【正文】 需承受反壓時(shí) ， 應(yīng)和電力二極管串聯(lián) 。 140 門(mén)極可關(guān)斷晶閘管 （ 3） 最大可關(guān)斷陽(yáng)極電流 IATO （ 4） 電流關(guān)斷增益 ?off ——GTO額定電流。 GMA T Oof f II??3) GTO的主要參數(shù) 141 電力晶體管 (GTR) 1） GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理 GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號(hào)和內(nèi)部載流子的流動(dòng) a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 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)。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) 。 產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中給 PcM時(shí)同時(shí)給出殼溫 TC，間接表示了最高工作溫度 。 只要 Ic不超過(guò)限度 ， GTR一般不會(huì)損壞 ， 工作特性也不變 。 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。 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 。 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 。 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。 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 。 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 。 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) 。 (3) 最大集電極功耗 PCM —— 包括額定直流電流 IC和 1ms脈寬最大電流 ICP 。 (1) 最大集射極間電壓 UCES 158 絕緣柵雙極晶體管 IGBT的特性和參數(shù) 特點(diǎn) 可以總結(jié)如下 ： 開(kāi)關(guān) 速度高 ， 開(kāi)關(guān) 損耗小 。 通態(tài)壓降 比 VDMOSFET低 。 與 MOSFET和 GTR相比， 耐壓和通流能力 還可以進(jìn)一步 提高 ，同時(shí)保持開(kāi)關(guān)頻率高的特點(diǎn) 。 —— NPN晶體管基極與發(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(huì)在該電阻上產(chǎn)生壓降，相當(dāng)于對(duì) J3結(jié)施加正偏壓，一旦 J3開(kāi)通，柵極就會(huì)失去對(duì)集電極電流的控制作用，電流失控。 高電壓 ， 大電流 、 高載流密度 ， 低導(dǎo)通壓降 。 每個(gè)元的組成為：一個(gè) PNPN晶閘管 ， 一個(gè)控制該晶閘管開(kāi)通的 MOSFET， 和一個(gè)控制該晶閘管關(guān)斷的MOSFET。 MCT（ MOS Controlled Thyristor） —— MOSFET與晶閘管的復(fù)合 162 靜電感應(yīng)晶體管 SIT 多子導(dǎo)電的器件 ， 工作頻率與電力 MOSFET相當(dāng) ， 甚至更高 ， 功率容量更大 ， 因而適用于高頻大功率場(chǎng)合 。 缺點(diǎn) ： 柵極不加信號(hào)時(shí)導(dǎo)通 ， 加負(fù)偏壓時(shí)關(guān)斷 ， 稱(chēng)為 正常導(dǎo)通型 器件 ， 使用不太方便 。 SIT（ Static Induction Transistor） —— 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管 163 靜電感應(yīng)晶閘管 SITH SITH是兩種載流子導(dǎo)電的雙極型器件 ， 具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) ， 通態(tài)壓降低 、 通流能力強(qiáng) 。 SITH一般也是 正常導(dǎo)通 型 ， 但也有正常關(guān)斷型 。 SITH（ Static Induction Thyristor） —— 場(chǎng)控晶閘管（ — FCT） 164 集成門(mén)極換流晶閘管 IGCT 20世紀(jì) 90年代后期出現(xiàn) ， 結(jié)合了 IGBT與 GTO的優(yōu)點(diǎn) ，容量與 GTO相當(dāng) ， 開(kāi)關(guān)速度快 10倍 。 目前正在與 IGBT等新型器件激烈競(jìng)爭(zhēng) ， 試圖最終取代 GTO在大功率場(chǎng)合的位臵 。 可縮小裝臵體積 ， 降低成本 ， 提高可靠性 。 將器件與邏輯 、 控制 、 保護(hù) 、 傳感 、 檢測(cè) 、 自診斷等信息電子電路制作在同一芯片上 ， 稱(chēng)為 功率集成電路（ Power Integrated Circuit—— PIC） 。 智能功率集成電路 （ Smart Power IC—— SPIC） 一般指縱向功率器件與