电力晶体管(GTR)全控性器件

电力晶体管(Giant Transistor,GTR)是一种全控性器件 ,以下是关于它的详细介绍:(模电普通晶体管三极管进行对比学习)

基本概念

GTR是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管(BJT) ,也称为Power BJT。它是电流控制的双极双结大功率、高反压电力电子器件,具有自关断能力,可在电源、电机控制、通用逆变器等中等容量、中等频率的电路(开关特性不错) 中实现对电流和电压的精确控制。

结构

GTR由三层半导体 、两个PN结组成,有PNP和NPN两种类型,通常多用NPN结构。以NPN型为例,有发射区(Emitter,E)、基区(Base,B)和集电区(Collector,C) 三个区域,发射区和基区之间形成发射结(JE),基区和集电区之间形成集电结(JC)。

工作原理

使用的时候通常按照达林顿接法构成单元结构采用共发射极的接法。

三个晶体管按照达林顿接法,可以有效的增大电流放大增益。(目的)

在电力电子技术中,GTR主要工作在开关状态。

正偏(Ib>0)时大电流导通;

反偏(Ib<0)时处于截止状态。放大状态下,集电极电流是基极电流的β倍,实现电流放大功能。饱和状态时,集电结正偏,集电极 - 发射极电压很低,呈现低电阻状态 。截止状态时,发射结和集电结都反偏,仅有很小的漏电流,呈现高电阻状态。

基本特性

耐压高,电流大,开关特性好。

  • 静态特性:共发射极接法时可分为截止区、放大区和饱和区。
  • 动态特性:

开通时间是从基极输入正向信号开始,到集电极电流上升至稳态值的90%所需的时间。

关断时间包括储存时间 ts(让晶体管退出饱和的时间),和关断时间 tf是从基极输入负向信号开始,到集电极电流下降至稳态值的10%所需的时间。

主要参数

包括最高工作电压、

集电极最大允许电流ICM、

集电极最大允许耗散功率PCM、最高工作结温TJM等。

GTR的二次击穿现象与安全工作区

一次击穿:集电极电压升高至击穿电压时,ic 迅速增大。只要/不超过限度。GTR一般不会损坏,工作特性也不变。

二次击穿:(特有的二次击穿临界线)一次击穿发生时,ic 突然急剧上升,电压陡然下降。常常立即导致器件的永久损坏,或者工作特性明显衰变。

安全工作区(Safe Operating Area-SOA)最高电压Ucem、集电极最大电流/cm、最大耗散功率PcM、二次击穿临界线限定。

优缺点

  • 优点:饱和压降低、开关时间短、安全工作区宽、开关损耗小,电路灵活成熟。

  • 缺点:驱动电流较大、耐浪涌电流能力差、易受二次击穿而损坏。

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