耐高電壓大電流的雙極結(jié)型晶體管BipolarJunctionTransistor

1、模塊IGBT開關(guān)器件IGCT驅(qū)動(dòng)電路GCT4kA/4.5kV IGCT663A/4.5kV IGCTGCT分解部件與普通晶閘管的相同點(diǎn)：與普通晶閘管的相同點(diǎn)：PNPNPNPN四層半導(dǎo)體結(jié)四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽極、陰極和門極；構(gòu)，外部引出陽極、陰極和門極；和普通晶閘管的不同點(diǎn)：和普通晶閘管的不同點(diǎn)：GTOGTO是一種多元的功是一種多元的功率集成器件，內(nèi)部包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽率集成器件，內(nèi)部包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽極的小極的小GTOGTO元，這些元，這些GTOGTO元的陰極和門極則在器元的陰極和門極則在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起。件內(nèi)部并聯(lián)在一起。導(dǎo)通：同晶閘管，AK正偏，GK正偏關(guān)斷：門極加負(fù)脈

2、沖電流3.特點(diǎn)n全控型n容量大n off5n電流控制型電流關(guān)斷增益電流關(guān)斷增益 off ： 最大可關(guān)斷最大可關(guān)斷陽極電流與門極負(fù)脈沖電流最大陽極電流與門極負(fù)脈沖電流最大值值IGM之比稱為電流關(guān)斷增益之比稱為電流關(guān)斷增益GMATOoffII 1000A的的GTO關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖電流峰值要沖電流峰值要200A 。電力晶體管電力晶體管GTR （Giant Transistor，巨型晶體管）巨型晶體管）耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT），），英文有時(shí)候也稱為英文有時(shí)候也稱為Power BJT在

3、電力電子技術(shù)的范圍內(nèi)，在電力電子技術(shù)的范圍內(nèi)，GTR與與BJT這兩個(gè)名稱等效。這兩個(gè)名稱等效。20世紀(jì)世紀(jì)80年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被但目前又大多被IGBT和電力和電力MOSFET取代取代1.1.單管單管GTR n單管單管GTRGTR的基本工作原理與晶體管相同的基本工作原理與晶體管相同n作為大功率開關(guān)管應(yīng)用時(shí)，作為大功率開關(guān)管應(yīng)用時(shí)，GTRGTR工作在截止工作在截止和導(dǎo)通兩種狀態(tài)。和導(dǎo)通兩種狀態(tài)。n主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好2達(dá)林頓GTRn單管單管 GTRGTR的電流增益低，將給

4、基極驅(qū)動(dòng)電的電流增益低，將給基極驅(qū)動(dòng)電路造成負(fù)擔(dān)。達(dá)林頓結(jié)構(gòu)是路造成負(fù)擔(dān)。達(dá)林頓結(jié)構(gòu)是一種有效方式。一種有效方式。n達(dá)林頓結(jié)構(gòu)由兩個(gè)或多個(gè)晶體管復(fù)合而成，達(dá)林頓結(jié)構(gòu)由兩個(gè)或多個(gè)晶體管復(fù)合而成，可以是可以是PNPPNP型也可以是型也可以是NPNNPN型，其性質(zhì)由驅(qū)型，其性質(zhì)由驅(qū)動(dòng)管來決定動(dòng)管來決定n 達(dá)林頓達(dá)林頓GTRGTR的開關(guān)速度慢，損耗大的開關(guān)速度慢，損耗大 3GTR 模塊n將 GTR管芯、穩(wěn)定電阻、加速二極管、續(xù)流二極管等組裝成一個(gè)單元，然后根據(jù)不同用途將幾個(gè)單元電路組裝在一個(gè)外殼之內(nèi)構(gòu)成GTR模塊。n目前生產(chǎn)的GTR模塊可將多達(dá)6個(gè)互相絕緣的單元電路做在同一模塊內(nèi)，可很方便地組成三相橋

5、式電路。 一次擊穿一次擊穿v集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，Ic迅速增大，出現(xiàn)雪迅速增大，出現(xiàn)雪崩擊穿；崩擊穿；v只要只要Ic不超過限度，不超過限度，GTR一般不會(huì)損壞，工作特性也一般不會(huì)損壞，工作特性也不變。不變。 二次擊穿二次擊穿v一次擊穿發(fā)生時(shí)，如果繼續(xù)增高外接電壓，則一次擊穿發(fā)生時(shí)，如果繼續(xù)增高外接電壓，則Ic繼續(xù)繼續(xù)增大，當(dāng)達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，增大，當(dāng)達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，Uce會(huì)突然降低至一個(gè)會(huì)突然降低至一個(gè)小值，同時(shí)導(dǎo)致小值，同時(shí)導(dǎo)致Ic急劇上升，這種現(xiàn)象稱為二次擊穿，急劇上升，這種現(xiàn)象稱為二次擊穿，v二次擊穿的持續(xù)時(shí)間很短，一般在納秒至微秒范圍，二次擊穿的持續(xù)

6、時(shí)間很短，一般在納秒至微秒范圍，常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞。必需避免。常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞。必需避免。安全工作區(qū) 防止二次擊穿，采用保護(hù)電路，同時(shí)考慮器件防止二次擊穿，采用保護(hù)電路，同時(shí)考慮器件的安全裕量，盡量使的安全裕量，盡量使GTR工作在安全工作區(qū)。工作在安全工作區(qū)。 4.特點(diǎn)n全控型，電流控制型全控型，電流控制型n二次擊穿（工作時(shí)要防止）二次擊穿（工作時(shí)要防止）n中大容量，開關(guān)頻率較低中大容量，開關(guān)頻率較低N+GSDP溝道b)N+N-SGDPPN+N+N+溝道a)GSDN溝道圖1-19 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 b) 電氣圖形符號(hào) 漏源極導(dǎo)通條

7、件：漏源極導(dǎo)通條件：漏源極關(guān)斷條件：漏源極關(guān)斷條件：n控制級(jí)輸入阻抗大控制級(jí)輸入阻抗大n驅(qū)動(dòng)電流小驅(qū)動(dòng)電流小n防止靜電感應(yīng)擊穿防止靜電感應(yīng)擊穿n中小容量，開關(guān)頻率高中小容量，開關(guān)頻率高n導(dǎo)通壓降大（不足）導(dǎo)通壓降大（不足）第四節(jié)第四節(jié) 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管IGBT） n 絕緣柵雙極型晶體管簡(jiǎn)稱為絕緣柵雙極型晶體管簡(jiǎn)稱為IGBT（Insulated Gate Biopolar Transistor）,是是80年代中期年代中期發(fā)展起來的一種新型發(fā)展起來的一種新型。nIGBT綜合了綜合了和和的輸入阻抗高、工的輸入阻抗高、工作速度快、通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、承受電流作速度快、通態(tài)電壓低、阻

8、斷電壓高、承受電流大的優(yōu)點(diǎn)。成為當(dāng)前電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展方向。大的優(yōu)點(diǎn)。成為當(dāng)前電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展方向。1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)n復(fù)合結(jié)構(gòu)（復(fù)合結(jié)構(gòu)（= EGCN+N-a)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)J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)柵極柵極驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相同，屬于場(chǎng)控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定導(dǎo)通條件：導(dǎo)通條件：UGE大于開啟電壓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。關(guān)斷條件：關(guān)斷條件：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。3.特點(diǎn)n高頻，容量大n反向耐壓低（必須反接二極管）n模塊化n驅(qū)動(dòng)和保護(hù)有專用芯片其他電力電子器件nMCTMOS控制晶閘管nSIT靜電感應(yīng)晶體管nSITH靜電感應(yīng)晶閘管本章小結(jié)本章小結(jié)1、根據(jù)開關(guān)器件是否可控分類、根據(jù)開關(guān)器件是否可控分類（1）不可控器件：二極管）不可控器件：二極管VD（2）半控器件：普通晶閘管）半控器件：普通晶閘管SCR（3）全控器件：）全控器件：GTO、GTR、功率、功率MOSFET、IGBT等。等。 2、根據(jù)門極、根據(jù)門極(柵極柵極)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的不同驅(qū)動(dòng)信號(hào)的不同（1）電流控制器件：驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜