文档介绍：典型全控型器件·引言
■门极可关断晶闸管在晶闸管问世后不久出现。
■20世纪80年代以来,电力电子技术进入了一个
崭新时代。
■典型代表——门极可关断晶闸管、电力晶体管、
电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。
电力MOSFET
IGBT单管及模块
7/8/2018
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门极可关断晶闸管
■晶闸管的一种派生器件,但
可以通过在门极施加负的脉冲
电流使其关断,因而属于全控
型器件。
■GTO的结构和工作原理
◆GTO的结构
☞是PNPN四层半导体结构。
☞是一种多元的功率集成
器件,虽然外部同样引出个
极,但内部则包含数十个甚
至数百个共阳极的小GTO
元,这些GTO元的阴极和门
极则在器件内部并联在一起。
图2-14 GTO的内部结构和电气图形符号
各单元的阴极、门极间隔排列的图形
并联单元结构断面示意图
电气图形符号
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门极可关断晶闸管
图2-8 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
a) 双晶体管模型 b) 工作原理
◆GTO的工作原理
☞仍然可以用如图2-8所示的双晶体管模型来分析,V1、V2的共基极电流增益分别是1、2。1+2=1是器件临界导通的条件,大于1导通,小于1则关断。
☞GTO与普通晶闸管的不同
√设计2较大,使晶体管V2控制灵敏,易于GTO关断。
√导通时1+2更接近1,导通时接近临界饱和,有利门极控制关断,但导通时管压降增大。
√多元集成结构,使得P2基区横向电阻很小,能从门极抽出较大电流。
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门极可关断晶闸管
☞GTO的导通过程与普通晶闸管是一样的,
只不过导通时饱和程度较浅。

☞而关断时,给门极加负脉冲,即从门极抽
出电流,当两个晶体管发射极电流IA和IK的
减小使1+2<1时,器件退出饱和而关断。

☞GTO的多元集成结构使得其比普通晶闸管
开通过程更快,承受di/dt的能力增强。
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门极可关断晶闸管
■GTO的动态特性
◆开通过程与普通晶闸管类似。
◆关断过程
☞储存时间ts
下降时间tf
尾部时间tt
☞通常tf比ts小得多,而tt比ts要长。
☞门极负脉冲电流幅值越大,前沿越陡, ts就越短。使门极负脉冲的后沿缓慢衰减,在tt阶段仍能保持适当的负电压,则可以缩短尾部时间。
图2-15 GTO的开通和关断过程电流波形
O
t
0
t
i
G
i
A
I
A
90%
I
A
10%
I
A
t
t
t
f
t
s
t
d
t
r
t
0
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
t
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抽取饱和导通时储存的大量载流子的时间
等效晶体管从饱和区退至放大区,阳极电流逐渐减小时间
残存载流子复合所需时间
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门极可关断晶闸管
■GTO的主要参数
◆GTO的许多参数都和普通晶闸管相应的参数意义相同。
◆最大可关断阳极电流IATO
☞用来标称GTO额定电流。
◆电流关断增益off
☞最大可关断阳极电流IATO与门极负脉冲电流最大值IGM之比。
☞off一般很小,只有5左右,这是GTO的一个主要缺点。
◆开通时间ton
☞延迟时间与上升时间之和。
☞延迟时间一般约1~2s,上升时间则随通态阳极电流值的增大而
增大。
◆关断时间toff
☞一般指储存时间和下降时间之和,而不包括尾部时间。
☞储存时间随阳极电流的增大而增大,下降时间一般小于2s。
■不少GTO都制造成逆导型,类似于逆导晶闸管。当需要承受反向电
压时,应和电力二极管串联使用。
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电力晶体管
■电力晶体管(Giant Transistor——GTR)
按英文直译为巨型晶体管,是一种耐高电压、
大电流的双极结型晶体管(Bipolar Junction
Transistor——BJT)
■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。
◆最主要的特性是耐压高、电流大、开关
特性好。
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◆ GTR的结构
☞采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构,并采用集
成电路工艺将许多这种单元并联而成。
☞ GTR是由三层半导体(分别引出集电极、基极和发射极)形成
的两个PN结(集电结和发射结)构成,多采用NPN结构。
电力晶体管
图2-16 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
+表示高掺杂浓