電力電子半導(dǎo)體器件gtr(編輯修改稿)
2025-05-28 06:14 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 導(dǎo)通，造成橋臂直通。 抑制 dv/dt，可在集射極間并聯(lián) RCD緩沖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行吸收。 三、二次擊穿與安全工作區(qū) （一）二次擊穿現(xiàn)象 一次擊穿電壓 BVCEO ；發(fā)生一次擊穿后，電流急劇增大，若外接有限流電阻，不會損壞 GTR。否則，集電極電流繼續(xù)增大，在某電壓、電流點(diǎn)產(chǎn)生向低阻抗區(qū)高速移動的負(fù)阻現(xiàn)象，稱為 ——二次擊穿。用 S/B表示。 二次擊穿時(shí)間很短，納秒到微秒數(shù)量級，短時(shí)間內(nèi)的大電流會使器件內(nèi)出現(xiàn)明顯的電流集中和過熱點(diǎn)（熱斑），輕者使GTR耐壓降低，性能變差；嚴(yán)重時(shí)，集電結(jié)、發(fā)射結(jié)熔通，永久損壞。 二次擊穿按偏置狀態(tài)分為兩種：正偏二次擊穿和反偏二次擊穿。 1．正偏二次擊穿： B－ E結(jié)正偏， GTR工作于放大區(qū)。 P P+ P+ N+ B B E N+ N－ Ｃ 如圖， GTR正偏時(shí)，由于基極與發(fā)射極在同一平面，基區(qū)電阻存在，使發(fā)射結(jié)各點(diǎn)的偏置電壓不同，邊緣大而中心小。同時(shí)存在的集 —射電場將電流集中到發(fā)射極邊緣下很窄的區(qū)域內(nèi)，造成電 流局部集中，電流密度大，溫度升高，出現(xiàn)負(fù)阻現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)造成熱點(diǎn)、熱斑，使 PN結(jié)失效。 熱點(diǎn)嚴(yán)重程度與基區(qū)寬度成反比；與集電極外加電壓成正比。 2．反偏二次擊穿： GTR導(dǎo)通 → 截止變化時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏。 存儲電荷存在，使 C—E間仍流過電流，由于基區(qū)電阻存在，使發(fā)射極與基極相接的周邊反偏電壓大，中心反偏很弱，甚至仍為正偏。造成發(fā)射極下，基區(qū)的橫向電場由中心指向邊緣，形成集電極電流被集中于發(fā)射結(jié)中心很小局部的不均勻現(xiàn)象。在該局部電流密度很高，形成二次擊穿熱點(diǎn)。 一般，比正向偏置時(shí)低很多的能量水平下，即可發(fā)生二次擊穿。 影響二次擊穿的因素：集電極電壓、電流；負(fù)載性質(zhì)；導(dǎo)通脈沖寬度；基極電路的配置、材料和工藝等。 二次擊穿由于器件芯片局部過熱引起，熱點(diǎn)形成需要能量積累，需要一定的電壓、電流數(shù)值和一定的時(shí)間。 二次擊穿特性曲線： IS/B：二次擊穿觸發(fā)電流 PS/B：二次擊穿觸發(fā)功率 PS/B = IS/B * VCE 集射極保持電壓 外加電壓越高，電流更易集中而產(chǎn)生熱點(diǎn)， IS/B下降。 （二）安全工作區(qū)： SOA GTR運(yùn)行中受電壓、電流、功率損耗和二次擊穿定額限制的安全工作范圍。 正向偏置安全工作區(qū) FBSOA 反向偏置安全工作區(qū) RBSOA 反向關(guān)斷電流 脈沖寬度 直流安全工作區(qū) 四、溫度特性與散熱 半導(dǎo)體器件特性參數(shù)隨溫度升高而變差，如：耐壓降低，VCES升高、 IC增大、輸出功率下降， PCM和 PS/B下降，安全區(qū)面積縮小。 為保證 GTR不超過規(guī)定的結(jié)溫，應(yīng)根據(jù)容量等級配以相應(yīng)的散熱器和采用相應(yīng)的冷卻方式。否則，會因結(jié)溫過高導(dǎo)致熱損壞。 減小 GTR的發(fā)熱，應(yīng)從根本上減小功耗。在開關(guān)狀態(tài)下工作的 GTR，功耗由靜態(tài)導(dǎo)通功耗、動態(tài)開關(guān)損耗和基極驅(qū)動功耗三部分。減小導(dǎo)通壓降，采用緩沖電路、改變主電路形式（諧振型）均可減小功耗，減少發(fā)熱。 GTR靜態(tài)參數(shù)： GTR動態(tài)參數(shù)： 167。 GTR驅(qū)動和保護(hù) 一、驅(qū)動電路設(shè)計(jì)原則 1． GTR的特點(diǎn) 全控型器件，功率大，熱容量小，過載能力低。 與 SCR相比，具有自關(guān)斷能力，使 DC—AC， DC—DC，AC—AC變換電路的變換方式靈活，控制方便，主電路結(jié)構(gòu)簡單。但 GTR驅(qū)動方式直接影響管子工作狀態(tài)和管子特性。 如：過驅(qū)動（驅(qū)動電流大）可減小開通損耗，降低導(dǎo)通壓降，但對關(guān)斷不利，增加關(guān)斷損耗，對管子 di/dt影響很大。 GTR過載 /短路時(shí)， us級時(shí)間內(nèi)，結(jié)溫會超過最大允許值，導(dǎo)致器件損壞，不能用快速熔斷器、過流繼電器（ ms級）進(jìn)行主電路切斷保護(hù)。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，需快速檢測，對控制信號加以關(guān)斷（緩關(guān)斷），因此
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