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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。
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；
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§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
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2．饱和压降： 如图：GTR深饱和时，等效电路； VBES：基极正向压降
2020/12/12
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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。
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
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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 ……”
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
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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
• “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。
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。
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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。
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
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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。
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。
202பைடு நூலகம்/12/12
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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。
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。
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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。