电力电子电源技术及应用1.2 电力晶体管GTR.pptVIP

电力晶体管 电力晶体管也称巨型晶体管（简称GTR:Giant Transistor），是一种双极型大功率高反压晶体管。它具有自关断能力，并具有开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽等优点。 目前GTR的容量已达400A/1200V以上，耗散功率已达几百W以上。 1.GTR的结构与原理 基本结构 GTR结构示意图 +Ucc C B E +UB -UB 0 工作特点 GTR共射极开关电路 GTR工作在开关状态时，可用以下四种不同的工作状态表示： 导通——GTR接通（饱和） 阻断——GTR关断（截止） 开通——GTR由断到通 关断——GTR由通到断 因此，可将GTR视为受控的开关。 对GTR的几点要求： 饱和压降UCES要低 直流电流增益β要大 穿透电流ICEO要小 开通与关断时间ton及toff短。 IC/A UCE/V IB0 IB1 IB2 IB3 IB4 线性区 准饱和区 深饱和区 阻断区 0 2.静态特性 共射极输出特性 3.极限参数 （集电极）最高工作电压：集电极的击穿电压值，它不仅因管子不同而不同，而且与基极电路条件有着极大的关系。 发射极最高工作电压：集电极开路条件下，发射结允许的最高反向偏置电压值，通常只有几伏，典型值为8V。 （集电极）最大允许电流ICM ：一般以β值下降到额定值的1/2至1/3时的IC值定为ICM。中功率GTR常取β为10时的IC值为ICM，大功率GTR，取β为3~5时的IC值为ICM。另一种是以结温和耗散功率为尺度来确定。 基极最大允许电流IBM ：基极最大允许电流IBM规定为内引线允许流过的最大基极电流，通常取IBM＝ （1/2~1/6） ICM。 3.极限参数 集电极最大耗散功率PCM：指GTR在最高允许结温时对应的耗散功率。它受结温的限制，大小主要由集电结工作电压和集电极电流的乘积决定。 由于这部分能量将转化为热能并使GTR发热，因此GTR散热条件是十分重要的。如果散热不好，管子会因温度过高而损坏。 3.极限参数 3.极限参数 GTR的最高结温TJM：由半导体材料性质、器件钝化工艺、封装质量以及它们的可靠性要求等因素所决定的。 一般情况下，塑料封装的硅管结温TJM为125?150 ℃，金属封装的硅管TJM为150 ? 175℃，高可靠平面管的TJM为175 ? 200℃。 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。 二次击穿特性 IC(A)二次击穿最终是由于局部过热引起，而热点的形成需要能量的积累，即需要一定的电压电流数值和一定的时间，因此，诸如集电极电压、电流、负载性质、导通脉冲宽度、基极电路的配置及材料、工艺等因素都对二次击穿有一定的影响。 IC(A) IS/B(F) IS/B(O) IS/B(R) PS/B 正偏(F) 开路(O) 反偏(R) UCE(V) 安全工作区：GTR能够安全运行的电流、电压极限范围。安全工作区分为正向偏置安全工作区和反向偏置安全工作区。 一般手册中给出的安全工作区是在壳温25℃时做出的。当温度升高时，GTR允许的功耗和二次击穿限制均有所下降。 增大了的du/dt势必增大GTR关断时的瞬时功耗，而瞬时功耗的增加会使安全工作区缩小。 6.驱动电路举例 t(us) iB 3 2 1 -1 -2 -3 2us 5us IB1 IB2 IB3 比较理想的基极驱动电流波形