1.5电力晶体管.doc

厦门职业技能学院教案纸
课程名称
电力电子技术
教 师
王雪瑶
章节内容
第1章 电力电子器件
1．5电力晶体管
审 批 意 见

授课班级

授课日期

授课时数
2
授课方法
讲授、提问
仪器教具挂图

教 学

目 的

要 求
理解GTR的工作原理。

掌握GTR的静态和动态特性。

掌握GTR的及二次击穿现象与安全工作区。

教学重点和难点
重点：GTR的静态和动态特性、主要参数。
难点：GTR的工作原理析解。
课堂练习题
P62 1.16
作业布置
教科书P62 1.15。 1.17
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教 学 内 容 、 方 法 和 过 程
附 记
※复习提问
w 1、简述GTO的特性？
w 2、简述GTO的主要参数？
☆授新课
一、GTR的结构及工作原理

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
1、 发射区掺杂浓度高，集电区掺杂浓度低。
2、 基区非常薄。3、发展阶段：双极单个晶体管、达林顿管、GTR摸块。4、电气符号：
GTR的结构特点：
*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 。
GTR的工作原理： c)内部载流子的流动
当UBE＜0.7V或为负电压时，GTR处于关断状态，IC=0
当UBE＞=0.7V时，GTR处于开通状态，IC=IMIN最大值
β=IC/IB
引言:
＊4.3.1术语用法：
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在电力电子技术的范围内，GTR与BJT这两个名称等效
＊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

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附 记

（一）输出特性

图 1 共发射极接法时GTR的输出特性
1、四个工作区域
截止区(又叫阻断区)、线性放大区、准饱和区和深饱和区
2、GTR工作在开关状态
截止区：集电结和发射结均反偏。
IB＜0(或IB=0)，UBE＜0.7，UBC＜0，GTR承受高电压，且有很小的穿透电流ICEO流过，类似于开关的断态；
饱和区：集电结和发射结均正偏。
Ø 准饱和区：随着IB的增大，此时UBE＞0，UBC＞0，但IC与IB之间不再呈线性关系，β开始下降，曲线开始弯曲；
Ø 深饱和区：UBE＞0, UBC＞0，IB变化时IC不再改变，管压降UCES很小，类似于开关的通态。

线性放大区：UBE＞0，UBC＜0，
IC=βIB，GTR 应避免工作在线
性区以防止大功耗损坏GTR；

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（二） 开关特性

GTR的开通和关断过程电流波形
1、

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
2、

减小导通时的饱和深度以减小储存的载流子，或者增大基极抽取负电流Ib2的幅值和负偏压，可缩短储存时间，
加快关断速度负面作用是会使集电极和发射极间的饱和导通压降Uces增加，从而增大通态损耗GTR的开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短很多.
前已述及：、集射极间漏电流Iceo、、开通时间ton和关断时间toff。
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三、GTR的主要参数
1）电压定额：
*集基极击穿电压BUCBO：发射极开路时，集基极能承受的最高电压。
＊ 集射极击穿电压BUCBO：基极开路时，集射极能承受的最高电压。
2）电流定额：
★集电极电流最大值IcM ：一般以β下降到规定值的1/2~1/3时所对应的Ic值为IcM。
*基极电流最大值IBM；规定为内引线允许通过的最大电流，通常取IBM≈（1/2~1/6）IcM。
3）最高结温TJM：塑封硅管TJM为125~150℃，金封硅管TJM为150~170℃，高可靠平面管TJM为175~200℃。
4)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。

GTR的安全工作区

5）集射极间饱和压降Uces：
6）共射直流电流增益β：β=IC/IB表示GTR的电流放大能力。
β小于10。
四、GTR的二次击穿现象与安全工作区
1、一次击穿1）集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大，出现雪崩击穿。

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2）只要Ic不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变。
2、二次击穿
1)一次击穿发生时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 ,常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变。
2)GTR发生二次击穿损坏必须同时具备三个条件：高电压、大电流和持续时间。（温度、电压、时间是引起功率管集电极电流不稳定的主要因素。）
3、安全工作区

1)正偏安全工作区FBSOA（开通安全工作区）
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。

开通安全工作区 关断安全工作区
2） 反偏安全工作区RBSOA（关断安全工作区）。

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附 记

小结：
1、GTR的工作原理。
2、GTR的静态和动态特性。
3、掌握GTR的二次击穿现象与安全工作区。
4、GTR对基极驱动电路的要求。

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