電力電子器件課件

第5章功率晶體管

GiantTransistor

(GTR)第2章第5章功率晶體管也稱為功率雙極結(jié)型晶體管PowerBipolarJunctionTransistorPowerBJT曾經(jīng)取代晶閘管解決強(qiáng)迫換流問題淘汰品！已被功率MOSFET和IGBT所取代第5章功率晶體管主要不足之處二次擊穿問題—可靠性—影響其發(fā)展與應(yīng)用電流控制型，電流增益小—驅(qū)動負(fù)擔(dān)大開關(guān)頻率不夠高（雙極型—飽和—關(guān)斷速度）電氣符號基極集電極發(fā)射極基極集電極發(fā)射極第5章功率晶體管βiB(1+β)iB工作原理β—電流增益（≈5~10）iB第5章功率晶體管普通晶體管和功率晶體管之間的差別普通晶體管功率晶體管用途：信號放大要求：線性度好

增益適當(dāng)

特征頻率高

溫漂時漂小

噪聲低用途：功率開關(guān)要求：容量足夠大

通態(tài)壓降低

功率損耗小

增益適當(dāng)1.結(jié)構(gòu)特點第5章功率晶體管由于GTR的工作電流很大，因此會出現(xiàn)3種影響GTR正常工作的物理效應(yīng)——大電流效應(yīng)電流增益β↘電流局部集中—局部過熱基區(qū)大注入效應(yīng)基區(qū)擴(kuò)展電阻效應(yīng)發(fā)射極電流集邊效應(yīng)第5章功率晶體管為了削弱上述三種大電流效應(yīng)，GTR在器件結(jié)構(gòu)和制造工藝上進(jìn)行了改進(jìn)，以滿足大功率應(yīng)用的需要。三重擴(kuò)散臺面型結(jié)構(gòu)基極與發(fā)射極做成叉指狀結(jié)構(gòu)—基極周邊的發(fā)射極區(qū)域面積↗—發(fā)射極電流集邊效應(yīng)↘—電流容量↗兩次擴(kuò)散深度差控制—基區(qū)很薄—電流增益β↗N?

漂移區(qū)—耐壓水平↗—電流增益β適當(dāng)?shù)?章功率晶體管2.靜態(tài)特性輸出特性一次擊穿UCES飽和壓降導(dǎo)通時，工作于飽和區(qū)；關(guān)斷時，工作于截止區(qū)。第5章功率晶體管電流增益β=IC/IB表示GTR的基極放大能力

β不是常數(shù)，隨工作溫度和參數(shù)（IC、UCE）的改變而變化高壓大功率GTR的電流增益β一般在10左右第5章功率晶體管達(dá)林頓結(jié)構(gòu)—提高GTR的電流增益βR1

和R2—VT1

和VT2

的集電結(jié)反向漏電流通道—溫度穩(wěn)定性↗VD—加速VT2

關(guān)斷達(dá)林頓GTR的特點：電流增益β↗

β=β1β2+β1+β2VT2

不會飽和—飽和壓降UCES↗開關(guān)速度↘β1β2第5章功率晶體管飽和壓降特性IC↗—UCES↗結(jié)溫↗—UCES↗IC

較大時，UCES

上升明顯—過電流保護(hù)第5章功率晶體管3.GTR的二次擊穿—GTR失效或性能下降基極開路或發(fā)射結(jié)反偏—UCE↗—集電結(jié)雪崩擊穿—一次擊穿—負(fù)阻現(xiàn)象—IC↗↗—電流集中、局部過熱點—二次擊穿發(fā)射結(jié)正偏—內(nèi)部熱不均衡，局部溫度過高—特性曲線轉(zhuǎn)折點左移—一次擊穿、二次擊穿第5章功率晶體管GTR發(fā)生二次擊穿的最終原因：器件內(nèi)部局部溫度過高溫度升高的原因：器件內(nèi)部熱不均衡性（發(fā)射結(jié)正偏）雪崩擊穿（發(fā)射結(jié)反偏或基極開路）安全工作區(qū)正偏：FBSOA反偏：RBSOA二次擊穿臨界曲線（功率PS/B限制線）第5章功率晶體管4.GTR的基極驅(qū)動基極電流IB1

的幅度和陡度足夠大—開通時間ton↘—開通損耗↘基極電流IB2

足夠大—不至于退飽和進(jìn)入放大區(qū)；

不能太大—飽和程度↘—