【正文】 ?OBOU AKURSMU 陽極伏安特性是指晶 閘管陽極電壓與陽極電流 之間的關(guān)系。 ?正向電壓超過正向轉(zhuǎn)折電壓 UBO，則漏電流急劇增大，器件開通。 ① 正向特性 ② 反向特性 ?反向特性類似二極管的反向特性。 ?當反向電壓達到反向擊穿電壓后，可能導致晶閘管發(fā)熱損壞。受門極正向峰值電流 IFGM，門極正向峰值電壓 UFGM和門極最大耗散功率 PGM限制，所包圍的陰影部分是晶閘管門極觸發(fā)電壓、電流的 正常工作區(qū)域 。 ② 反向重復峰值電壓 URRM——在額定結(jié)溫，門極開路時，重復施加在管子上的反向最大脈沖電壓。應用時，額定電壓應為正常工作峰值電壓的 2倍 以上。 2. 電流參數(shù) ① 通態(tài)平均電流 IT(AV)——在環(huán)境溫度為 +40?C和規(guī)定的冷卻條件下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許流過的 最大工頻正弦半波電流的平均值 。 使用時應按 有效值相等的原則 來選取晶閘管。 ③ 擎住電流 IL——能保持晶閘管繼續(xù)導通所需要的最小陽極電流。 同一晶閘管 IL是 IH的 2～4倍。額定電流為 100A的管子允許流過的平均值電流是多少？ 解： iO t??2?MIFI2?電流平均值： 21 s i n ( )22 MdMII I td t?? ???????電流有效值 : 2221 ( si n ) ( )24 MMII I t d t?? ??????波形系數(shù) : 2 2. 222f dIKI?? ? ? 額定電流為 100A的晶閘管，有效值電流為 157A，允許流過的平均值電流 : 1 . 5 7 1 0 0 1 5 7 7 0 . 7 ( )2 . 2 2d fIAK?? ? ? 即 100A的晶閘管此時只能當 70A使用。 3. 門極參數(shù) ① 門極觸發(fā)電流 IGT ——在規(guī)定的環(huán)境溫度，陽極與陰極加一定正向電壓（一般 6V）的條件下，使晶閘管從阻斷狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)所需的最小門極直流電流。 ③ 門極反向峰值電壓 URGM——門極所能承受的反向最大電壓，一般不超過 10V。 電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導通 。 如果電流上升太快，可能造成局部過熱而使晶閘管損壞。 門極可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理 ?與普通晶閘管的 相同點 ： PNPN四層半導體結(jié)構(gòu)，外部引出陽極、陰極和門極。 ( a ) 管 芯 結(jié) 構(gòu)( c ) 電 氣 圖 形 符 號GAK陽 極 基 片AK陰 極 壓 板N+N+N+N+PNP+J1J2J3門 極 G陽 極陰 極空AKG( b ) 等 效 電 路AIGI KI1CI 2CI1? 2?工作原理： ?GTO導通過程與普通晶閘管一樣，內(nèi)部具有正反饋過程。 ? GTO開通后可以通過門極加負脈沖實現(xiàn)關(guān)斷，這和普通晶閘管有著本質(zhì)的不同 。 2. 門極動態(tài)伏安特性 ——指 GTO關(guān)斷時門極電流、門極電壓和陽極電流的關(guān)系。 先克服 G—K極結(jié)上正向壓降（ AB段），到達臨界關(guān)斷點B。 ( a ) 測 試 電 路G T ORLRGSABCD( b ) 動 態(tài) 伏 安 特 性GIGDU GRUAIAEGRU0AI ?GUGMI?GIOGI GU3. 開關(guān)特性 ——指 GTO在開通和關(guān)斷過程中，電流、電壓隨時間變化的 規(guī)律。 ( b ) ( a ) ( c ) ( d ) ( e ) GEGDUOGRU tGOGRU tGIOGMI tAiAIO tont st ft ttofftAUO PUU? t整個關(guān)斷過程可分為三個 時間段： 存儲階段 ts 下降階段 tf 尾部階段 tt GTO的關(guān)斷時間 toff是 存儲時間 ts和下降時間 tf之 和，即： toff = ts+ tf 。 門極可關(guān)斷晶閘管的主要參數(shù) 1. 最大可關(guān)斷陽極電流 IATO ——指 GTO正常工作時，可以用門極負脈沖關(guān)斷的額定電流。隨溫度升高，關(guān)斷增益下降。 它受額定工作結(jié)溫的限制，用通態(tài)平均電流來定義： 212( ) 1A T O G MII???? ??3. 陽極尖峰電壓 UP ——在下降時間末尾出現(xiàn)的極值電壓，隨著陽極可關(guān)斷電流增大而增大。 4. 陽極電壓上升率 du/dt—— 分靜態(tài)和動態(tài)兩種情況。 ② 動態(tài) du/dt—— GTO在門極關(guān)斷過程中陽極電壓的上升率，也稱重加 du/dt 靜態(tài) du/dt過高時， GTO中結(jié)電容流過較大的位移電流會 使 GTO誤導通。 5. 陽極電流上升率 di/dt——GTO開通過程中的電流上升速率。應用時可采用串聯(lián) 緩沖電路限制。 GTR的電流是由自由電子和空穴兩種載流子運動形成，屬于雙極型晶體管。 ?結(jié)構(gòu)上可以看作是 多個晶體管單元的并 聯(lián) ?主要特性是耐壓高、 電流大、開關(guān)特性好。 1. 單管 GTR 單管 GTR常見的有 NPN型三重擴散臺面結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可靠性高、能改善器件二次擊穿特性、耐壓高、熱阻小。 將兩個或兩個以上的晶體管復合在一起，類型等效有NPN型和 PNP型，其類型一般由驅(qū)動管決定。 GTR必須有連續(xù)的基極驅(qū)動電流才能維持導通，基極電流消失，管子自動關(guān)斷，屬于電流控制型的全控型開關(guān)器件。 GTR模塊集成度較高，體積小，重量輕，性能 /價格比大大提高。 E1C2C1B1B2E2( a ) 等 效 電 路( b ) 電 氣 圖 形 符 號B1 1C1E1B1 2B1 3B2 1C2E2B2 2B2 3圖是兩個三級達林 頓 GTR構(gòu)成的單臂 橋式模塊等效電路。 GTR的輸出特性： 表示在不同電流作用下，集電極電流與集 —射極間電壓的關(guān)系。 ?截止區(qū)： GTR承受反壓處于關(guān)斷狀態(tài)，集電極漏電流很小。 ?準飽和區(qū)：是 GTR臨界飽和導通狀態(tài)，此時 ?IB≈IC，飽和壓降較高 。 2. 開關(guān)特性 ——GTR開通、關(guān)斷過程中的瞬態(tài)特性 ( a ) 測 試 電 路V1RBRC( b ) 基 極 、 集 電 極 電 流 波 形CCUCiBiBUV? V?Bi BIO tCi CIO tdt rtont st ftofft?基極電流和集電 極電流之間存在開 關(guān)延遲時間。 開通時間 ton包括延遲時間 td和上升時間 tr ，即開通時間 ton = td + tr 。 一般 GTR的開通時間在納秒數(shù)量級，關(guān)斷時間的數(shù)值都在微秒數(shù)量級（ ts大約為 3～8μs， tf約為 1μs）。 單管 GTR的 β值較小，達林頓結(jié)構(gòu)較大。 UCES直接關(guān)系到器件的功率損耗。 2. 極限參數(shù) （ 1）額定電壓 ① 最高集電極電壓額定值 BUCEO——集電極的擊穿電壓值。 各種基極接法下集電極電壓間關(guān)系為： C B O C E X C E S C E R C E OB U B U B U B U B U? ? ? ? 實際使用時，最高工作電壓要比 BUCEO低得多，一般為（ 1/3～1/2） BUCEO ② 最高發(fā)射極電壓額定值 BUEBO ——在集電極開路條件下， GTR發(fā)射結(jié)能夠承受的最高反向偏置電壓其值很小，一般只有幾伏。當 β值下降到額定值 1/2～1/3時， IC的值定為 ICM 。 ② 基極電流最大額定值 IBM 一般 IBM≈(1/21/6) ICM，與 ICM相比裕量較大。 （ 4）額定結(jié)溫 TjM 一般由半導體材料、器件工藝和封裝質(zhì)量等因素決定。 ?只要 IC不超過限度， GTR一般不會損壞，工作特性也不變 。 ?常常立即導致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變 。 O正 偏 （ F ）開 路 （ O ）反 偏 （ R ）ABCCI /SBP/ ()SBIF/ ()SBIO/ ()SBIRCE OBU /SBU CEUPS/B二次擊穿功耗線 可以看出，在 GTR由導通 狀態(tài)向截止狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，發(fā)生 二次擊穿的能量水平最低。 1. 二次擊穿現(xiàn)象 2. 安全工作區(qū) （ Safe Operating Area， SOA） ?GTR運行中，受集電極電壓 BUCEO、集電極電流 ICM、耗散功率 PCM以及二次擊穿功耗 PS/B的限制。 10μsA BCDEF B S O ADC 250CDC 1250C1 μ s1msOR B S O A( a ) F B S O A ( b ) R B S O ACICMIO CMP/SBPCEU CE OBUCICMICEU CE OBU2BRIA??3 A?5 A?FBSOA是 GTR發(fā)射結(jié)正偏下的 SOA。 ?安全工作區(qū)與 GTR工作環(huán)境溫度和結(jié)溫有關(guān)，隨溫度升高，安全區(qū)變小。 電力場效應晶體管 電力場效應晶體管（ Metal–Oxide–Semiconductor Field Effect Transistor， MOSFET） ——由金屬、氧化物和半導體材料復合構(gòu)成，是一種單極型電壓控制器件，具有自關(guān)斷能力。 功率 MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理 功率 MOSFET主要解決使用中的高電壓、大電流問題。 這種垂直導電結(jié)構(gòu)的場效應晶體管稱為 VMOSFET，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為 VVMOSFET和 VDMOSFET兩種基本類型。 ( a ) V V M