上海大学电子器件课件第3编.doc

* 第三编 功率器件 *要求：高电压、大电流、快速度、易控制 要求苛刻，各有长短 第九章 功率晶体管(GTR) (Giant Transistor：压降小，速度快) §9.1 特性与保护 一、特性参数 结构特性： （增加注入点，以增大电流） GTR结构 符号 共射极伏安特性 共射极电流增益特性 （电导调制效应。饱和区：n已饱和。线性区：n未饱和。截止区：n极小。击穿区：n急增） （ 调浓度n r～常数 n∝Ic r极大 r极小 ） 主要参数： 放大系数：hFE=IC／IB 最大电流：ICM （常指hFE降半处Ic值） 饱和压降：VCE(sat) （饱和应适度，准饱和） 最大功耗：PCM＝IC·Von＝（Tjm－TC) ／ RjC， 因此： IC＝（Tjm－TC) ／（RjC·Von ) 击穿电压：VCEX等 （反偏最高） 维持电压：VCEX(sus)等 （大电流耐压） dv／dt、di／dt耐量：即最大允许值 （dv/dt过大，易误导通；di/dt过大，易局部烧坏） 开关时间：ton，toff （影响开关速度、开关损耗） ton＝td＋tr (即0.1 IB～0.9 IC)?; toff ＝ts＋tf (即0.9 IB～0.1 IC)?; 开关损耗：PSW＝Pon＋Poff (理想开关：iv＝0，P＝0；实际开关：P＝∫ivdt≠0) 安全工作区：SOA (I、V、P应在SOA内) GTR开关过程的电流波形GTR的二次击穿特性 开通损耗 关断损耗 正偏SOA 开关损耗 安全工作区 二、驱动与保护 驱动电路： 准饱和 → 速度较快、效率较高 。 （欠饱和：Von大，功耗大。过饱和：toff大，即关断速度慢。准饱和：较适中。） 最优驱动电流波形 抗饱和电路 两路：VVD2＋VCE＝VVD1＋VBE，而VVD2≈VVD1，于是VCE≈VBE：即VCE不会降到VBE以下 ( 若VBC 0，则ID2 0 导通) GTR的典型驱动电路 互补抗饱和驱动电路 磁耦隔离驱动电路 保护电路： 缓冲保护 过流保护 §9.2 应用举例 一、逆变电路 单相逆变电路 三相逆变电路 单端正负电平驱动电机正反转电路 第十章 门极关断晶闸管(GTO) ( Gate Turn-off thyristor：高电压、大电流 ) ( GTO：103A/103V以上，GTR：102A/103V以上，VMOS：101A/103V以上 ) §10.1 特性与保护 一、特性参数 结构特性： （增加注入点或抽出点） GTO结构 等效电路 符号 （IG+IA导致IA开通） （③受VA、IA影响） （正反向不对称） GTO阳极特性 GTO门极特性 门极控制信号 主要参数： 最大可关断阳极电流：IATO 关断增益：βoff＝IATO / |－IGM| 浪涌电流：最大通态过载电流 擎住电流：阳极电流保持全面导通的最低值 峰值电压：（超过则不触发即导通，会局部过热等损坏GTO） dv／dt、di／dt耐量：能承受的最大电压上升率、电流上升率 （dv/dt过高易误导，有充电电流；di/dt过大易局部过热而损坏） 开关时间：ton＝td＋tr ，toff ＝ts＋tf (影响开关速度、开关损耗) 二、驱动与保护 驱动电路： GTO由门极正脉冲开通、负脉冲关断，门极反偏提高阳极dv／dt耐量（因结区展宽）。 门极驱动电路结构及示例 （C储能关断GTO） 门极驱动电路实例 保护电路： 缓冲电路可用L限制di/dt，用C限制dv/dt。为减小关断时的尖峰电压，引线要短，C应采用无感电容。（用D1后，可充快放慢以减小di/dt。） GTO的缓冲电路