BJT的发展历程及现状探析

作为大功率的开关器件，高击穿电压、大容量的双极型晶体管称为电力晶体管。当在电力电子学的范围内讨论问题时，欧美国家习惯于用BJT（Bipolar Junc-tion Transistor）来代表电力晶体管，而在我国和日本等国家的一些文献资料中，有些作者习惯于用GTR（Giant Transistor）来代表电力晶体管，在本书中用BJT代表电力晶体管。BJT的开发大约从1974年开始，至今已经有1400V/800A器件在应用中。

电力晶体管基本有三种类型。一种是最先发展的单管非隔离型BJT，其特点是散热片未经过隔离，而是晶体管的一个极，其内部结构是单晶体管。另一种是非隔离型达林顿型电力晶体管，除了散热片与上一种相同未经隔离，其不同之处是内部结构变为两级或三级甚至四级晶体管的复合结构。采用了这种技术，使管子的放大倍数h_FE提高很多，增加了电路的控制能力，减少了控制电路的功率。最后一种是目前通用变频器中普遍使用的模块型电力晶体管。这种电力晶体管的三个极与散热片隔离，也就是散热片上不带电。这种隔离技术使变频器的散热更均匀、更容易、结构更趋于小型化和合理化。模块型晶体管的内部结构既有单管型，也有达林顿复合型，其容量范围从450V/30A～1400V/800A不等。为了使用上的方便，使装置集成度更高、体积更小，模块型电力晶体管在一个模块的内部有一单元结构、两单元结构、四单元结构和六单元结构。所谓一单元结构就是在一个模块内有一个电力晶体管（可能是达林顿型和单管型）和一个反向并联的续流二极管，如ETN01-055或1DI200F-055。二单元结构（又称半桥结构）是两个一单元串联制成在一个模块内，构成一个桥臂。四单元结构（又称全桥结构）是由两个两单元组成，可以构成单相桥式电路。而六单元结构（又称三相桥结构）是由三个二单元并联，构成三相桥式电路。不同单元的简化结构如图1-2所示。

图1-2 模块化BJT的内部简化结构(www.xing528.com)

a）一单元模块 b）两单元模块 c）四单元模块 d）六单元模块

进入20世纪90年代，BJT在电压和电流方面的发展不大，原因是多方面的，其一是BJT对电压比较敏感，受工艺和结构限制，很难做到更高耐压；其二是新型器件IGBT的发展也在替代BJT。BJT在扩大电流容量方面，是靠多个管子的并联来实现的。此外，20世纪90年代的电力电子器件在向着多功能、智能化的方向发展。