大功率晶體管

大功率晶體管一般被稱為功率器件，屬於電力電子技術（功率電子技術）領域研究範疇。其實質就是要有效地控制功率電子器件合理工作，通過功率電子器件為負載提供大功率的輸出。

一般説來，功率器件通常工作於高電壓、大電流的條件下，普遍具備耐壓高、工作電流大、自身耗散功率大等特點，因此在使用時與一般小功率器件存在一定差別 ^[1]  。

功率器件從整體上可以分為不可控器件、半可控器件和全可控器件。

1.不可控器件

指導通和關斷無法通過控制信號進行控制，完全由其在電路中所承受的電流、電壓情況決定，屬於自然導通和自然關斷。包括功率二極管。

2.半可控器件

指能用控制信號控制其導通，但不能控制其關斷，其關斷只能由其在主電路中承受的電壓、電流情況決定，屬於自然關斷。包括晶閘管（SCR）和由其派生出來的雙向晶閘管（TRIAC）。

3.全可控器件

指能使用控制信號控制其導通和關斷的器件，包括功率三極管（GTR）、功率場效應管（功率MOSFET）、可關斷晶閘管（GTO）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）、MOS控制晶閘管（MCT）、靜電感應晶體管（SIT）、靜電感應晶閘管（SITH）和集成門極換流晶閘管（IGCT）等。

全可控器件從控制形式上還可以分為電流控制型和電壓控制型兩大類。

屬於電流控制型的有：GTR（功率三極管）、SCR（可控晶閘管）、TRIAC（可控雙向晶閘管）、GTO（可關斷晶體管）等。

屬於電壓控制型的有：功率MOSFET、IGBT、MCT和SIT ^[1]  。

1.選型考慮原則

適用性（是否滿足技術要求）、經濟性（性價比）；

2.工作頻率比較

SIT>MOSFET（3-10MHz）>IGBT（50kHz）>SITH>GTR（30kHz）>MCT>GTO；

3.功率容量比較

GTO（6000V/6000A）>SITH>MCT>IGBT（2500V/1000A）>GTR（1800V/400A）>SIT>功率MOSFET（1000V/100A）；

4.通態電阻比較

功率MOSFET>SIT>SITH>GTO>IGBT>GTR>MCT；

5.控制難易程度比較

電壓控制型控制較電流控制型更容易控制，但其中的SIT屬於常開型器件，控制難度大於功率MOSFET和IGBT ^[2]  。

GTR基極驅動電路和性能直接影響着GTR的工作狀況，因此在設計基極驅動電路時應考慮以下兩點：最優化驅動方式和自動快速保護。  

所謂最優化驅動，就是以理想的基極驅動電流波形去控制GTR的開關過程，以便提高開關速度，減小開關損耗。理想的基極驅動電流波形。為加快開通時間和降低開通損耗，正向基極電流在開通初期不但要求有陡峭的前沿，而且要求有一定時間的過驅動電流IB1。導通階段的基極驅動電流IB2應使GTR恰好維持在準飽和狀態，以便縮短存儲時間ts。一般情況下，過驅動電流IB1的數值選為準飽和基極驅動電流值IB2的3倍左右，過驅動電流波形前沿應控制在0.5s以內，其寬度控制在2s左右。關斷GTR時，反向基極驅動電流IB3應大一些，以便加快基區中載流子的抽走速度，縮短關斷時間，減小關斷損耗，實際應用中，常選IB3=IB1或更大一些。這種基極驅動波形一般由加速電路和貝克箝位電路來實現。    

另外，GTR的驅動電路還應有自保護功能，以便在故障狀態下能快速自動切除基極驅動信號，以避免GTR的損壞。保護電路的類型有多種，根據器件及電路的不同要求可進行適當的選擇。為了提高開關速度，可採用抗飽和保護電路；要保證開關電路自身功耗低，可採用退飽和保護電路；要防止基極欠驅動導致器件過載狀態，可採用電源電壓監控保護。此外，還有脈衝寬度限制電路以及防止GTR損壞的過壓、過流、過熱等保護電路。      

基極驅動電路構成形式很多，歸結起來有三個明顯的趨勢：  

1.為了提高工作速度，都以抗飽和貝克箝位電路作為基本電路；      

2.不斷完善和擴大自動保護功能；  

3.在開通和關斷速度方面不斷加以改進和完善。

用於控制功率輸出，高頻大功率晶體管的應用電子設備的掃描電路中，如彩電,顯示器，示波器，大型遊戲機的水平掃描電路，視放電路，發射機的功率放大器，如對講機，手機的射頻輸出電路，高頻振盪電路和高速電子開關電路等。

大功率管由於發熱量大所以必須安裝在金屬散熱器上，且金屬散熱器的面積要足夠大，否則達不到技術文檔規定的技術性能 ^[3]  。