【正文】 1 C B OAc III ?? ?222 C B OKc III ?? ?GAK III ??21 ccA III ??（ 22） （ 21） （ 23） （ 24） 式中 ?1和 ?2分別是晶體管V1和 V2的共基極電流增益；ICBO1和 ICBO2分別是 V1和 V2的共基極漏電流。 ◆ 如果注入觸發(fā)電流使各個晶體管的發(fā)射極電流增大以致 ?1+?2趨近于 1的話，流過晶閘管的電流 IA（陽極電流） 將 趨近于 無窮大 ，從而實現(xiàn)器件 飽和導通 。 晶閘管的基本特性 ■ 靜態(tài)特性 ◆ 正常工作時的特性 ? 當晶閘管承受 反向電壓 時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通 。 晶閘管的基本特性 ◆ 晶閘管的伏安特性 ? 正向特性 √當 IG=0時，如果在器件兩端施加正向電壓，則晶閘管處于正向 阻斷狀態(tài) ，只有很小的正向漏電流流過。 圖 29 晶閘管的伏安特性 IG2 IG1 IG 正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo 正向 導通 雪崩 擊穿 O + U A U A I A I A I H I G2 I G1 I G = 0 U bo U DSM U DRM U RRM U RSM + 晶閘管的基本特性 ? 反向特性 √其伏安特性類似 二極管 的反向特性。 ? 延遲時間 td (~?s) 上升時間 tr (~3?s) 開通時間 tgt=td+tr ? 延遲時間隨 門極電流 的增 大而減小 ,上升時間除反映晶 閘管本身特性外，還受到 外電 路電感 的嚴重影響。 ? 在 正向阻斷恢復時間 內(nèi)如果重 新對晶閘管施加 正向電壓 ，晶閘管 會重新正向?qū)ǎ皇鞘荛T極電 流控制而導通。 ◆ 反向重復峰值電壓 URRM ? 是在門極斷路而結溫為額定值時，允許 重復 加在器件上的 反向 峰值電壓 （見圖 28）。 ◆ 通常取晶閘管的 UDRM和 URRM中較小的標值作為該器件的 額定電壓 。 ? 一般取其通態(tài)平均電流為按發(fā)熱效應相等（即有效值相等）的 原則所得計算結果的 ~2倍。 ? 約為 IH的 2~4倍 ◆ 浪涌電流 ITSM ? 指由于電路異常情況引起的并使結溫超過額定結溫的 不重復性 最大正向過載電流 。 ? 如果電流上升太快，可能造成局部過熱而使晶閘管損壞。 ◆ 高頻晶閘管的不足在于其 電壓 和 電流 定額都不易做高。 ◆ 雙向晶閘管通常用在交流電路中，因此不用平均值而用有效值 來表示其額定電流值。 ◆ 由于采用光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的 絕緣 ，而且可以避免電磁干擾的影響，因此光控晶閘管目前在 高壓大功率的場合 。 ■ 典型代表 —— 門極可關斷晶閘管、電力晶體管、 電力場效應晶體管、絕緣柵雙極晶體管。 圖 214 GTO的內(nèi)部結構和電氣圖形符號 a) 各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b) 并聯(lián)單元結構斷面示意圖 c) 電氣圖形符號 門極可關斷晶閘管 圖 28 晶閘管的雙晶體管模型 及其工作原理 a) 雙晶體管模型 b) 工作原理 ◆ GTO的工作原理 ? 仍然可以用如圖 28所示的 雙晶體管模型 來分析， V V2的共基極電流增益分別是 ? ?2。 √多元集成結構，使得 P2基區(qū) 橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流。 門極可關斷晶閘管 ■ GTO的動態(tài)特性 ◆ 開通過程與普通晶閘管類似。 圖 215 GTO的開通和關斷過程電流波形 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 抽取飽和導通時儲存的大量載流子的時間 等效晶體管從飽和區(qū)退至放大區(qū)，陽極電流逐漸減小時間 殘存載流子復合所需時間 門極可關斷晶閘管 ■ GTO的主要參數(shù) ◆ GTO的許多參數(shù)都和普通晶閘管相應的參數(shù)意義相同。 ◆ 開通時間 ton ? 延遲 時間與 上升 時間之和。 ■ 不少 GTO都制造成 逆導型 ，類似于逆導晶閘管。 ◆ GTR的結構 ? 采用至少由兩個晶體管按 達林頓接法 組成的單元結構，并采用集 成電路工藝將許多這種單元 并聯(lián) 而成。當考慮到集電極和發(fā)射極間的漏電流 Iceo時， ic和 ib的關系為 ? 單管 GTR的 ? 值比處理信息用的小功率晶體管小得多，通常為 10左右，采用達林頓接法 可以有效地增大電流增益。 截止區(qū) 放大區(qū) O I c i b3 i b2 i b1 i b1 i b2 i b3 U ce 圖 217 共發(fā)射極接法時 GTR的輸出特性 電力晶體管 ◆ 動態(tài)特性 ? 開通過程 √需要經(jīng)過延遲時間 td和上升時 間 tr，二者之和為開通時間 ton。 ? GTR的開關時間在 幾微秒 以內(nèi)， 比晶閘管和 GTO都短很多。 ? 擊穿電壓不僅和晶體管本身的 特性 有關，還與外電路的接法有關。 ◆ 集電極最大耗散功率 PcM ? 指在 最高 工作溫度下允許的耗散功率。 ◆ 出現(xiàn)一次擊穿后， GTR一般不會損壞，二次擊穿常常立即導致器 件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變，因而對 GTR危害極大。 ■ 電力 MOSFET是用 柵極 電壓來控制 漏極 電流的，它的特點 有： ◆ 驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小。 電力場效應晶體管 ■ 電力 MOSFET的結構和工作原理 ◆ 電力 MOSFET的種類 ? 按導電溝道可分為 P溝道和 N溝道。 電力場效應晶體管 ◆ 電力 MOSFET的結構 ? 是 單極 型晶體管。 N+GSDP 溝道b)N+NSGDP PN+N+N+溝道a)GSDN 溝道圖1 1 9圖 220 電力 MOSFET的結構 和電氣圖形符號 a) 內(nèi)部結構斷面示意圖 b) 電氣圖形符號 電力場效應晶體管 ◆ 電力 MOSFET的工作原理 ? 截止：當 漏源 極間接正電壓， 柵極 和 源極 間電壓為 零 時， P基區(qū)與 N漂移區(qū)之間形成的 PN結 J1反偏 ，漏源極之間 無電流流過。 ■ 電力 MOSFET的基本特性 ◆ 靜態(tài)特性 ? 轉(zhuǎn)移特性 √指漏極電流 ID和柵源間電壓 UGS的關系，反映了輸入電壓和輸 出電流的關系 。 √工作在 開關 狀態(tài)，即在 截止區(qū) 和 非飽和區(qū) 之間來回轉(zhuǎn)換。 電力場效應晶體管 信號 i D O O O u p t t t u GS u GSP u T t d (on) t r t d (off) t f R s R G R F R L i D u GS u p i D + U E 圖 222 電力 MOSFET的開關過程 a)測試電路 b) 開關過程波形 up為矩形脈沖電壓信號源， Rs為信號源內(nèi)阻， RG為柵極電阻， RL為漏極負載電阻， RF用于檢測漏極電流。 電力場效應晶體管 ■ 電力 MOSFET的主要參數(shù) ◆ 跨導 Gfs、開啟電壓 UT以及開關過程中的各 時間參數(shù) 。 ◆ 極間電容 ? CGS、 CGD和 CDS。 絕緣柵雙極晶體管（ Insulatedgate Bipolar Transistor—— IGBT或 IGT） 綜合了 GTR 和 MOSFET的優(yōu)點，因而具有良好的特性。 圖 223 IGBT的結構、簡化等效電路和電氣圖形符號 a) 內(nèi)部結構斷面示意圖 b) 簡化等效電路 c) 電氣圖形符號 RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。 √當柵極與發(fā)射極間施加反向電壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使得 IGBT關斷。 （ a） 圖 224 IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性 絕緣柵雙極晶體管 ? 輸出特性（伏安特性） √描述的是以柵射電壓為參考變量時，集電極電流 IC與集射極間電壓 UCE之間的關系。 (b) 圖 224 IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 b) 輸出特性 絕緣柵雙極晶體管 ◆ 動態(tài)特性 ? 開通過程 √開通延遲時間 td(on) 電流上升時間 tr 電壓下降時間 tfv 開通時間 ton= td(on)+tr+ tfv √tfv分為 tfv1和 tfv2兩段。 ◆ 最大集電極電流 ? 包括額定直流電流 IC和 1ms脈寬最大電流 ICP。 ? 通態(tài)壓降 比 VDMOSFET低，特別是在電流較 大的區(qū)域。其中 NPN晶體 管的基極與發(fā)射極之間存在 體區(qū)短路電阻 ， P形體區(qū)的橫 向空穴電流會在該電阻上產(chǎn)生壓降，相當于對 J3結施加一 個 正向偏壓 ，一旦 J3開通，柵極就會失去對集電極電流的 控制作用，電流失控，這種現(xiàn)象稱為 擎住效應 或 自鎖效應 。 ? 反向偏置 安全工作區(qū)（ Reverse Biased Safe Operating Area—— RBSOA） √根據(jù)最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率 dUCE/dt。 ■ 其關鍵技術問題沒有大的突破，電壓和電流容量 都遠未達到預期的數(shù)值，未能投入實際應用。 靜電感應晶閘管 SITH ■ 可以看作是 SIT與 GTO復合而成。 集成門極換流晶閘管 IGCT ■ 是將一個平板型的 GTO與由很多個并聯(lián)的電力 MOSFET器件和其它輔助元件組成的 GTO門極驅(qū) 動電路采用精心設計的互聯(lián)結構和封裝工藝集成在 一起。 ■ 基于寬禁帶半導體材料（如碳化硅）的電力電子器件將 具有比硅器件高得多的耐受高電壓的能力、低得多的通態(tài) 電阻、更好的導熱性能和熱穩(wěn)定性以及更強的耐受高溫和 射線輻射的能力，許多方面的性能都是成數(shù)量級的提高。 ◆ 對工作頻率高的電路，可大大減小線路電感， 從而簡化對保護和緩沖電路的要求。 ◆ 智能功率模塊（ Intelligent Power Module—— IPM） ? 專指 IGBT及其輔助器件與其保護和驅(qū)動電路的單片 集成，也稱智能 IGBT（ Intelligent IGBT）。 ◆ 功率集成電路實現(xiàn)了電能和信息的集成，成為 機電一體化的理想接口。 ? 復合型 ： IGBT、 SITH 和 MCT等。 √共同特點是：具有電導調(diào)制效應，因而通態(tài)壓降低，導通損耗小，但工作頻率較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路也比較復雜。