電力晶體管GTR的開關(guān)特性詳解 !

電力晶體管gtr簡介

　　電力晶體管是一種雙極型大功率高反壓晶體管，由于其功率非常大，所以，它又被稱作為巨型晶體管，簡稱GTR。GTR是由三層半導(dǎo)體材料兩個(gè)PN結(jié)組成的，三層半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)形式可以是PNP，也可以是NPN。大多數(shù)雙極型功率晶體管是在重?fù)劫|(zhì)的N+硅襯底上，用外延生長法在N+上生長一層N漂移層，然后在漂移層上擴(kuò)散P基區(qū)，接著擴(kuò)散N+發(fā)射區(qū)，因之稱為三重?cái)U(kuò)散?；鶚O與發(fā)射極在一個(gè)平面上做成叉指型以減少電流集中和提高器件電流處理能力。

　　GTR分為NPN型和PNP型兩類，又有單管GTR、達(dá)林頓式GTR（復(fù)合管）和GTR模塊幾種形式。單管GTR飽和壓降VCES低，開關(guān)速度稍快，但是電流增益β小，電流容量小，驅(qū)動(dòng)功率大，用于較小容量的逆變電路。

達(dá)林頓式GTR電流增益β值大，電流容量大，驅(qū)動(dòng)功耗小，但飽和壓降VCES較高，關(guān)斷速度較慢。和單管GTR一樣，達(dá)林頓式非模塊化的GTR在現(xiàn)代逆變電路中早已不太常用。應(yīng)用比較廣泛的還是GTR模塊。它是將兩只或4只、6只、甚至7只單管GTR或達(dá)林頓式GTR的管芯封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，分別組成單橋臂、單相橋、三相橋和帶泄放管的三相橋形式，外殼絕緣，便于設(shè)計(jì)和安裝。在逆變電路中，GTR都工作在共發(fā)射極狀態(tài)，其輸出特性曲線是指集電極電流IC和電壓VCE以及基極電流IB之間的關(guān)系。

電力晶體管gtr的參數(shù)

　?。?）開路阻斷電壓UCEO：基極開路時(shí)，集電極一發(fā)射極間能承受的電壓值。

　?。?）集電極最大持續(xù)電流ICM：當(dāng)基極正向偏置時(shí)，集電極能流入的最大電流。

　　（3）電流增益hFE：集電極電流與基極電流的比值稱為電流增益，也叫電流放大倍數(shù)或電流傳輸比。

　?。?）集電極最大耗散功率PCM：指GTR在最高允許結(jié)溫時(shí)所消耗的功率，它受結(jié)溫限制，其大小由集電結(jié)工作電壓和集電極電流的乘積決定。

　　（5）開通時(shí)間ton：包括延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr。

　?。?）關(guān)斷時(shí)間toff：包括存儲(chǔ)時(shí)間ts和下降時(shí)間tf。

　　電力晶體管特點(diǎn)

　　l、輸出電壓

　　可以采用脈寬調(diào)制方式，故輸出電壓為幅值等于直流電壓的強(qiáng)脈沖序列。

　　2、載波頻率

　　由于電力晶體管的開通和關(guān)斷時(shí)間較長，故允許的載波頻率較低，大部分變頻器的上限載波頻率約為1.2～1.5kHz左右。

　　3、電流波形

　　因?yàn)檩d波頻率較低，故電流的高次諧波成分較大。這些高次諧波電流將在硅鋼片中形成渦流，并使硅鋼片相互間因產(chǎn)生電磁力而振動(dòng)，并產(chǎn)生噪音。又因?yàn)檩d波頻率處于人耳對聲音較為敏感的區(qū)域，故電動(dòng)機(jī)的電磁噪音較強(qiáng)。

　　4、輸出轉(zhuǎn)矩

　　因?yàn)殡娏髦懈叽沃C波的成分較大，故在50Hz時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩與工頻運(yùn)行時(shí)相比，略有減小。

電力晶體管gtr的參數(shù)

　?。?）開路阻斷電壓UCEO：基極開路時(shí)，集電極一發(fā)射極間能承受的電壓值。

　?。?）集電極最大持續(xù)電流ICM：當(dāng)基極正向偏置時(shí)，集電極能流入的最大電流。

　?。?）電流增益hFE：集電極電流與基極電流的比值稱為電流增益，也叫電流放大倍數(shù)或電流傳輸比。

　　（4）集電極最大耗散功率PCM：指GTR在最高允許結(jié)溫時(shí)所消耗的功率，它受結(jié)溫限制，其大小由集電結(jié)工作電壓和集電極電流的乘積決定。

　　（5）開通時(shí)間ton：包括延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr。

　?。?）關(guān)斷時(shí)間toff：包括存儲(chǔ)時(shí)間ts和下降時(shí)間tf。

　　電力晶體管特點(diǎn)

　　l、輸出電壓

　　可以采用脈寬調(diào)制方式，故輸出電壓為幅值等于直流電壓的強(qiáng)脈沖序列。

　　2、載波頻率

　　由于電力晶體管的開通和關(guān)斷時(shí)間較長，故允許的載波頻率較低，大部分變頻器的上限載波頻率約為1.2～1.5kHz左右。

　　3、電流波形

　　因?yàn)檩d波頻率較低，故電流的高次諧波成分較大。這些高次諧波電流將在硅鋼片中形成渦流，并使硅鋼片相互間因產(chǎn)生電磁力而振動(dòng)，并產(chǎn)生噪音。又因?yàn)檩d波頻率處于人耳對聲音較為敏感的區(qū)域，故電動(dòng)機(jī)的電磁噪音較強(qiáng)。

　　4、輸出轉(zhuǎn)矩

　　因?yàn)殡娏髦懈叽沃C波的成分較大，故在50Hz時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩與工頻運(yùn)行時(shí)相比，略有減小。

當(dāng)基極電流突然從正向IB1變?yōu)榉聪騃B2時(shí)，GTR的集電極電流iC并不立即減小，仍保持ICS，而要經(jīng)過一段時(shí)間才下降。

　　存儲(chǔ)時(shí)間ts：把基極電流從正向IB1變?yōu)榉聪騃B2時(shí)，iC下降到0.9ICS所需的時(shí)間。

　　下降時(shí)間tf：iC繼續(xù)下降，iC從0.9ICS下降到0.1ICS所需的時(shí)間。

　　此后，iC繼續(xù)下降，一直到接近反向飽和電流為止，這時(shí)GTR完全恢復(fù)到截止?fàn)顟B(tài)。

　　GTR的關(guān)斷時(shí)間toff：存儲(chǔ)時(shí)間ts和下降時(shí)間tf之和，即

　　toff=ts+tf

　　GTR的開關(guān)時(shí)間對它的應(yīng)用有較大的影響，選用GTR時(shí)，應(yīng)注意其開關(guān)頻率。應(yīng)使輸入脈沖持續(xù)時(shí)間大于GTR開關(guān)時(shí)間。

改善措施

　　為了使GTR快速導(dǎo)通，縮短開通時(shí)間ton，驅(qū)動(dòng)電流必須具有一定幅值，前沿較陡的正向驅(qū)動(dòng)電流，可加速GTR的導(dǎo)通；為加速GTR關(guān)斷，縮短關(guān)斷時(shí)間toff，驅(qū)動(dòng)電流必須具有一定幅值的反向驅(qū)動(dòng)電流，過沖的負(fù)向驅(qū)動(dòng)電流，可縮短關(guān)斷時(shí)間。