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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) 。
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 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。
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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 。
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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。
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 。
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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。
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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
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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 。
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
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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
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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。
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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。
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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
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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
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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
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
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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
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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
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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
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