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2025/3/16
电力电子技术7
第7章 自关断器件
电力晶体管
可关断晶闸管
电力场效应晶体管
绝缘栅双极晶体管
驱动电路
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电力电子技术7
电力晶体管
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。
术语用法：
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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
1）GTR的结构和工作原理
图7-1 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
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电力晶体管
在应用中，GTR一般采用共发射极接法。
集电极电流ic与基极电流ib之比为
（7-2）
——GTR的电流放大系数，反映了基极电流对集电极电流的控制能力 。
当考虑到集电极和发射极间的漏电流Iceo时，ic和ib的关系为 ic= ib +Iceo （7-1）
单管GTR的 值比小功率的晶体管小得多，通常为10左右，采用达林顿接法可有效增大电流增益。
空穴流
电
子
流
c)
E
b
E
c
i
b
i
c
=
b
i
b
i
e
=(1+
b
)
i
b
1）GTR的结构和工作原理
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电力晶体管
(1)  静态特性
共发射极接法时的典型输出特性：截止区、放大区和饱和区。
在电力电子电路中GTR工作在开关状态。
在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，要经过放大区。
截止区
放大区
饱和区
O
I
c
i
b3
i
b2
i
b1
i
b1
<
i
b2
<
i
b3
U
ce
图7-3 共发射极接法时GTR的输出特性
2）GTR的基本特性
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电力晶体管
开通过程
延迟时间td和上升时间tr，二者之和为开通时间ton。
加快开通过程的办法 。
关断过程
储存时间ts和下降时间tf，二者之和为关断时间toff 。
加快关断速度的办法。
GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多 。
i
b
I
b1
I
b2
I
cs
i
c
0
0
90%
I
b1
10%
I
b1
90%
I
cs
10%
I
cs
t
0
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
t
t
t
off
t
s
t
f
t
on
t
r
t
d
图7-4 GTR的开通和关断过程电流波形
(2)  动态特性
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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。
3）GTR的主要参数
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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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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
I
cM
P
SB
P
cM
U
ce
U
ceM
图7-5 GTR的安全工作区
GTR的二次击穿现象与安全工作区
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