電力晶體管(GTR),電力晶體管(GTR)是什么意思

電力晶體

電力晶體管管按英文GiantTransistor直譯為巨型晶體管，是一種耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（BipolarJunctionTransistor—BJT），所以有時(shí)也稱為PowerBJT；其特性有：耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，但驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)功率大；GTR和普通雙極結(jié)型晶體管的工作原理是一樣的。

電力晶體管也稱巨型晶體管（GTR:Giant Transistor），GTR是一種電流控制的雙極雙結(jié)大功率、高反壓電力電子器件，具有自關(guān)斷能力,產(chǎn)生于本世紀(jì)70年代，其額定值已達(dá)1800V/800A/2kHz、1400v/600A/5kHz、600V/3A/100kHz。

???????? 電力晶體管模塊

它既具備晶體管飽和壓降低、開關(guān)時(shí)間短和安全工作區(qū)寬等固有特性，又增大了功率容量，因此，由它所組成的電路靈活、成熟、開關(guān)損耗小、開關(guān)時(shí)間短，在電源、電機(jī)控制、通用逆變器等中等容量、中等頻率的電路中應(yīng)用廣泛。GTR的缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電流較大、耐浪涌電流能力差、易受二次擊穿而損壞。在開關(guān)電源和UPS內(nèi)，GTR正逐步被功率MOSFET和IGBT所代替。它的符號(hào)如圖1,和普通的NPN晶體管一樣。

圖1 電力晶體管的符號(hào)

GTR的基本特性

（1）靜態(tài)特性

共發(fā)射極接法時(shí)的典型輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。在電力電子電路中GTR工作在開關(guān)狀態(tài)，即工作在截止區(qū)或飽和區(qū)。在開關(guān)過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時(shí)，要經(jīng)過放大區(qū)。

（2）動(dòng)態(tài)特性

開通過程：

延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr，二者之和為開通時(shí)間tn。td主要是由發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電容和集電結(jié)勢(shì)壘電容充電產(chǎn)生的。增大ib的幅值并增大dib/dt，可縮短延遲時(shí)間，同時(shí)可縮短上升時(shí)間，從而加快開通過程。

關(guān)斷過程：

儲(chǔ)存時(shí)間ts和下降時(shí)間tf，二者之和為關(guān)斷時(shí)間toff。ts是用來除去飽和導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存在基區(qū)的載流子的，是關(guān)斷時(shí)間的主要部分。減小導(dǎo)通時(shí)的飽和深度以減小儲(chǔ)存的載流子，或者增大基極抽取負(fù)電流Ib2的幅值和負(fù)偏壓，可縮短儲(chǔ)存時(shí)間，從而加快關(guān)斷速度。

負(fù)面作用是會(huì)使集電極和發(fā)射極間的飽和導(dǎo)通壓降Uces增加，從而增大通態(tài)損耗。GTR的開關(guān)時(shí)間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多。

GTR的主要參數(shù)

GTR的主要參數(shù)有：電流放大倍數(shù)b、直流電流增益hFE、集射極間漏電流Iceo、集射極間飽和壓降Uces、開通時(shí)間ton和關(guān)斷時(shí)間toff。

此外還有：

最高工作電壓

GTR上電壓超過規(guī)定值時(shí)會(huì)發(fā)生擊穿。擊穿電壓不僅和晶體管本身特性有關(guān)，還與外電路接法有關(guān)：

BUcbo> BUcex> BUces> BUcer> Buceo

實(shí)際使用時(shí)，為確保安全，最高工作電壓要比BUceo低得多。

集電極最大允許電流IcM

通常規(guī)定為hFE下降到規(guī)定值的1/2~1/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的Ic。實(shí)際使用時(shí)要留有裕量，只能用到IcM的一半或稍多一點(diǎn)。

集電極最大耗散功率PcM

最高工作溫度下允許的耗散功率GTR的二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)。

1）一次擊穿

集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，Ic迅速增大，出現(xiàn)雪崩擊穿。只要Ic不超過限度，GTR一般不會(huì)損壞，工作特性也不變。

2）二次擊穿

一次擊穿發(fā)生時(shí)Ic增大到某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)會(huì)突然急劇上升，并伴隨電壓的陡然下降。常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變。

3）安全工作區(qū)（Safe Operating Area——SOA）

最高電壓UceM、集電極最大電流IcM、最大耗散功率PcM、二次擊穿臨界線限定。