【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 b) 電氣圖形符號(hào) c) 內(nèi)部載流子的流動(dòng) 142 電力晶體管 (GTR) 空穴流 電 子 流 c) E b E c i b i c = ? i b i e =(1+ ? ) i b 1） GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理 143 電力晶體管 (1) 靜態(tài)特性 截止區(qū) 放大區(qū) i b3 i b2 i b1 i b1 i b2 i b3 O I c U ce 共發(fā)射極接法時(shí) GTR的輸出特性 2） GTR的基本特性 144 電力晶體管 90% I b1 10% I b1 i b I b1 I b2 0 t 0 90% I cs 10% I cs I cs i c t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t t off t s t f t on t r t d GTR的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程電流波形 (2) 動(dòng)態(tài)特性 145 電力晶體管 前已述及：電流放大倍數(shù) ?、 直流電流增益hFE、 集射極間漏電流 Iceo、 集射極間飽和壓降Uces、 開(kāi)通時(shí)間 ton和關(guān)斷時(shí)間 toff (此外還有 )： 3） GTR的主要參數(shù) (1) 最高工作電壓 擊穿電壓不僅和晶體管本身特性有關(guān)，還與外電路接法有關(guān)。 BUcbo BUcex BUces BUcer Buceo 146 電力晶體管 通常規(guī)定為 hFE下降到規(guī)定值的 1/2~1/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的 Ic 。實(shí)際使用時(shí)要留有裕量 ， 只能用到 IcM的一半或稍多一點(diǎn) 。 (2) 集電極最大允許電流 IcM (3) 集電極最大耗散功率 PcM 最高工作溫度下允許的耗散功率。 產(chǎn)品說(shuō)明書中給 PcM時(shí)同時(shí)給出殼溫 TC，間接表示了最高工作溫度 。 147 電力晶體管 一次擊穿 ： 集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí) ， Ic迅速增大 。 只要 Ic不超過(guò)限度 ， GTR一般不會(huì)損壞 ， 工作特性也不變 。 安 全 工 作 區(qū) （ Safe Operating Area—— SOA） 最高電壓 UceM、 集電極最大電流 IcM、 最大耗散功率 PcM、二次擊穿臨界線限定 。 SOA O I c I cM P SB P cM U ce U ceM GTR的安全工作區(qū) (4) GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū) 二次擊穿 ： 一次擊穿發(fā)生時(shí)， Ic突然急劇上升，電壓陡然下降。 常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變 。 148 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (1)電力 MOSFET的結(jié)構(gòu) N+GSDP 溝道b)N+NSGDP PN+N+N+溝道a)GSDN 溝道圖1 1 9電力 MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) 1） 電力 MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理 149 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 截止 ： 漏源極間加正電源 ， 柵源極間電壓為零 。 – P基區(qū)與 N漂移區(qū)之間形成的 PN結(jié) J1反偏 ， 漏源極之間無(wú)電流流過(guò) 。 N +GSDP 溝道b)N +N SGDP PN +N +N +溝道a)GSDN 溝道圖1 1 9電力 MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) (2)電力 MOSFET的工作原理 導(dǎo)電 ： 在柵源極間加正電壓 UGS –當(dāng) UGS大于 UT時(shí)， P型半導(dǎo)體反型成 N型而成為 反型層 ，該反型層形成 N溝道而使 PN結(jié) J1消失，漏極和源極導(dǎo)電 。 150 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (1) 靜態(tài)特性 0 10 20 30 50 40 2 4 6 8 a) I D / A U T U GS / V 10 20 30 50 40 0 b) 10 20 30 50 40 飽和區(qū) 非 飽 和 區(qū) 截止區(qū) U DS / V U GS = U T =3V U GS =4V U GS =5V U GS =6V U GS =7V U GS =8V I D / A 電力 MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性 2）電力 MOSFET的基本特性 漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時(shí)器件導(dǎo)通。 通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對(duì)器件并聯(lián)時(shí)的均流有利。 151 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 關(guān)斷過(guò)程 a ） R s R G R F R L i D u GS u p i D 信號(hào) + U E O u p t b ) i D O O t t u GS u GSP u T t d (on) t r t d (off) t f 電力 MOSFET的開(kāi)關(guān)過(guò)程 a) 測(cè)試電路 b) 開(kāi)關(guān)過(guò)程波形 (2) 動(dòng)態(tài)特性 開(kāi)通過(guò)程 152 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 3) 電力 MOSFET的主要參數(shù) —— 電力 MOSFET電壓定額 (1) 漏極電壓 UDS (2) 漏極直流電流 ID和漏極脈沖電流幅值 IDM —— 電力 MOSFET電流定額 (3) 柵源電壓 UGS —— ?UGS?20V將導(dǎo)致絕緣層擊穿 。 除跨導(dǎo) Gfs、開(kāi)啟電壓 UT以及 td(on)、 tr、 td(off)和 tf之外還有： (4) 極間電容 —— 極間電容 CGS、 CGD和 CDS 153 絕緣柵雙極晶體管 1) IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理 E GCN+Na)PN+N+PN+N+P+發(fā)射極 柵極集電極注入?yún)^(qū)緩沖區(qū)漂移區(qū)J 3 J2J1GEC+++IDRNICVJ1IDRonb )GCc ) IGBT的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化等效電路和電氣圖形符號(hào) a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 簡(jiǎn)化等效電路 c) 電氣圖形符號(hào) 154 絕緣柵雙極晶體管 驅(qū)動(dòng)原理與電力 MOSFET基本相同 ， 場(chǎng)控器件 ， 通斷由柵射極電壓 uGE決定 。 導(dǎo)通： uGE大于開(kāi)啟電壓 UGE(th)時(shí) ， MOSFET內(nèi)形成溝道 ，為晶體管提供基極電流 ， IGBT導(dǎo)通 。 通態(tài)壓降 ： 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) 使電阻 RN減小 ， 使通態(tài) 壓降減小 。 關(guān)斷 ： 柵射極間施加 反壓或不加信號(hào)時(shí) ， MOSFET內(nèi)的溝道消失 ， 晶體管的基極電流被切斷 ， IGBT關(guān)斷 。 IGBT的原理 155 a ) b ) O 有源區(qū) 飽 和 區(qū) 反向阻斷區(qū) 正向阻斷區(qū) I C U GE(th) U GE O I C U RM U FM U CE U GE(th) U GE 增加 絕緣柵雙極晶體管 2) IGBT的基本特性 (1) IGBT的靜態(tài)特性 IGBT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性 轉(zhuǎn)移特性 —— IC與UGE間的關(guān)系 (開(kāi)啟電壓 UGE(th)) 輸出特性 ?分為三個(gè)區(qū)域：正向阻斷區(qū) 、 有源區(qū)和飽和區(qū) 。 156 絕緣柵雙極晶體管 t t t 10% 90% 10% 90% U CE I C 0 O 0 U GE U GEM I CM U CEM t fv1 t fv2 t