电力晶体管的工作原理与结构

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　　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：

　　图1 结构与外形图

　　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。

　　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。