双极晶体管基本结构分析

BJT与一般的晶体三极管有相似的结构、工作原理。图3-34 NPN型和PNP型双极晶体管的符号图3-35 三重扩散台面型NPN型 BJT的结构剖面为了分析方便，一般将NPN型BJT简化成如图3-36a的结构，在这里集电区中的N-N+结的作用没有考虑，这样发射区、基区和集电区可认为都是均匀掺杂。此时BJT的基射极之间的电压和集射极之间的电压都为零。图3-36 NPN型BJT的简化结构 和共发射极电路图3-37 NPN型BJT的掺杂浓度 和平衡时的能带图

理论教育 2023-06-28

静电感应晶体管的结构及工作原理详解

图4-17 静电感应晶体管的典型结构图4-17b是表面栅N沟道静电感应晶体管。而静电感应晶体管的开关特性保持了单极型器件的优点。因此，静电感应晶体管也具有开关速度快、工作频率高、恢复特性极小的特点。高压静电感应晶体管的频率有所降低，但一般超出其他电力半导体器件。图4-18 静电感应晶体管输出特性

理论教育 2023-06-28

MOS结构：MOSFET关键组成部分的基本工作原理

首先来看MOS结构，它是MOSFET中的关键组成部分，MOSFET的基本工作原理主要体现在MOS结构上。其中，氧化物是绝缘层，此时可以将MOS结构看成一个平板电容，金属和半导体的最外侧是电容的电极。图4-24 不同电压情况下MOS结构能带和电荷分布1）多数载流子累积。即外加的偏置电压大于开启电压UT时，MOS结构中半导体表面处发生强反型，变成相反类型的半导体，一般也称之为MOS栅的开通。

理论教育 2023-06-28

三电平逆变器器件稳态特性相互影响优化

分析案例1：桥臂中的器件稳态判断。此时从逆变器电路的角度，即从器件外特性的角度，无法判断T3的状态。从控制逻辑上看，T3的这种状态很容易被忽视，在某些特定条件下，会影响逆变器安全运行。实际应用则不然，图中T3和T4导通，T1和T2处于阻态，共同承担了直流母线电压，T1和T2管中的漏电流会因为器件的个体差异和工作温度的差异表现出不同的数值，此时会出现两种不同的情况。

理论教育 2023-06-28

半导体器件仿真方法简介

在简单分析了几种有代表性的半导体器件物理现象后，来看看用于半导体器件仿真的基本建模方法和仿真软件。更有效的方式是将描述器件行为的数学方程直接用于器件建模中，这不仅需要仿真软件的接口，还需要合理的求解方法。在器件基本建模方法方面，这里罗列了五种基本方法，它们是功能模型法、近似求解法、转换法、集总电荷模型法和离散化数字求解法。表8-3 不同基本仿真方法的评估注：1=很好、5=很差。

理论教育 2023-06-28

基于IGCT的三电平变换器损耗分析实例

实际上从IGCT的出厂最终测试报告中可以看出，该漏电流往往远小于其手册中所标称的数值，这种偏差对IGCT的损耗分析影响不大。很显然，IGCT关断能量损耗比开通的大很多。图8-30 不同状态不同开关功率损耗比例图同样，采用这样的IGCT损耗模型和系统仿真，也可以分析不同开关频率，不同PWM方式下变换器中各损耗分布情况，实际分析表明在三电平

理论教育 2023-06-28

PN结在偏置条件下的特性研究

偏置的PN结会有电流流过，忽略空间电荷区以外的欧姆压降，即可以认为外加的电压全部加在空间电荷区。图3-8 正向偏置PN的电场和能带分布当PN结正偏置时，设外加正向电压UF，UF的正端接P区，负端接N区。图3-10 正向偏置下 PN结中电流的分布该式也从数学角度准确地表达了PN的电导调制效应。从图3-10中可以看出，在正偏置PN结流过势垒的电流中，空穴和电子的作用一般并不相同。

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电力半导体器件失效分析及优化

电力半导体器件的失效分析就是通过对已经失效器件进行各种测试和实验，进行整理、对比和分类，确定器件失效的形式，分析器件失效机理，给出器件失效的原因，来确定纠正和改进措施，避免同类失效的发生。加强电力半导体器件的失效分析，提高其本身可靠性和在变换器中使用的可靠性，是改进变换器质量最积极的办法。电力半导体器件的失效跟其固有缺陷有重要的关系，使用不当也是器件失效的主要原因。

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PN结的平衡条件及应用探究

在无外加电压的情况下，载流子的扩散和漂移将最终达到动态平衡，即两种载流子的扩散电流和漂移电流各自大小相等、方向相反，因此没有净电流流过PN结。这就是平衡条件下的PN结。在平衡条件下的PN结空间电荷区域内，由于空间电荷区中载流子已扩散殆尽，因而这个区域中的载流子浓度比P区和N区的多数载流子浓度低得多，像是被消耗尽了一样。图3-7 平衡条件下PN结 的载流子浓度分布

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分类电力半导体器件的驱动方式

按电力半导体器件的驱动方式可以将器件分为电压控制型、电流控制型和光控型3类。对于GTO和SCR来说，一般需要脉冲电流控制，而对于BJT一般需要采用持续的电流控制，前者的驱动电路相对复杂，但不需要持续的功率消耗。

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PN结的击穿和穿通现象解析

图3-17为PN结雪崩击穿示意图。图3-18 PN结的齐纳击穿示意图2）外界作用对两种击穿机理的影响不同。另外，温度的升高还会对PN结的雪崩击穿电压有影响。若没有采取有效措施，就会形成恶性循环，直至过热而烧毁PN结中的晶体结构，这种热不稳定性引起的击穿称为热击穿或热电击穿。与PN结的电击穿不同，热击穿是不可逆的，必须尽可能地避免。

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双极晶体管中PN结的相互作用

BJT的基本工作原理体现为发射结和集电结的相互作用。BJT工作在饱和状态，这是双极型电力晶体管与作为信号处理的晶体三极管运行时的最大差别。从PN结分析知道，基射极电压UBE决定了发射结的注入水平，即调节了集电区的电流。可以通过一些计算来分析两个PN结的作用。在此仅分析双极晶体管的基本工作原理，双极晶体管工作特性在第5章展开分析。

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晶闸管基本结构简介

晶闸管在通态时可以承受非常大的浪涌电流，而在阻态能承受非常高的电压，这两点的极限值在目前的所有器件中都是最高的，如果没有无法自关断这个严重的缺陷，那么晶闸管就是完美的电力半导体器件。这跟晶闸管的结构有密切关系。晶闸管的符号以及对应三个端子的定义如图3-42所示。图3-44 简化的晶闸管结构以及外电路连接晶闸管各部分的掺杂浓度如图3-45所示。图3-45 晶闸管各层掺杂浓度示意图

理论教育 2023-06-28

典型器件关断特性分析

需要注意的是进入关断过程有时并不能完成关断过程，易受到干扰影响发生误导通。而对GTO，负门极脉冲使门极电位低于阳极和阴极电位，使主电流一部分被分流到门极流出，阴极电流大大减小，使α1+α2<1，器件进入关断过程。对IGCT，则利用器件的外电路，强迫阳极电流完全从门极流出退出四层三结导通状态进入关断过程。

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IGCT保护机制：实现系统安全稳定运行

使用IGCT的变换器形式多种多样，采用的保护措施也相互不同。IGCT变换器中一样也存在保护测量点的选取，一般的系统中关键点测量都与IGCT保护设计相关。过电压保护动作一般为封锁所有IGCT脉冲，断开主断路器等。通过实际参数计算可以知道，区别变换器正常工作时和桥臂直通时该脉冲宽度的差异，并用于IGCT直通快速保护非常困难。

理论教育 2023-06-28

IGBT模型参数提取及实现方法

图8-3 PSIM下的IGBT模型1）结构模块：在该模块中，用电压传感器和电流传感器采集IGBT的端电压和门极电流，并作为输入模型参数提供给控制模块使用；接受控制模块的输出，将其作为受控电压源或电流源的控制源，实现对IGBT门极电压和集电极电流的控制。

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