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九月 3 2020

电力晶体管的工作原理与结构


目录

1.结构
2.工作原理

3.特点

3.1输出电压

3.2输出转矩

3.3载波频率

3.4电流波形

  电力晶体管(英文:Giant Transistor,简称GTR)是是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor—BJT),所以有时也称为Power BJT;具有自关断能力,并有开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽等优点。下面将介绍其的结构外形、原理以及特点:

  1.结构

  电力晶体管(Giant Transistor)简称GTR又称BJT(Bipolar Junction Transistor),GTR和BJT这两个名称是等效的,结构和工作原理都和小功率晶体管非常相似。电力晶体管由三层半导体、两个PN结组成。和小功率三极管一样,有PNP和NPN两种类型,电力晶体管通常多用NPN结构。结构外形与等效迪那路图如图1、图2所示:

结构与外形图

  图1 结构与外形图

等效电路图

  图2 等效电路图

  2.工作原理

  在电力电子技术中,电力晶体管主要工作在开关状态。通常工作在正偏(Ib>0)时大电流导通;反偏(Ib<0=时处于截止状态。因此,给电力晶体管的基极施加幅度足够大的脉冲驱动信号,它将工作于导通和截止的开关状态。

正向导通电路图

  图3 正向导通电路图

  在应用中,电力晶体管一般采用共发射极接法,如图3所示。集电极电流ic与基极电流ib的比值为:

  β=ic/ib (1)

  式中,β称为电力晶体管的电流放大系数,它反映出基极电流对集电极电流的控制能力。

  考虑漏电流Iceo时,Ic和Ib的关系为:

  ic=βib+Iceo (2)

  单管电力晶体管的β值比小功率的晶体管小得多,通常为10左右。采用达林顿接法可有效增大电流增益。

  3.特点

  3.1输出电压

  可以采用脉宽调制方式,故输出电压为幅值等于直流电压的强脉冲序列。

  3.2输出转矩

  因为电流中高次谐波的成分较大,故在50Hz时,电动机轴上的输出转矩与工频运行时相比,略有减小。

  3.3载波频率

  由于电力晶体管的开通和关断时间较长,故允许的载波频率较低,大部分变频器的上限载波频率约为1.2~1.5kHz左右。

  3.4电流波形

  因为载波频率较低,故电流的高次谐波成分较大。这些高次谐波电流将在硅钢片中形成涡流,并使硅钢片相互间因产生电磁力而振动,并产生噪音。又因为载波频率处于人耳对声音较为敏感的区域,故电动机的电磁噪音较强。

  以上就是个电力晶体管的工作原理与结构、特点介绍了。由于电力晶体管实现了高频化、模块化、廉价化,因此被广泛用于交流电机调速、不停电电源和中频电源等电力变流装置中,并且将在中小功率应用方面取代传统的晶闸管。 

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