典型全控型电力电子器件 .ppt

图4-10 GTR安全工作区 三、电力晶体管的驱动与保护 1．GTR基极驱动电路 (1)对基极驱动电路的要求 ①由于GTR主电路电压较高，控制电路电压较低，所以应实现主电路与控制电路间的电隔离。 ②在使GTR导通时，基极正向驱动电流应有足够陡的前沿，并有一定幅度的强制电流，以加速开通过程，减小开通损耗，如图4-11所示。 ③GTR导通期间，在任何负载下，基极电流都应使GTR处在临界饱和状态，这样既可降低导通饱和压降，又可缩短关断时间。 ④在使GTR关断时，应向基极提供足够大的 反向基极电流(如图4-11波形所示)，以加快关 断速度，减小关断损耗。 ⑤应有较强的抗干扰能力，并有一定的保 护功能。 图4-11 GTR基极驱动电流波形 (2)基极驱动电路 图4-12 实用的GTR驱动电路 3．GTR的保护电路 a) b) c) 图4-13 GTR的缓冲电路 图4-13a所示RC缓冲电路简单，对关断时集电极—发射极间电压上升有抑制作用。这种电路只适用于小容量的GTR(电流10 A以下)。 图4-13b所示充放电型R、C、VD缓冲电路增加了缓冲二极管VD2，可以用于大容量的GTR。但它的损耗(在缓冲电路的电阻上产生的)较大，不适合用于高频开关电路。 图4-13c所示阻止放电型R、C、VD缓冲电路，较常用于大容量GTR和高频开关电路，其最大优点是缓冲产生的损耗小。 第三节 电力场效应晶体管(Power MOSFET) 一、电力MOSFET的结构 电力MOSFET采取两次扩散工艺，并将漏极D移到芯片的另一侧表面上，使从漏极到源极的电流垂直于芯片表面流过，这样有利于减小芯片面积和提高电流密度。 a) b) 图4-14 电力MOSFET的结构和符号 a) MOSFET元组成剖面图 b) 图形符号 电力MOSFET的外形图 2．电力MOSFET的工作原理 当漏极接电源正极，源极接电源负极，栅源极之间电压为零或为负时，P型区和N-型漂移区之间的PN结反向，漏源极之间无电流流过。如果在栅极和源极间加正向电压UGS，由于栅极是绝缘的，不会有电流。但栅极的正电压所形成的电场的感应作用却会将其下面的P 型区中的少数载流子电子吸引到栅极下面的P型区表面。当uGS大于某一电压值UGS(th)时，栅极下面的P型区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型反型成N型，沟通了漏极和源极。 此时，若在漏源极之间加正向电压，则电子将从源极横向穿过沟道，然后垂直(即纵向)流向漏极，形成漏极电流iD。电压UGS(th)称为开启电压，uGS超过UGS(th)越多，导电能力就越强，漏极电流iD也越大。 二、电力MOSFET的特性 1．转移特性 转移特性是指电力MOSFET的输入栅源电压uGS与输出漏极电流iD之间的关系，如图4-15a所示。由图可见，当uGS UGS(th)时，iD近似为零；当uGS＞UGS(th)时，随着uGS的增大，iD也越大。当iD较大时，iD与uGS的关系近似为线性，曲线的斜率被定义为跨导gm，则有 二、电力MOSFET的特性 a) b) 图4-15 电力MOSFET的转移特性和输出特性 a) 转移特性 b) 输出特性 2．输出特性 输出特性是指以栅源电压uGS为参变量，漏极电流iD与漏源电压uDS之间关系的曲线，如图4-15b所示。 ①截止区。uGS≤UGS(th)，iD=0，这和电力晶体管的截止区相对应。 ②饱和区。uGS＞UGS(th)，uDS≥uGS -UGS(th)，当uGS不变时，iD几乎不随uDS的增加而增加，近似为一常数，故称为饱和区。这里的饱和区对应电力晶体管的放大区。当用做线性放大时，MOSFET工作在该区。 ③非饱和区。uGS＞UGS(th)，uDS＜uGS -UGS(th)，漏源电压uDS和漏极电流iD之比近似为常数。该区对应于电力晶体管的饱和区。当MOSFET作开关应用而导