第二章 器件32.ppt

2.3 门极可关断（GTO）晶闸管 一. 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。 a) 各单元的阴极、门极间隔排列的图形 b) 并联单元结构断面示意图 c) 电气图形符号 2.3 门极可关断（GTO）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。 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 6 GTO的开通和关断过程电流波形 二. GTO的开关特性 2.3 门极可关断（GTO）晶闸管 （1）最大可关断阳极电流ITGQM （2） 电流关断增益Goff Goff一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。比如：1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A 。 ——GTO额定电流。 ——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益。 三. GTO的主要参数 2.4 电力晶体管（GTR） 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。 ??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。 术语用法： 2.4 电力晶体管（GTR） 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 。 一. GTR的结构和工作原理 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 2.4 电力晶体管（GTR） 截止区 放大区 饱和区 O I c i b3 i b2 i b1 i b1 i b2 i b3 U ce 共发射极接法时GTR的输出特性 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 GTR的开通和关断过程电流波形 GTR的基本特性 2.4 电力晶体管（GTR） 二. GTR的参数 (1) UCEO：基极开路CE间能承受的电压。 (2) 最大电流额定值ICM :允许流过集电极的最大电流值。 (3) 最大功耗额定值PCM (4) 开通时间ton：包括延迟时间td和上升时间tr。 (5) 关断时间ｔoff：包括存储时间ｔs和下降时间ｔf 。 注意： 电压电流选择时都要留有2～3倍的安全裕量。 2.4 电力晶体管（GTR） 三. 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。 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 。 2.5 电力MOS场效应晶体管（P-MOSFET） 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） 简称电力MOSFET（Power MOSFET） 结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction Transistor——SIT） ?特点——用栅极电压来控制漏极电流 驱动电路简单，需要的驱动功率小。 开关速度快，工作频率高。 热稳定性优于GTR。 电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置 。 电力场效应晶体管 2.5 电力MOS场效应晶体管（P-MOSFET） P-MOSFET的种类 ?按导电沟道可分为P沟道和N沟道。 耗尽型——当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道。 增强型——对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道。 ?电力MOSFET主要是N沟道增强型。