第4讲 全控型器件.ppt

第四讲 回顾----整流器件的应用 功率二极管的基本特性： 功率二极管的类型 整流二极管： 通态正向压降很低，反向阻断电压和工作电流可以高达几千伏和几千安，但反向恢复时间较长。多用于开关频率不高的场合，一般在1KHz以下。 快速恢复二极管： 恢复时间短，尤其是反向恢复时间短，一般在5微秒以内，多用于与可控开关配合的高频电路中。 肖特基二极管 是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管，其反向恢复的时间更短。适用于较低输出电压和要求较低正向管压降的换流电路中。 二极管的应用 续流 限幅 钳位 稳压 整流 倍压整流 4.1 门极可关断晶闸管 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。 4.1 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。 4.1 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： 4.1 门极可关断晶闸管 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关断过程中有强烈正反馈使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 。 4.1 门极可关断晶闸管 开通过程：与普通晶闸管相同 关断过程：与普通晶闸管有所不同 储存时间ts，使等效晶体管退出饱和。 下降时间tf 尾部时间tt —残存载流子复合。 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，ts越短。 4.1 门极可关断晶闸管 GTO的主要参数 4.1 门极可关断晶闸管 （3）最大可关断阳极电流IATO 4.2 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。 4.2 电力晶体管 1）GTR的结构和工作原理 4.2 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 （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） 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。 4.2 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。 4.2 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 。 4.2 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。 4.2 电力晶体管 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 。 4.2 电力晶体管 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 。 4.3 电力场效应晶体管 分为结型和绝缘栅型 通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET