1.4.2 电力晶体管 术语用法： 应用 电力晶体管（Giant Transistor——GTR，直译为巨型晶体管） 。 1.4.2 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。 DATASHEET 1 2   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。

电力晶体管GTR 又称：巨型晶体管，大功率晶体管，双极型功率晶体管BJT. 是电流控制型的全控开关器件。 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 。

1.4.2 电力晶体管 1）GTR的结构和工作原理 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。 1.4.2 电力晶体管 1）GTR的结构和工作原理 图1-15 GTR的结构、电气图形符号和内部载流子的流动 a) 内部结构断面示意图 b) 电气图形符号 c) 内部载流子的流动 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 。

电力晶体管GTR 目前常用的GTR有单管、达林顿管和模块三大系列。 单管：结构简单，电流增益低，一般为10~20. GTR模块：目前作为大功率开关应用最多，将GTR、VD、R制成在一个硅片上并封装形成一个复合组件，称之为模块，方便使用。

1.4.2 电力晶体管 前已述及：电流放大倍数、直流电流增益hFE、集射极间漏电流Iceo、集射极间饱和压降Uces、开通时间ton和关断时间toff (此外还有)： 1)  最高工作电压 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。 BUcbo> BUcex> BUces> BUcer> Buceo。 实际使用时，最高工作电压要比BUceo低得多。 GTR的主要参数

1.4.2 电力晶体管 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 。 1.4.2 电力晶体管 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。 3) 集电极最大耗散功率PcM 最高工作温度下允许的耗散功率。 产品说明书中给PcM时同时给出壳温TC，间接表示了最高工作温度 。 2) 集电极最大允许电流IcM

电力晶体管GTR GTR的二次击穿现象与安全工作区 一次击穿：集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大。 只要Ic不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变。 二次击穿：一次击穿发生时，Ic突然急剧上升，电压陡然下降。 常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变 。 安全工作区（Safe Operating Area——SOA） 最高电压UceM、集电极最大电流IcM、最大耗散功率PcM、二次击穿临界线限定。 SOA O I c cM P SB U ce ceM 图1-18 GTR的安全工作区 返回

电力场效应晶体管——电力MOSFET 1）电力MOSFET的结构和工作原理 电力MOSFET的种类 按导电沟道可分为P沟道和N沟道。 耗尽型——当栅极电压为零时漏源极之间就存在导 电沟道。 增强型——对于N（P）沟道器件，栅极电压大于 （小于）零时才存在导电沟道。  电力MOSFET主要是N沟道增强型。

图1-19 电力MOSFET的结构和电气图形符号 开通条件：uDS>0 uGS>uT 关断条件：uGS=0 图1-19 电力MOSFET的结构和电气图形符号 是单极型晶体管。 导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别。 采用多元集成结构，不同的生产厂家采用了不同设计。

电力场效应晶体管——电力MOSFET 2）电力MOSFET的特点 单极型，用栅极电压来控制漏极电流。 驱动电路简单，需要的驱动功率小。 开关速度快，工作频率高。 热稳定性优于GTR。 电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置 。 返回

绝缘栅双极晶体管IGBT 两类器件取长补短结合而成的复合器件—IGBT GTR和GTO的特点——双极型，电流驱动，有电导调制效应，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。 MOSFET的优点——单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。 两类器件取长补短结合而成的复合器件—IGBT 结构：IGBT是以GTR为主功率元件，MOSFET为驱动元件的达林顿结构。 电气符号: E

1.4.4 绝缘栅双极晶体管 1) IGBT的结构和工作原理 三端器件：栅极G、集电极C和发射极E 1.4.4 绝缘栅双极晶体管 1) IGBT的结构和工作原理 三端器件：栅极G、集电极C和发射极E 图1-22 IGBT的结构、简化等效电路和电气图形符号 a) 内部结构断面示意图 b) 简化等效电路 c) 电气图形符号

驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，通断由栅射极电压uGE决定。 绝缘栅双极晶体管IGBT   驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，通断由栅射极电压uGE决定。 导通：uGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。 通态压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降减小。 关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。 IGBT的原理

绝缘栅双极晶体管IGBT IGBT的特性和参数特点可以总结如下： 开关速度高，开关损耗小。 相同电压和电流定额时，安全工作区比GTR大，且 具有耐脉冲电流冲击能力。 通态压降比VDMOSFET低。 输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似。 与MOSFET和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点 。 返回

1.5 其他新型电力电子器件（自学、了解） MOS控制晶闸管MCT 静电感应晶体管SIT 静电感应晶闸管SITH 集成门极换流晶闸管IGCT 1.5 其他新型电力电子器件（自学、了解） MOS控制晶闸管MCT 静电感应晶体管SIT 静电感应晶闸管SITH 集成门极换流晶闸管IGCT 功率模块与功率集成电路 返回