电子器件课程学习.pptx

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1、会计学1电子器件电子器件(din z q jin)第一页，共84页。西门子西门子第1页/共84页第二页，共84页。ABB变频器变频器第2页/共84页第三页，共84页。1、变频器的概念、变频器的概念(ginin)和用和用途途n n变频器的概念：利用半导体器件的通断作用来实现电能频率变化的电子控制装置。n n整流和逆变n n变频器的用途：用于驱动控制交流(jioli)电动机进行连续平滑的变频调速。第3页/共84页第四页，共84页。变频器的用途变频器的用途(yngt)第4页/共84页第五页，共84页。第5页/共84页第六页，共84页。2、变频器的发展、变频器的发展(fzhn)历程历程n n直流调速系

2、统的优缺点：n n调速系统结构简单、调速平滑、调速性能好n n但直流电机本身结构复杂、价格昂贵、维护不变n n交流调速系统的优缺点：n n交流电机结构简单、工作(gngzu)可靠、价格低廉、规格较多（小容量到大容量的）n n但调速比较困难第6页/共84页第七页，共84页。n n变频器的诞生(dnshng)n n20世纪70年代，微电子技术和电力电子技术的发展，为变频器的诞生(dnshng)奠定了基础。n n变频器的出现实现了交流异步电动机的变频调速。n n变频器的发展与成熟n n近30年来，微电子技术、电力电子技术、计算机技术的发展促进了变频器的不断发展和成熟n n高性能的变频调速系统已经可以

3、与传统的直流调速系统相媲美。第7页/共84页第八页，共84页。3、我国变频器的应用、我国变频器的应用(yngyng)现状现状n n起步较晚起步较晚n n2020世纪世纪9090年代中国企业界才开始认识并尝试使年代中国企业界才开始认识并尝试使用用n n以进入以进入“黄金时期黄金时期”n n近几年，随着变频器价格的下调、性能的提高近几年，随着变频器价格的下调、性能的提高,以及节能以及节能(ji nn(ji nn)方面的要求，推动了变方面的要求，推动了变频器的推广应用。频器的推广应用。n n国外品牌：作为高新科技产品，国外品牌占据国外品牌：作为高新科技产品，国外品牌占据了绝大多数市场。了绝大多数市场

4、。n n如：日本三菱、富士、西门子等如：日本三菱、富士、西门子等第8页/共84页第九页，共84页。n n国内品牌n n国内变频器的研制和生产也在向前发展n n规模较大的厂家有：成都森兰、佳灵，北京的利德华福等。n n变频调速的效果n n节能（风机、泵类）n n提高速度和精度n n提高生产率和产品质量n n延长设备使用寿命（和直流调速比较(bjio)）n n增加使用者的舒适度等（电梯）第9页/共84页第十页，共84页。n n市场空间市场空间n n变频器的应用变频器的应用(yngyng)(yngyng)目前不足十分之一目前不足十分之一n n一个主要原因是变频器应用一个主要原因是变频器应用(yngy

5、ng)(yngyng)人才的缺乏人才的缺乏第10页/共84页第十一页，共84页。应用效果应用效果领域领域应用方法应用方法以前方式以前方式节能鼓风机、泵调速运转，采用工频恒速和变频调速运转相结合采用工频电源恒速运转自动化各种搬运机械1、多台电动机以比例速度运转2、联动运转，同步运转1、机械式变速减速器2、定子电压控制提高产量机床搬运机械增速运转消除或缓冲起动停止引起的不良降低1、采用工频电源恒速运转2、定子电压控制减少维修（恶劣环境的对策）车辆传动生产流水线取代直流电动机直流电动机提高质量机床搅拌机选择无级的最佳速度运转采用工频电源恒速运转提高舒适性空调机采用压缩机调速运转，进行连续温度控制采用

6、工频电源的通、断控制第11页/共84页第十二页，共84页。风机风机(fn j)、水泵用节能型变、水泵用节能型变频器频器第12页/共84页第十三页，共84页。n n风机、水泵，是风量与转速成正比，转矩或风压与转速平方成正比，轴功率与转速立方成正比，所以(suy)在低转速运行时，负载转矩非常小，变频器运转的温度及转矩都不存在问题，所以(suy)变频器可制造出节能型。第13页/共84页第十四页，共84页。4、变频器的发展趋势、变频器的发展趋势n n向专用型方向发展向专用型方向发展n n 针对特定应用领域的专用变频器（风机泵类）针对特定应用领域的专用变频器（风机泵类）n n 以降低成本，节省安装调试时

7、间，方便操作以降低成本，节省安装调试时间，方便操作n n向个性化方向发展向个性化方向发展n n 操作更简单（设计时菜单更加方便）操作更简单（设计时菜单更加方便）n n 使用更方便使用更方便n n易用型不断提高易用型不断提高(t go)(t go)n n 提供辅助工具提供辅助工具n n 简化调试过程简化调试过程第14页/共84页第十五页，共84页。n n功率结构模块化n n采用模块化设计，为不同系列的产品提供(tgng)了一致性n n为用户选型、安装、调试维护带来方便n n智能化（信息化）n n加强编程能力n n通讯能力n n优化电网缺口n n内置电抗器减少谐波对电网的影响n n采用高功率因数整

8、流器第15页/共84页第十六页，共84页。5、课程内容、课程内容n n课程性质n n“变频器原理及应用”是一门应用性较强的专业课程n n是“数学”、“物理”、“电工基础”、“电子技术”、“电子电子技术”、“电力拖动”、“电气控制”等课程的后续课程。n n同时(tngsh)又与“交直流调速系统”、“PLC控制技术”等专业课程有着横向联系。第16页/共84页第十七页，共84页。n n课程主要任务n n掌握变频器的结构(jigu)和工作原理n n重点：变频器的概念和用途n n难点：变频器的发展趋势第17页/共84页第十八页，共84页。第2章 电力(dinl)电子器件 第18页/共84页第十九页，共8

9、4页。电力(dinl)电子器件的分类按照能够按照能够按照能够按照能够(nnggu)(nnggu)被控制电路信号所控制的程度被控制电路信号所控制的程度被控制电路信号所控制的程度被控制电路信号所控制的程度 半控型器件半控型器件半控型器件半控型器件 主要是指晶闸管（主要是指晶闸管（主要是指晶闸管（主要是指晶闸管（ThyristorThyristor）及其大部分派生器件。）及其大部分派生器件。）及其大部分派生器件。）及其大部分派生器件。器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。器件的

10、关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。全控型器件全控型器件全控型器件全控型器件 目前最常用的是目前最常用的是目前最常用的是目前最常用的是 IGBT IGBT和和和和Power MOSFETPower MOSFET。通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断。通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断。通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断。通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断。不可控器件不可控器件不可控器件不可控器件 电力二极管（电力二极管（电力二极管（电力二极管（Power DiodePower Diode）不能用控制信号来控制其通断不能用控制信号来控制其

11、通断不能用控制信号来控制其通断不能用控制信号来控制其通断第19页/共84页第二十页，共84页。电力电子器件电力电子器件(din z(din z q jin)q jin)的分类的分类 按照驱动信号的性质按照驱动信号的性质按照驱动信号的性质按照驱动信号的性质 电流驱动型电流驱动型电流驱动型电流驱动型 通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。电压驱动型电压驱动型电压驱动型电压驱动型 仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号

12、就可实现导通或者关断的控制。仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。按照驱动信号的波形（电力二极管除外按照驱动信号的波形（电力二极管除外按照驱动信号的波形（电力二极管除外按照驱动信号的波形（电力二极管除外 ）脉冲触发型脉冲触发型脉冲触发型脉冲触发型 通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控制。通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控制。通过在控制端施加一个电压或电流

13、的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控制。通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控制。电平电平电平电平(din pn(din pn)控制型控制型控制型控制型 必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平(din pn(din pn)的电压或电流信号来使器件的电压或电流信号来使器件的电压或电流信号来使器件的电压或电流信号来使器件开通并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态。开通并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态。开通并维持在导通状态

14、或者关断并维持在阻断状态。开通并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态。第20页/共84页第二十一页，共84页。电力电子器件电力电子器件(din z(din z q jin)q jin)的分类的分类 按照载流子参与导电的情况按照载流子参与导电的情况按照载流子参与导电的情况按照载流子参与导电的情况 单极型器件单极型器件单极型器件单极型器件 由一种载流子参与导电。由一种载流子参与导电。由一种载流子参与导电。由一种载流子参与导电。双极型器件双极型器件双极型器件双极型器件 由电子由电子由电子由电子(dinz(dinz)和空穴两种载流子参与导电。和空穴两种载流子参与导电。和空穴两种载流子参与导电。和空穴

15、两种载流子参与导电。复合型器件复合型器件复合型器件复合型器件 由单极型器件和双极型器件集成混合而成，由单极型器件和双极型器件集成混合而成，由单极型器件和双极型器件集成混合而成，由单极型器件和双极型器件集成混合而成，也称混合型器件。也称混合型器件。也称混合型器件。也称混合型器件。第21页/共84页第二十二页，共84页。本章本章(bn zhn(bn zhn)内容和学习要点内容和学习要点本章内容本章内容本章内容本章内容 按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其它新型器件的顺序，分按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其它新型器件的顺序，分按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其它新

16、型器件的顺序，分按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其它新型器件的顺序，分别介绍各种电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用别介绍各种电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用别介绍各种电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用别介绍各种电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。中应注意的一些问题。中应注意的一些问题。中应注意的一些问题。学习要点学习要点学习要点学习要点 最重要的是掌握其基本特性。最重要的是掌握其基本特性。最重要的是掌握其基本特性。最重要的是掌握其基本特性。掌握电力电子器件的型号命名法，以及其

17、参数和特性曲线掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性曲线掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性曲线掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性曲线(qxin)(qxin)的使用方的使用方的使用方的使用方法。法。法。法。了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。第2

18、2页/共84页第二十三页，共84页。2.2 2.2 不可控器件不可控器件(qjin)(qjin)功率二极管功率二极管功率二极管的工作功率二极管的工作(gngzu)原理原理 功率二极管的基本特性功率二极管的基本特性 功率二极管的主要参数功率二极管的主要参数 功率二极管的主要类型功率二极管的主要类型第23页/共84页第二十四页，共84页。2.2 不可控器件(qjin)功率二极管引言 功率功率功率功率(gngl(gngl)二极管（二极管（二极管（二极管（Power DiodePower Diode）自）自）自）自2020世纪世纪世纪世纪5050年代初期就获得应用，但其结构和原理年代初期就获得应用，但

19、其结构和原理年代初期就获得应用，但其结构和原理年代初期就获得应用，但其结构和原理简单，工作可靠，直到现在电力二极管仍然大量应用于许多电气设备当中。简单，工作可靠，直到现在电力二极管仍然大量应用于许多电气设备当中。简单，工作可靠，直到现在电力二极管仍然大量应用于许多电气设备当中。简单，工作可靠，直到现在电力二极管仍然大量应用于许多电气设备当中。在采用全控型器件的电路中电力二极管往往是不可缺少的，特别是开通和关断速度很快在采用全控型器件的电路中电力二极管往往是不可缺少的，特别是开通和关断速度很快在采用全控型器件的电路中电力二极管往往是不可缺少的，特别是开通和关断速度很快在采用全控型器件的电路中电力

20、二极管往往是不可缺少的，特别是开通和关断速度很快的快恢复二极管和肖特基二极管，具有不可替代的地位。的快恢复二极管和肖特基二极管，具有不可替代的地位。的快恢复二极管和肖特基二极管，具有不可替代的地位。的快恢复二极管和肖特基二极管，具有不可替代的地位。整流二极管及模块整流二极管及模块整流二极管及模块整流二极管及模块 第24页/共84页第二十五页，共84页。功率二极管是以半功率二极管是以半功率二极管是以半功率二极管是以半导体导体导体导体PNPNPNPN结为基础的结为基础的结为基础的结为基础的,实际上是由一个实际上是由一个实际上是由一个实际上是由一个(y(y(y(y)面积面积面积面积较大的较大的较大的

21、较大的PNPNPNPN结和两端引结和两端引结和两端引结和两端引线以及封装组成的。线以及封装组成的。线以及封装组成的。线以及封装组成的。从外形上看，可以有从外形上看，可以有从外形上看，可以有从外形上看，可以有螺栓型、平板型等多螺栓型、平板型等多螺栓型、平板型等多螺栓型、平板型等多种封装。种封装。种封装。种封装。AKAKa)IKAPNJb)c)AK图图2-2 功率功率(gngl)二极管的外形、结构和电气图形符号二极管的外形、结构和电气图形符号 a)外形外形 b)基本结构基本结构 c)电气图形符号电气图形符号第25页/共84页第二十六页，共84页。二极管的基本原理二极管的基本原理二极管的基本原理二极

22、管的基本原理PNPN结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性 当当当当PNPN结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上则形成自结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上则形成自结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上则形成自结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上则形成自P P区流入而从区流入而从区流入而从区流入而从NN区流出的电流，称为正向电流区流出的电流，称为正向电流区流出的电流，称为正向电流区流出的电流，称为正向电流IFIF，这就是，这就是，这就是，这就是PNPN结的正向导通状态。结的正向导通状态。结的正向导通状态。结的正向导通状态。当当当当PNPN结外加反向电压时（反向偏

23、置）时，反向偏置的结外加反向电压时（反向偏置）时，反向偏置的结外加反向电压时（反向偏置）时，反向偏置的结外加反向电压时（反向偏置）时，反向偏置的PNPN结表现为高阻态，几乎没有电流流过，被称为反结表现为高阻态，几乎没有电流流过，被称为反结表现为高阻态，几乎没有电流流过，被称为反结表现为高阻态，几乎没有电流流过，被称为反向截止状态。向截止状态。向截止状态。向截止状态。PN PN结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大，反向电流将会急剧增大，破坏结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大，反向电流将会急剧增大，破坏结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大，反向电流将会急剧增大

24、，破坏结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大，反向电流将会急剧增大，破坏PNPN结反向偏置结反向偏置结反向偏置结反向偏置为截止的工作状态，这就叫反向击穿。为截止的工作状态，这就叫反向击穿。为截止的工作状态，这就叫反向击穿。为截止的工作状态，这就叫反向击穿。按照机理不同有雪崩按照机理不同有雪崩按照机理不同有雪崩按照机理不同有雪崩(xubng)(xubng)击穿和齐纳击穿两种形式击穿和齐纳击穿两种形式击穿和齐纳击穿两种形式击穿和齐纳击穿两种形式 。反向击穿发生时，采取了措施将反向电流限制在一定范围内，反向击穿发生时，采取了措施将反向电流限制在一定范围内，反向击穿发生时，采取了措施将反向电

25、流限制在一定范围内，反向击穿发生时，采取了措施将反向电流限制在一定范围内，PNPN结仍可恢复原来的状态。结仍可恢复原来的状态。结仍可恢复原来的状态。结仍可恢复原来的状态。否则否则否则否则PNPN结因过热而烧毁，这就是热击穿。结因过热而烧毁，这就是热击穿。结因过热而烧毁，这就是热击穿。结因过热而烧毁，这就是热击穿。第26页/共84页第二十七页，共84页。静态特性静态特性静态特性静态特性 主要是指其伏安特性主要是指其伏安特性主要是指其伏安特性主要是指其伏安特性 正向电压大到一定值（门槛正向电压大到一定值（门槛正向电压大到一定值（门槛正向电压大到一定值（门槛 电压电压电压电压UTO UTO），正向电

26、流才开始），正向电流才开始），正向电流才开始），正向电流才开始 明显增加，处于明显增加，处于明显增加，处于明显增加，处于(ch(ch y)y)稳定导通状稳定导通状稳定导通状稳定导通状态。态。态。态。与与与与IFIF对应的功率二极管两端的对应的功率二极管两端的对应的功率二极管两端的对应的功率二极管两端的 电压即为其正向电压降电压即为其正向电压降电压即为其正向电压降电压即为其正向电压降UFUF。承受反向电压时，只有少子承受反向电压时，只有少子承受反向电压时，只有少子承受反向电压时，只有少子 引起的微小而数值恒定的反向引起的微小而数值恒定的反向引起的微小而数值恒定的反向引起的微小而数值恒定的反向 漏

27、电流。漏电流。漏电流。漏电流。IOIFUTOUFU图图2-5 功率功率(gngl)二极管的伏安特性二极管的伏安特性第27页/共84页第二十八页，共84页。a)IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt1:反向电流反向电流(dinli)达最大值的时刻达最大值的时刻t0:正向正向(zhn xin)电流降为零的时刻电流降为零的时刻动态特性动态特性 因为结电容的存在因为结电容的存在(cnzi)，电压，电压电流特性是随时间变化的，这就是功率二极管的动态特性，并且往往专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性。电流特性是随时间变化的，这就是功率二极管的动态特性，并且往往专指

28、反映通态和断态之间转换过程的开关特性。由正向偏置转换为反向偏置由正向偏置转换为反向偏置 功率二极管并不能立即关断，而是须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。功率二极管并不能立即关断，而是须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。延迟时间：延迟时间：td=t1-t0 电流下降时间：电流下降时间：tf=t2-t1 反向恢复时间：反向恢复时间：trr=td+tf 恢复特性的软度：恢复特性的软度：tf/td，或称恢复系，或称恢复系 数，用数，用

29、Sr表示。表示。b)UFPiiFuFtfrt02V 图图2-6 功率二极管的动态过程波形功率二极管的动态过程波形a)正向偏置转换为反向偏置正向偏置转换为反向偏置 b)零偏置转换为正向偏置零偏置转换为正向偏置 第28页/共84页第二十九页，共84页。正向平均电流正向平均电流正向平均电流正向平均电流IF(AV)IF(AV)指功率二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简称壳温，用指功率二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简称壳温，用指功率二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简称壳温，用指功率二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简称壳温，用TCTC表示）和散热条件下，其表示）和散热条件下，其表示）和散热

30、条件下，其表示）和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。IF(AV)IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用是按照电流的发热效应来定义的，使用是按照电流的发热效应来定义的，使用是按照电流的发热效应来定义的，使用(sh(sh yng)yng)时应按有效值相等的原则来选取电时应按有效值相等的原则来选取电时应按有效值相等的原则来选取电时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。流定额，并应留有一定的裕量。流定额，并应留有一定的裕量。流定额，并应留

31、有一定的裕量。正向压降正向压降正向压降正向压降UFUF 指功率二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。指功率二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。指功率二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。指功率二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM URRM 指对功率二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。指对功率二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。指对功率二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。指对功率二极管所能重复施加的反向最高峰值电

32、压。使用使用使用使用(sh(sh yng)yng)时，应当留有两倍的裕量。时，应当留有两倍的裕量。时，应当留有两倍的裕量。时，应当留有两倍的裕量。第29页/共84页第三十页，共84页。最高工作结温最高工作结温最高工作结温最高工作结温TJMTJM 结温是指管芯结温是指管芯结温是指管芯结温是指管芯PNPN结的平均温度，用结的平均温度，用结的平均温度，用结的平均温度，用TJTJ表示。表示。表示。表示。最高工作结温是指在最高工作结温是指在最高工作结温是指在最高工作结温是指在PNPN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温结不致损

33、坏的前提下所能承受的最高平均温度。度。度。度。TJMTJM通常在通常在通常在通常在125125175175C C范围范围范围范围(fnwi)(fnwi)之内。之内。之内。之内。反向恢复时间反向恢复时间反向恢复时间反向恢复时间trrtrr 浪涌电流浪涌电流浪涌电流浪涌电流IFSMIFSM 指功率二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。指功率二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。指功率二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。指功率二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。第30页/共84页第三十一页，共84页。2.3 2.3 半控器件半控器件(qji

34、n)(qjin)晶闸管晶闸管引言引言晶闸管（晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器）是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR），以前被简称为可控硅。），以前被简称为可控硅。1956年美国贝尔实验室（年美国贝尔实验室（Bell Laboratories）发明了晶闸管，到）发明了晶闸管，到1957年美国通用电气公司（年美国通用电气公司（General Electric）开发）开发(kif)出了世界上第一只出了世界上第一只晶闸管产品，并于晶闸管产品，并于1958年使其商业化。年使其商业化。由于其能承受的电压和电

35、流容量仍然是目前电力电子器件中最高由于其能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。位。第31页/共84页第三十二页，共84页。晶闸管的结构(jigu)与工作原理 晶闸管的结构晶闸管的结构晶闸管的结构晶闸管的结构 从外形上来看，晶闸从外形上来看，晶闸从外形上来看，晶闸从外形上来看，晶闸管也主要有螺栓型和管也主要有螺栓型和管也主要有螺栓型和管也主要有螺栓型和平板型两种封装结构平板型两种封装结构平板型两种封装结构平板型两种封装结构 。引出阳极引出阳极引出阳极引出阳极(y

36、ngj)A(yngj)A、阴极阴极阴极阴极K K和门极（控制端）和门极（控制端）和门极（控制端）和门极（控制端）G G三个联接端。三个联接端。三个联接端。三个联接端。内部是内部是内部是内部是PNPNPNPN四层半四层半四层半四层半导体结构。导体结构。导体结构。导体结构。图图2-7 晶闸管的外形晶闸管的外形(wi xn)、结构和电气图形符号、结构和电气图形符号 a)外形外形(wi xn)b)结构结构 c)电气图形符号电气图形符号 第32页/共84页第三十三页，共84页。晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理 按照按照(nzho)晶体管工作晶体管工作原理，可列出如下方程：原理，可列出如下方程：（2-2）

37、（2-1）（2-3）（2-4）式中式中1和和2分别分别(fnbi)是晶体管是晶体管V1和和V2的共基极电的共基极电流增益；流增益；ICBO1和和ICBO2分别分别(fnbi)是是V1和和V2的共基极的共基极漏电流。漏电流。图图2-8 晶闸管的双晶体管模型晶闸管的双晶体管模型(mxng)及其工作原理及其工作原理 a)双晶体管模型双晶体管模型(mxng)b)工作原理工作原理 第33页/共84页第三十四页，共84页。晶闸管的结构与工作晶闸管的结构与工作(gngzu)(gngzu)原理原理 由以上由以上(yshng)式（式（2-1）（2-4）可得）可得(2-5)晶体管的特性是：在低发射极电流晶体管的特

38、性是：在低发射极电流(dinli)下下 是很小的，是很小的，而当而当发射极电流发射极电流(dinli)建立起来之后，建立起来之后，迅速增大。迅速增大。在晶体管阻断状态下，在晶体管阻断状态下，IG=0，而，而1+2是很小的。由上式是很小的。由上式可看出，此时流过晶闸管的漏电流可看出，此时流过晶闸管的漏电流(dinli)只是稍大于两个只是稍大于两个晶体管晶体管漏电流漏电流(dinli)之和。之和。如果注入触发电流如果注入触发电流(dinli)使各个晶体管的发射极电流使各个晶体管的发射极电流(dinli)增大以致增大以致1+2趋近于趋近于1的话，流过晶闸管的电流的话，流过晶闸管的电流(dinli)I

39、A（阳极（阳极电流电流(dinli)）将）将趋近于无穷大，从而实现器件饱和导通。趋近于无穷大，从而实现器件饱和导通。由于外电路负载的限制，由于外电路负载的限制，IA实际上会维持有限值。实际上会维持有限值。第34页/共84页第三十五页，共84页。晶闸管的基本晶闸管的基本(jbn)(jbn)特性特性 静态特性静态特性静态特性静态特性 正常工作时的特性正常工作时的特性正常工作时的特性正常工作时的特性 当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通当晶闸管承

40、受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通 。当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通 。晶闸管一旦导通，门极就失去晶闸管一旦导通，门极就失去晶闸管一旦导通，门极就失去晶闸管一旦导通，门极就失去(shq)(shq)控制作用，不论门极触发电流是否还存控制作用，不论门极触发电流是否还存控制作用，不论门极触发电流是否还存控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通在

41、，晶闸管都保持导通在，晶闸管都保持导通在，晶闸管都保持导通 。若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。的电流降到接近于零的某一数值以下。的电流降到接近于零的某一数值以下。的电流降到接近于零的某一数值以下。第35页/共84页第三十六页，共84页。晶闸管的基本(jbn)特性晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性

42、 正向特性正向特性正向特性正向特性 当当当当IG=0IG=0时，如果在器件时，如果在器件时，如果在器件时，如果在器件两端施加正向电压，则两端施加正向电压，则两端施加正向电压，则两端施加正向电压，则晶闸管处于正向阻断状晶闸管处于正向阻断状晶闸管处于正向阻断状晶闸管处于正向阻断状态，只有很小的正向漏态，只有很小的正向漏态，只有很小的正向漏态，只有很小的正向漏电流流过。电流流过。电流流过。电流流过。如果正向电压超过临界如果正向电压超过临界如果正向电压超过临界如果正向电压超过临界极限即正向转折电压极限即正向转折电压极限即正向转折电压极限即正向转折电压UboUbo，则漏电流急剧，则漏电流急剧，则漏电流急

43、剧，则漏电流急剧(jj)(jj)增大，器件开通增大，器件开通增大，器件开通增大，器件开通 。随着门极电流幅值的增随着门极电流幅值的增随着门极电流幅值的增随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低，大，正向转折电压降低，大，正向转折电压降低，大，正向转折电压降低，晶闸管本身的压降很小，晶闸管本身的压降很小，晶闸管本身的压降很小，晶闸管本身的压降很小，在在在在1V1V左右。左右。左右。左右。如果门极电流为零，并如果门极电流为零，并如果门极电流为零，并如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于且阳极电流降至接近于且阳极电流降至接近于且阳极电流降至接近于零的某一数值零的某一数值零的某一数值零的某一数值IH

44、IH以下，以下，以下，以下，则晶闸管又回到正向阻则晶闸管又回到正向阻则晶闸管又回到正向阻则晶闸管又回到正向阻断状态，断状态，断状态，断状态，IHIH称为维持电称为维持电称为维持电称为维持电流。流。流。流。正向转正向转折电压折电压Ubo正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM+图图2-9 晶闸管的伏安晶闸管的伏安(f n)特特性性 IG2 IG1 IG 第36页/共84页第三十七页，共84页。晶闸管的基本晶闸管的基本(jbn)(jbn)特性特性正向正向转折转折电压电压Ubo正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=

45、0UboUDSMUDRMURRMURSM+反向特性反向特性(txng)其伏安特性其伏安特性(txng)类似二极类似二极管的反向特性管的反向特性(txng)。晶闸管处于反向阻断状态时，晶闸管处于反向阻断状态时，只有极小的反向漏电流通过。只有极小的反向漏电流通过。当反向电压超过一定限度，到当反向电压超过一定限度，到反向击穿电压后，外电路如无限反向击穿电压后，外电路如无限制措施，则反向漏电流急剧增大，制措施，则反向漏电流急剧增大，导致晶闸管发热损坏。导致晶闸管发热损坏。图图2-9 晶闸管的伏安晶闸管的伏安(f n)特性特性 IG2IG1IG第37页/共84页第三十八页，共84页。晶闸管的基本晶闸管的

46、基本(jbn)(jbn)特性特性 动态特性动态特性动态特性动态特性 开通过程开通过程开通过程开通过程 由于晶闸管内部的正反馈由于晶闸管内部的正反馈由于晶闸管内部的正反馈由于晶闸管内部的正反馈 过程需要时间，再加上外电路过程需要时间，再加上外电路过程需要时间，再加上外电路过程需要时间，再加上外电路 电感的限制，晶闸管受到触发电感的限制，晶闸管受到触发电感的限制，晶闸管受到触发电感的限制，晶闸管受到触发 后，其阳极电流的增长不可能后，其阳极电流的增长不可能后，其阳极电流的增长不可能后，其阳极电流的增长不可能(knng)(knng)是瞬时的。是瞬时的。是瞬时的。是瞬时的。延迟时间延迟时间延迟时间延迟

47、时间td(0.51.5td(0.51.5 s)s)上升时间上升时间上升时间上升时间tr (0.53tr (0.53 s)s)开通时间开通时间开通时间开通时间tgt=td+trtgt=td+tr 延迟时间随门极电流的增延迟时间随门极电流的增延迟时间随门极电流的增延迟时间随门极电流的增 大而减小大而减小大而减小大而减小,上升时间除反映晶上升时间除反映晶上升时间除反映晶上升时间除反映晶 闸管本身特性外，还受到外电闸管本身特性外，还受到外电闸管本身特性外，还受到外电闸管本身特性外，还受到外电 路电感的严重影响。提高阳极路电感的严重影响。提高阳极路电感的严重影响。提高阳极路电感的严重影响。提高阳极 电压

48、电压电压电压,延迟时间和上升时间都延迟时间和上升时间都延迟时间和上升时间都延迟时间和上升时间都 可显著缩短。可显著缩短。可显著缩短。可显著缩短。阳极电流稳阳极电流稳态值的态值的90%100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA阳极电流稳阳极电流稳态值的态值的10%图2-10 晶闸管的开通和关断过程(guchng)波形第38页/共84页第三十九页，共84页。晶闸管的基本晶闸管的基本(jbn)(jbn)特性特性关断过程关断过程关断过程关断过程 由于外电路电感的存在，原由于外电路电感的存在，原由于外电路电感的存在，原由于外电路电感的存在，原处处处处于导通状态的晶闸管当外加

49、电压于导通状态的晶闸管当外加电压于导通状态的晶闸管当外加电压于导通状态的晶闸管当外加电压突突突突然由正向变为反向时，其阳极电然由正向变为反向时，其阳极电然由正向变为反向时，其阳极电然由正向变为反向时，其阳极电流流流流在衰减时必然也是有过渡在衰减时必然也是有过渡在衰减时必然也是有过渡在衰减时必然也是有过渡(gud)(gud)过程的。过程的。过程的。过程的。反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间trrtrr 正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间tgrtgr 关断时间关断时间关断时间关断时间tq=trr+tgrtq=trr+tgr 关断时间约几百

50、微秒。关断时间约几百微秒。关断时间约几百微秒。关断时间约几百微秒。在正向阻断恢复时间内如果在正向阻断恢复时间内如果在正向阻断恢复时间内如果在正向阻断恢复时间内如果重重重重新对晶闸管施加正向电压，晶闸新对晶闸管施加正向电压，晶闸新对晶闸管施加正向电压，晶闸新对晶闸管施加正向电压，晶闸管管管管会重新正向导通，而不是受门极会重新正向导通，而不是受门极会重新正向导通，而不是受门极会重新正向导通，而不是受门极电电电电流控制而导通。流控制而导通。流控制而导通。流控制而导通。反向恢复反向恢复电流最大电流最大值值尖峰电压尖峰电压90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA图图2-10 晶闸