電力電子器件2

第三節(jié)電力晶體管（GTR）電力晶體管，也稱雙極型功率晶體管GTR：GiantTransistor由三層半導(dǎo)體（組成兩個PN結(jié)）構(gòu)成一般為NPN結(jié)構(gòu)，PNP結(jié)構(gòu)耐壓低GTR工作原理GTR靜態(tài)特性一般采用共發(fā)射極接法作電力開關(guān)用時，兩種穩(wěn)定工作狀態(tài)：斷態(tài)、通態(tài)穩(wěn)定工作區(qū)：截止區(qū)、有源區(qū)、飽和區(qū)截止區(qū)又稱阻斷區(qū)iB＝0開關(guān)處于斷態(tài)GTR承受高電壓而僅有極小的漏電流存在集電結(jié)反偏UBC<0，發(fā)射結(jié)反偏UBE<0

；或集電結(jié)反偏UBC<0

，發(fā)射結(jié)偏壓為零UBE=0

有源區(qū)又稱放大區(qū)或線性區(qū)iC與iB之間呈線性關(guān)系，特性曲線近似平直UBC<0，UBE>0

對于工作于開關(guān)狀態(tài)的GTR來說，應(yīng)當(dāng)盡量避免工作于有源區(qū)，否則功耗很大，要快速通過有源區(qū)，實(shí)現(xiàn)截止與飽和之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。飽和區(qū)開關(guān)處于通態(tài)iB變化時，iC不再隨之變化導(dǎo)通電壓和電流增益均很小UBC>0，UBE>0準(zhǔn)飽和區(qū)指有源區(qū)與飽和區(qū)之間的一段區(qū)域，即特性曲線明顯彎曲的部分隨iB增加，開始出現(xiàn)基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)，電流增益開始下降iC與iB之間不再呈線性關(guān)系UBC<0，UBE>0失控區(qū)當(dāng)UCE超過一定值時，iC會急劇上升，出現(xiàn)非線性，晶體管進(jìn)入失控區(qū)，UCE再進(jìn)一步增加，會導(dǎo)致雪崩擊穿。UCEO、UCES、UCEX、UCBO為不同的基極、射極連接條件下的擊穿電壓。GTR特點(diǎn)電流驅(qū)動型所需驅(qū)動功率大通態(tài)飽和電壓低（由于電導(dǎo)調(diào)制作用）第四節(jié)功率場效應(yīng)晶體管（功率MOSFET）一、結(jié)構(gòu)VDMOSVVMOS一個器件由許多元胞并聯(lián)而成柵極與基片之間隔著SiO2薄層，因此它同其它兩個極之間是絕緣的，只要SiO2層不被擊穿，柵極對源極之間的阻抗是非常高的，因此驅(qū)動電流較小。結(jié)構(gòu)圖2結(jié)構(gòu)圖3N溝道MOSFET符號二、工作原理VGS>0，并達(dá)到一定正電壓形成反型層導(dǎo)電溝道形成電子流導(dǎo)通電阻VDMOS不存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其導(dǎo)通電阻RDS（on）取決于導(dǎo)電通路上等效總電阻RDS（on）＝漂移區(qū)電阻＋溝道電阻＋電極接觸電阻＋引線電阻對于高壓器件，漂移區(qū)電阻占主要成分（當(dāng)導(dǎo)電溝道充分強(qiáng)化之后）RDS（on）＝8.3×10－7BUDS2.5/AA：芯片面積；BUDS：擊穿電壓耐壓越高的器件，其導(dǎo)通電阻越大三、靜態(tài)特性歐姆電阻區(qū)（充分導(dǎo)通后）：輸出電流iD隨電壓uDS線性改變。uGS<UT時，截止閾值電壓UT典型值2～4VuGS足夠大，以保證器件導(dǎo)通進(jìn)入歐姆工作區(qū)功率MOSFET特點(diǎn)：電壓型驅(qū)動驅(qū)動功率小開關(guān)速度快導(dǎo)通時呈阻性第五節(jié)絕緣柵雙極型復(fù)合晶體管（IGBT）雙極型功率器件：如晶閘管、GTR等通流能力很高：由于有少數(shù)載流子注入對漂移區(qū)電導(dǎo)率的調(diào)制，即便是高壓器件，電流密度亦可達(dá)到200～300A/cm2開關(guān)速度較低，開關(guān)過程中功率消耗較大功率MOSFET：開關(guān)速度較高，開關(guān)過程中功率消耗較小由于沒有少數(shù)載流子的電導(dǎo)調(diào)制作用，使通態(tài)電阻較大，通流能力較小。一個600V功率MOSFET的最大電流密度一般只有10A/cm2左右。采用雙極－MOS復(fù)合器件技術(shù)（簡稱BiMOS技術(shù)）將二者結(jié)合起來，取各方之長構(gòu)成一種新的器件。在其中：雙極器件的作用：輸運(yùn)主電流MOS器件的作用：作控制開關(guān)一、結(jié)構(gòu)二、工作原理門極加正電壓時，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為PNP晶體管提供基極電流，從而使IGBT導(dǎo)通?？昭◤腜＋區(qū)注入到N－區(qū)進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制，少子濃度越大電導(dǎo)率越高

注入增強(qiáng)電導(dǎo)率增大N－區(qū)電阻值減小使高耐壓IGBT具有低的通態(tài)壓降當(dāng)門極加負(fù)電壓時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，PNP晶體管的基極電流被切斷，IGBT即被關(guān)斷。由于注入的空穴是少子，存在少子的存儲現(xiàn)象，N－區(qū)的少子