电力晶体管（GTR）优化技术

电力晶体管，也叫双极结型晶体管（BJT）。

1.基本构成 变频器用的GTR一般都是达林顿晶体管（复合晶体管）模块，其内部的基本电路如图2-40所示。它的三个极分别是集电极（C）、发射极（E）和基极（B）。根据变频器的工作特点，在晶体管旁还并联了一个反向连接的续流二极管。又根据逆变桥的特点，常做成双管模块（见图2-40b），甚或做成六管模块。

图2-40 GTR模块的内部电路

a）单管模块 b）双管模块

2.工作状态 和普通晶体管一样，GTR也是一种电流放大器件，具有三种基本的工作状态：

（1）放大状态 其基本工作特点是集电极电流I_C的大小随基极电流I_B而变，即

I_C=βI_B

式中 β———GTR的电流放大倍数。

GTR处于放大状态时，其耗散功率P_C较大。以图2-41所示的基本电路为例，设U_C=200V，R_C=10Ω，β=50，I_B=200mA（0.2A）。今计算如下：

I_C=βI_B=50×0.2A=10A

U_CE=U_C-I_CR_C=（200-10×10）V=100V

P_C=U_CEI_C=100×10W=1000W=1kW

（2）饱和状态I_B增大时，I_C随之而增大的状态要受到欧姆定律的制约。当

βI_B>U_C/R_C时，I_C=βI_B的关系便不可能再维持了，这时GTR开始进入“饱和”状态。而当I_C的大小几乎完全由欧姆定律决定，即

I_CS≈U_C/R_C时，GTR便处于深度饱和的状态（I_CS为饱和电流）。这时，GTR的饱和压降U_CES约为1～5V。

GTR处于饱和状态时的功耗是很小的。上例中，设U_CES=2V，则

I_CS=U_C/R_C=200/10A=20A

P_C=U_CESI_CS=2×20W=40W

可见，与放大状态相比，相去甚远。

（3）截止状态 即关断状态。这是基极电流I_B≤0的结果。

在截止状态，GTR中只有很微弱的漏电电流流过，因此其功耗是微不足道的。

图2-41 GTR的基本电路

GTR在逆变电路中是用来作为开关器件的，工作过程中，总是在饱和状态和截止状态间进行交替。所以，逆变用的GTR的额定功耗通常是很小的。而如上所述，如果GTR处于放大状态，其功耗将增大达百倍以上。所以，逆变电路中的GTR是不允许在放大状态下稍作停留的。(www.xing528.com)

3.主要参数

（1）在截止状态时

1）击穿电压U_CEO和U_CEX：能使集电极（C）和发射极（E）之间击穿的最小电压。基极（B）开路时用U_CEO表示，B、E间接入反向偏压时用U_CEX表示。在大多数情况下，这两个数据是相等的。

2）漏电流I_CEO和I_CEX：截止状态下，从C流向E的电流。B开路时为I_CEO，B、E间反向偏压时为I_CEX。

（2）在饱和状态时

1）集电极最大电流I_CM：GTR饱和导通时的最大允许电流。

2）饱和压降U_CES：当GTR饱和导通时，C、E间的电压降。

（3）在开关过程中

1）开通时间t_ON：从基极通入正向信号电流时起，到集电极电流上升到0.9I_CS所需要的时间。

2）关断时间t_OFF：从基极电流撤消时起，至I_C下降至0.1I_CS所需的时间，如图2-42所示。

开通时间和关断时间将直接影响到SPWM控制时的载波频率。通常，使用GTR作为逆变管时的载波频率低于2kHz。

4.变频器用GTR的选用

（1）U_CEO 通常按电源线电压U_L峰值的2倍来选择，即

在电源线电压为380V的变频器中，应有1074.8V，故选用U_CEO=1200V的GTR是适宜的。

（2）I_CM 按额定电流I_N峰值的2倍进行选择，即

式（2-27）和式（2-28）的选

择原则也适用于其他各类用于逆变器的器件。

GTR是用电流信号进行驱动的，所需驱动功率较大，故基极驱动系统比较复杂，并使工作频率难以提高，这是其不足之处。

图2-42 GTR的开关时间

a）I_C的状况 b）脉冲信号