文档介绍：第2章 电力电子器件(II)
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目 录
典型全控型器件
其他新型电力电子器件
功率集成电路与集成电力电子模块
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典型全控型器件
门极可关断晶闸管在晶闸管问世后不久出现极e，集电极c
采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成。
+表示高掺杂浓度，-表示低掺杂浓度
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GTR的结构和工作原理
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 ，即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。
直流电流增益hFE — 在直流工作情况下，集电极电流与基极电流之比。一般可认为 hFE
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（可以达到几十至几千倍）
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GTR的静态特性
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，即工作在截止区或饱和区；
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。
共发射极接法时GTR的输出特性
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GTR的动态特性
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；
增大ib的幅值并增大dib/dt，可缩短延迟时间，同时可缩短上升时间，从而加快开通过程 。
GTR的开通和关断过程电流波形
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
主要是由发射结势垒电容和集电结势垒电容充电产生的。
是用来除去饱和导通时储存在基区的载流子的，是关断时间的主要部分。
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GTR的动态特性
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；
ts是关断时间的主要部分；
减小导通时的饱和深度，或增大基极抽取负电流的幅值和负偏压，可缩短ts，加快关断速度；
GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多。
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主要是由发射结势垒电容和集电结势垒电容充电产生的。
是用来除去饱和导通时储存在基区的载流子的，是关断时间的主要部分。
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GTR的主要参数
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
 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，为确保安全，最高工作电压要比BUceo低得多。
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GTR的主要参数
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；
实际使用时要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一点。
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 。
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GTR的二次击穿现象
一次击穿
集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大，出现雪崩击穿，被称为一次击穿；
出现一次击穿后，只要Ic不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变。
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GTR的二次击穿现象
二次击穿
一次击穿发生时，如不有效地限制电流，Ic增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降，这种现象称为二次击穿；
二次击穿常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变。
注：从上而下分别表示发射结处于正向偏置、开路和反向偏置情况下的二次击穿特性
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GTR的安全工作区
安全工作区（Safe Operating Area －SOA）
将不同基极电流下二次击穿的临界点连接起来，构成二次击穿临界线；
临界线上的点反应了二次击穿功率PSB；
最高电压UceM、集电极最大电流IcM、最大耗散功率PcM不能超过二次击穿临界线限定。
GTR的安全工作区
SOA
O
I
c
I
cM
P
SB
P
cM
U
ce
U
ceM
二次击穿功率