功率晶体管GTR的特性

1、功率晶体管（GTR）的特性功率晶体管（GTR）具有控制方便、开关时间短、通态压降低、高频特性好、安 全工作区宽等优点。但存在二次击穿问题和耐压难以提髙的缺点，阻碍它的进一步发展。一、结构特性1、结构原理功率晶体管是双极型大功率器件，又称巨型晶体管或电力酚体管，简称GTRo 它从本质上讲仍是晶体管，因而工作原理与一般晶体管相同。但是，由于它主要用在电力电 子技术领域，电流容量大，耐压水平高，而且大多工作在开关状态，因此其结构与特性又有 许多独特之处。对GTR的要求主要是有足够的容疑、适当的增益、较高的速度和较低的功耗等。 由于GTR电流大、功耗大，因此其工作状况出现了新特点、新问题。比如存在基区

2、大注入效 应、基区扩展效应和发射极电流集边效应等，使得电流增益下降、特征频率减小，导致局部 过热等，为了削弱这种影响，必须在结构上采取适当的措施。目前常用的GTR器件有单管、 达林顿管和模块三大系列。三重扩散台而型NPN结构是单管GTR的典型结构，其结构和符号如图1所示。 这种结构的优点是结而积较大，电流分布均匀，易于提髙耐压和耗散热量：缺点是电流增益 较低，一般约为1020集电极图1、功率晶体管结构及符号图2、达林顿GTR结构（a）NPN-NPN 型、（b）PNP-NPNxing达林顿结构是提高电流增益的一种有效方式。达林顿GTR由两个或多个晶体管 复合而成，可以是PNP或NPN型，如图2所

3、示，其中VI为驱动管，可饱和，而V2为输出笛, 不会饱和。达林顿GTR的电流增益0大大提髙，但饱和压降VCES也较高且关断速度较慢。 不难推得IC= B 二 VCES1+VCES2 （其中 B B 1 B 2）目前作为大功率开关应用最多的是GTR模块。它是将单个或多个达林顿结构GTR 及其辅助元件如稳立电阻、加速二极管及续流二极管等，做在一起构成模块，如图3所示。 为便于改善器件的开关过程或并联使用，有些模块的中间基极有引线引出。GTR模块结构紧 凑、功能强，因而性能价格比大大提高。图3、GTR模块的等效电路2、特性参数1）输岀特性与电流增益GTR的共射极输岀特性如图4所示。可分为四个区，即：

4、阻断区、线性区、准 饱和区及深饱和区。用作开关时，应尽量避免工作于线性区，否则功耗很大。进入深饱和区, 虽功耗小，但关断时间长且安全工作区变窄.因此一般工作于准饱和区。饱和压降VCES是一 重要参数，它越小，GTR的功耗越小。VCES随IC和温度的增加而增大。图4、共射极电路输出特性GTR的共射极电流增益P随集电极电流IC和结温Ti变化，如图5所示。可见, 大电流时沒下降，限制了 GTR的电流容量。图5、BIC关系曲线2）开关特性开关过程可分四个阶段：开通过程、导通状态、关断过程、阻断状态。GTR开 关过程的电流波形如图6所示。英中，开通时间ton包括延迟时间td和上升时间tc,关断 时间to

5、ff包括存储时间ts和下降时间ti。一般开关时间越短，工作频率越高。为缩短开通时间.可选结电容小的管子或提髙驱动电流的幅值和陡度。为缩短关断时间，可选B小 的管子，防止深饱和，增加反偏电流等。图6、GTR开关过程的电流波形电压上升率dv/dt和电流上升率di/dt会影响开关过程。为防止过髙的dv/dt 或di/dt对GTR造成危害，一般应加接缓冲电路。3）二次击穿与安全工作区二次击穿是集-射电压突然变低而电流激增的现象。GTR的二次击穿特性如图7所示，包括发射结正偏.开路和反偏三种情况。其中正偏二次击穿对GTR的威胁最大。图7、GTR的二次击穿特性安全工作区SOA是指GTR能够安全运行的电流、电压、功耗的极限范用，分为 正偏安全工作区和反偏安全工作区，如图8所示。其中正偏安全工作区受最大集电极电流 ICM、最大耐压BYCEO、最大允许功耗PCM和二次击穿触发功率PS/B的限制。DC为直流情况, 虚线为脉冲情况，反向偏宜安全工作区受最大集电极电流、集-射维持电压和二次击穿功率 的限制。来自海洋兴业仪器。,cJG图8、正偏安全工作区4）其他特性参数主要有集电极电压最大值、发