第1-2章 自关断器件[必威体育精装版].pptVIP

1.4.1 可关断晶闸管;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：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;工作原理： 与普通晶闸管一样，可以用图示的双晶体管模型来分析;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： （1）设计?2较大，使晶体管V2控制灵敏，易于 GTO关断 （2）导通时?1+?2更接近1（?1.05，普通晶闸管?1+?2?1.15）导通时饱和不深，接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大 （3）多元集成结构使GTO元阴极面积很小，门、阴极间距大为缩短，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流;导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅 关断过程：强烈正反馈——门极加??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。;二. GTO的开关特性 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;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 ; 三. GTO的主要参数 许多参数和普通晶闸管相应的参数意义相同，以下只介绍意义不同的参数 1)开通时间ton 延迟时间与上升时间之和。延迟时间一般约1~2?s，上升时间则随通态阳极电流值的增大而增大 2)关断时间toff 一般指储存时间和下降时间之和，不包括尾部时间。GTO的储存时间随阳极电流的增大而增大，下降时间一般小于2?s 不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承受反压时，应和电力二极管串联 ;3)??最大可关断阳极电流 IATO GTO额定电流 4)? 电流关断增益 ?off 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 （1-8） ?off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A ;1.4.2 电力晶体管 术语用法： 电力晶体管（GTR） 在电力电子技术的范围内，GTR与BJT这两个名称等效;一. GTR的结构和工作原理 主要特性是耐压高、电流大、开关特性好 与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的 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 ; 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 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 （7-1） ? ——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 （7-2） 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;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;二. 开关特性;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 减小导通时的饱和深度以减小储存的载流子，或者增大负偏压来增大抽取载流子的基极负电流Ib2的幅值，可缩短储存时间，从而加快关断速度 减小饱和深度会使CE间的饱和压降Uces增加，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 ;三. GTR的极限运行参数 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