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典型全控型器件 1.4.1 门极可关断晶闸管 1.4.2 电力晶体管 1.4.3 电力场效应晶体管 1.4.4 绝缘栅双极晶体管 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。 20世纪80年代以来，信息电子技术与电力电子技术在各自发展的基础上相结合——高频化、全控型、采用集成电路制造工艺的电力电子器件，从而将电力电子技术又带入了一个崭新时代。 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。 门极可关断晶闸管 门极可关断晶闸管 （Gate-Turn-Off Thyristor —GTO） 晶闸管的一种派生器件 可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断 GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用 门极可关断晶闸管 1. GTO的结构和工作原理 结构： 与普通晶闸管的相同点： PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。 和普通晶闸管的不同点：GTO是一种多元的功率集成器件，内部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。 门极可关断晶闸管 工作原理： 与普通晶闸管一样，可以用图1-7所示的双晶体管模型来分析。 门极可关断晶闸管 GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别： 门极可关断晶闸管 由上述分析我们可以得到以下结论： GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅。 GTO关断过程：强烈正反馈——门极加负脉冲即从门极抽出电流，则Ib2减小，使IK和Ic2减小，Ic2的减小又使 IA和Ic1减小，又进一步减小V2的基极电流。当IA和IK的减小使?1+?21时，器件退出饱和而关断。 多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程快，承受di/dt能力强 。 门极可关断晶闸管 2. GTO的动态特性 开通过程：与普通晶闸管类似，需经过延迟时间td和上升时间tr。 门极可关断晶闸管 关断过程：与普通晶闸管有所不同 抽取饱和导通时储存的大量载流子——储存时间ts，使等效晶体管退出饱和。 等效晶体管从饱和区退至放大区，阳极电流逐渐减小——下降时间tf 。 残存载流子复合——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，抽走储存载流子的速度越快，ts越短。 门极负脉冲的后沿缓慢衰减，在tt阶段仍保持适当负电压，则可缩短尾部时间 。 门极可关断晶闸管 3. GTO的主要参数 门极可关断晶闸管 最大可关断阳极电流IATO 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。 1. GTR的结构和工作原理 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 （1-9） ? ——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 （1-10） 产品说明书中通常给直流电流增益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。 2. GTR的基本特性 (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，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。 (2)? 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。 td主要是由发射结势垒电容和集电结势垒电容充电产生的。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 。 小功率MOS管是横向导电器件 电力MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET（Vertical MOSFET）——大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。 按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFE