【正文】 穿電壓 BUcer和 BUces 發(fā)射結(jié)反向偏置時(shí)集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓 BUcex 且存在以下關(guān)系： ? 實(shí)際使用 GTR時(shí)，為了確保安全，最高工作電壓要比 BUceo低得 多。 電力晶體管 ■ GTR的主要參數(shù) ◆ 電流放大倍數(shù) ?、直流電流增益 hFE、集電極與發(fā)射極間漏電流 Iceo、 集電極和發(fā)射極間飽和壓降 Uces、開通時(shí)間 ton和關(guān)斷時(shí)間 toff ◆ 最高工作電壓 ? GTR上所加的電壓超過規(guī)定值時(shí)，就會(huì)發(fā)生 擊穿 。 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 圖 218 GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形 主要是由發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容和集電結(jié)勢(shì)壘電容充電產(chǎn)生的。 √減小導(dǎo)通時(shí)的 飽和深度 以減 小儲(chǔ)存的載流子，或者增大基極 抽取負(fù)電流 Ib2的幅值和負(fù)偏壓， 可以縮短儲(chǔ)存時(shí)間，從而加快關(guān) 斷速度。 √增大基極驅(qū)動(dòng)電流 ib的幅值并 增大 dib/dt，可以縮短 延遲時(shí)間 ， 同時(shí)也可以縮短 上升時(shí)間 ，從而 加快開通過程。 ? 在開關(guān)過程中，即在截 止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時(shí)， 一般要經(jīng)過 放大區(qū) 。 (29) (210) 電力晶體管 ■ GTR的基本特性 ◆ 靜態(tài)特性 ? 在 共發(fā)射極 接法時(shí)的典 型輸出特性分為 截止區(qū) 、 放 大區(qū) 和 飽和區(qū) 三個(gè)區(qū)域。集電極電流 ic與基極電流 ib之比為 ?稱為 GTR的 電流放大系數(shù) ，它反映了基極電流對(duì)集電極電流的控制能力。 ? GTR是由 三層半導(dǎo)體 （分別引出集電極、基極和發(fā)射極）形成 的兩個(gè) PN結(jié)（集電結(jié)和發(fā)射結(jié)）構(gòu)成，多采用 NPN結(jié)構(gòu)。 ◆ 最主要的特性是 耐壓高 、 電流大 、 開關(guān) 特性好。當(dāng)需要承受反向電 壓時(shí)，應(yīng)和 電力二極管 串聯(lián)使用。 ? 儲(chǔ)存時(shí)間隨 陽極電流 的增大而增大，下降時(shí)間一般小于 2?s。 ? 延遲時(shí)間一般約 1~2?s，上升時(shí)間則隨 通態(tài)陽極電流值 的增大而 增大。 ? ?off一般很小，只有 5左右，這是 GTO的一個(gè)主要缺點(diǎn)。 ◆ 最大可關(guān)斷陽極電流 IATO ? 用來標(biāo)稱 GTO額定電流 。使門極負(fù)脈沖的 后沿緩慢衰減，在 tt階段仍能保持適當(dāng)?shù)?負(fù)電壓 ，則可以縮短 尾部時(shí)間 。 ◆ 關(guān)斷過程 ? 儲(chǔ)存時(shí)間 ts 下降時(shí)間 tf 尾部時(shí)間 tt ? 通常 tf比 ts小得多，而 tt比 ts要長(zhǎng)。 ? GTO的 多元集成結(jié)構(gòu) 使得其比普通晶閘管 開通過程 更快，承受 di/dt的能力增強(qiáng)。 門極可關(guān)斷晶閘管 ? GTO的導(dǎo)通過程與普通晶閘管是一樣的， 只不過導(dǎo)通時(shí) 飽和程度 較淺。 √導(dǎo)通時(shí) ?1+?2更接近 1，導(dǎo)通時(shí)接近 臨界飽和 ，有利門極控制關(guān)斷，但導(dǎo)通時(shí)管 壓降 增大。 ?1+?2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件，大于 1導(dǎo)通，小于 1則關(guān)斷。 ? 是一種多元的功率集成 器件，雖然外部同樣引出個(gè) 極，但內(nèi)部則包含數(shù)十個(gè)甚 至數(shù)百個(gè)共陽極的 小 GTO 元 ，這些 GTO元的 陰極 和 門 極 則在器件內(nèi)部 并聯(lián) 在一起。 電力 MOSFET IGBT單管及模塊 門極可關(guān)斷晶閘管 ■ 晶閘管的一種派生器件，但 可以通過在門極施加負(fù)的脈沖 電流使其關(guān)斷，因而屬于 全控 型器件 。 ■ 20世紀(jì) 80年代以來，電力電子技術(shù)進(jìn)入了一個(gè) 嶄新時(shí)代。 圖 213 光控晶閘管的電氣圖形符 號(hào)和伏安特性 a) 電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性 典型全控型器件 門極可關(guān)斷晶閘管 電力晶體管 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 絕緣柵雙極晶體管 典型全控型器件 圖 212 逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號(hào) 和伏安特性 a) 電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性 晶閘管的派生器件 A G K a) AK 光強(qiáng)度 強(qiáng) 弱 b) O U I A ■ 光控晶閘管（ Light Triggered Thyristor——LTT） ◆ 是利用一定波長(zhǎng)的 光照信號(hào) 觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。 圖 211 雙向晶閘管的電氣圖形 符號(hào)和伏安特性 a) 電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性 晶閘管的派生器件 a) K G A b) U O I I G = 0 ■ 逆導(dǎo)晶閘管（ Reverse Conducting Thyristor——RCT） ◆ 是將 晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管 制作在同一管芯上的功率集成器件，不具有承受 反向電壓 的能力，一旦承受反向電壓即開通。 ◆ 門極使器件在主電極的正反兩方向均可觸發(fā)導(dǎo)通，在第Ｉ 和第 III象限有 對(duì)稱的伏安特性 。 ◆ 由于工作頻率較高，選擇快速晶閘管和高頻晶閘管的 通態(tài)平均電流時(shí)不能忽略其 開關(guān)損耗 的發(fā)熱效應(yīng)。 ◆ 從 關(guān)斷時(shí)間 來看，普通晶閘管一般為 數(shù)百 微秒，快速 晶閘管為 數(shù)十 微秒，而高頻晶閘管則為 10?s左右。 晶閘管的派生器件 ■ 快速晶閘管（ Fast Switching Thyristor—— FST） ◆ 有 快速晶閘管 和 高頻晶閘管 。 ◆ 通態(tài)電流臨界上升率 di/dt ? 在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的 最大通態(tài)電流上升率 。 晶閘管的主要參數(shù) ■ 動(dòng)態(tài)參數(shù) ◆ 開通時(shí)間 tgt和關(guān)斷時(shí)間 tq ◆ 斷態(tài)電壓臨界上升率 du/dt ? 在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的 外加電壓最大上升率 。 ◆ 擎住電流 IL ? 擎住電流是晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào) 后，能維持導(dǎo)通所需的 最小 電流。 晶閘管的主要參數(shù) ◆ 維持電流 IH ? 維持電流是指使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的 最小 電流， 一般為幾十到幾百毫安。 ? 按照正向電流造成的器件本身的通態(tài)損耗的 發(fā)熱效應(yīng) 來定義的。 選用時(shí)，一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓 2~3倍 。 晶閘管的主要參數(shù) ◆ 通態(tài)（峰值）電壓 UT ? 晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電 壓。 ? 規(guī)定反向重復(fù)峰值電壓 URRM為反向不重復(fù)峰值電壓（即反向 最大瞬態(tài)電壓） URSM的 90%。 ? 斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓應(yīng)低于 正向轉(zhuǎn)折電壓 Ubo。 圖 210 晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形 100% 反向恢復(fù)電流最大值 尖峰電壓 90% 10% u AK t t O 0 t d t r t rr t gr U RRM I RM i A 晶閘管的主要參數(shù) ■ 電壓定額 ◆ 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓 UDRM ? 是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許 重復(fù) 加在器件上的 正向 峰值電壓 （見圖 29）。 ? 反向阻斷恢復(fù)時(shí)間 trr 正向阻斷恢復(fù)時(shí)間 tgr 關(guān)斷時(shí)間 tq=trr+tgr ? 關(guān)斷時(shí)間約幾百微秒。提高 陽極 電壓 ,延遲時(shí)間和上升時(shí)間都 可顯著縮短。 圖 29 晶閘管的伏安特性 IG2IG1IG 正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo 正向 導(dǎo)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 ■ 動(dòng)態(tài)特性 ◆ 開通過程 ? 由于晶閘管內(nèi)部的 正反饋 過程 需要時(shí)間，再加上 外電路 電感 的限制，晶閘管受到觸發(fā) 后，其陽極電流的增長(zhǎng)不可能 是 瞬時(shí) 的。 √晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)時(shí)，只有極小的 反向漏電流 通過。 √如果門極電流為零，并且陽極電流降至接近于零的某一數(shù)值 IH以下，則晶閘管又回到 正向阻斷 狀態(tài)，IH稱為 維持電流 。 √如果正向電壓超過臨界極限即 正向轉(zhuǎn)折電壓 Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通 。 ? 若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的 電流降到接近于零的某一數(shù)值以下 。 ? 當(dāng)晶閘管承受 正向電壓 時(shí)，僅在 門極 有 觸發(fā)電流 的情況下晶閘管才能開通 。只 有 門極觸發(fā) 是最精確、迅速而可靠的控制手段。 ◆ 由于外電路負(fù)載的限制， IA實(shí)際上會(huì)維持 有限值 。由上式 可看出，此時(shí)流過晶閘管的漏電流只是稍大于兩個(gè)晶體管 漏電流之和。 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 ◆ 晶體管的特性是：在低發(fā)射極電流下 ? 是很小的，而當(dāng) 發(fā)射極電流建立起來之后， ? 迅速增大。 ◆ 內(nèi)部是 PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。 晶閘管及模塊 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 ■ 晶閘管的結(jié)構(gòu) ◆ 從外形上來看，晶閘管也主要有 螺栓型和 平板型 兩種封裝結(jié)構(gòu) 。 ■ 1956年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室（ Bell Laboratories）發(fā)明了晶閘管，到 1957年美國通用電氣公司（ General Electric）開發(fā)出了世界上第一只 晶閘管產(chǎn)品，并于 1958年使其商業(yè)化。 半控型器件 —— 晶閘管 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 晶閘管的基本特性 晶閘管的主要參數(shù) 晶閘管的派生器件 半控器件 — 晶閘管 電力二極管的主要類型 ◆ 肖特基二極管（ Schottky Barrier Diode—— SBD） ? 屬于 多子 器件 ? 優(yōu)點(diǎn)在于： 反向恢復(fù)時(shí)間 很短（ 10~40ns），正向恢 復(fù)過程中也不會(huì)有明顯的 電壓過沖 ；在反向耐壓較低的情 況下其 正向壓降 也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管；因此， 其 開關(guān)損耗 和 正向?qū)〒p耗 都比快速二極管還要小，效率 高。 ? 從性能上可分為 快速恢復(fù) 和 超快速恢復(fù) 兩個(gè)等 級(jí)。 電力二極管的主要類型 ◆ 快恢復(fù)二極管（ Fast Recovery Diode—— FRD） ? 恢復(fù)過程 很短，特別是 反向恢復(fù)過程 很短（一 般在 5?s以下） 。 ? 其 反向恢復(fù)時(shí)間 較長(zhǎng)，一般在 5?s以上 。 電力二極管的主要類型 ■ 按照正向壓降、反向耐壓、反向漏電流等性 能，特別是反向恢復(fù)特性的不同，介紹幾種常用 的電力二極管。 ◆ TJ