(4.8)--电力电子器件--半控型器件晶闸管.ppt

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1、半控型器件半控型器件 晶闸管晶闸管22.3 半控器件半控器件晶闸管晶闸管引言引言1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。1957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品。1958年商业化。开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代。20世纪80年代以来，开始被全控型器件取代。能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场合具有重要地位。晶晶闸闸管管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR）P1N1P2N2半控型器件-晶闸管晶闸管的内部结构图PN结1PN结2PN结3共3个PN结A AK KG G阳极阳极阴极阴极门极门极

2、P1N1P2N2A AK KG G阳极阳极阴极阴极门极门极不同封装螺栓型螺栓型平板型平板型AKGAK阴极阴极阳极阳极阴极阴极阳极阳极门极门极二极管晶闸管P1N1P2N2P1N2N N1 1P P2 2AV2KP1N1P2N1P2N2G(a)(b)(C)图2.晶闸管的双晶体管模型及其工作原理V1G GG GA AK KK KA AP P1 1ARV2EGEASPNPNPNGV1K1、晶闸管A与K接反向电压反偏反偏V1、V2发射结反偏V1、V2处于截止状态晶闸管不导通AIc1IGIc2RV2EGEAPNPNPNV12.A与K之间接正向电压，开关S断开SKGIG=0IC2=0IC1=0V1V2截止晶

3、闸仍未导通AIAIc1IGIc2RV2IKEGEASPNPNPNGV13.晶闸管阳极接正向电压，开关S闭合KIGIC2IC1IG+IC1被V2放大被V1放大被V2放大被V1放大正反馈IAIc1IGIc2RV2IKEGEASPNPNPNGV1KA晶体管特性AIAIc1IGIc2RV2IKEGEAPNPNPNV1SK4.晶闸管导通之后，开关S断开当晶闸管导通之后，撤掉门极电流，因此时晶闸管内部已经形成强烈的正反馈，依然维持导通晶闸管正常工作时的工作原理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。当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。晶闸管一旦导通，

4、门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。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与零的某一数值以下。132.3.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应阳极电压上升率du/dt过高结温较高光触发光触发光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中，称为光光控控晶晶闸闸管管（Light Triggered ThyristorLTT）。只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。其他几种可能导通的情况其他几种可能导通的情况：

5、142.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性（1）正向特性IG=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。正向电压超过正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。晶闸管本身的压降很小，在1V左右。正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM1 1）静态特性静态特性图1-8 晶闸管的伏安特性IG2IG1IG152.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性反向特性类似二极管的反向特性。反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸

6、管发热损坏。图1-8 晶闸管的伏安特性IG2IG1IG正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM（2）反向特性反向特性162.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性1)开通过程延迟时间延迟时间td(0.51.5 s)上升时间上升时间tr (0.53 s)开开通通时时间间tgt以上两者之和，tgt=td+tr （1-6）100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA2)关断过程反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间trr正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间tgr关关断断时时间间t tq以上两者之和tq=trr+tgr

7、（1-7)普通晶闸管的关断时间约几百微秒2）动态特性动态特性图1-9 晶闸管的开通和关断过程波形172.3.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。通态（峰值）电压通态（峰值）电压UT 晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。通常取晶闸管的UDRM和 URRM中 较小的标值作为该器件的额定电压额定电压。选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍。使用注意：使

8、用注意：1）电压定额电压定额182.3.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数通态平均电流通态平均电流 IT(AV）在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。使用时应按有效值相等的原则有效值相等的原则来选取晶闸管。维持电流维持电流 IH 使晶闸管维持导通所必需的最小电流。擎住电流擎住电流 IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说对同一晶闸管来说，通常通常IL约为约为IH的的24倍倍。浪涌电流浪涌电流ITSM指由于电路异常情况引起的并使结温

9、超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。2 2）电流定额电流定额192.3.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：断态电压临界上升率断态电压临界上升率du/dt 指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通 态转换的外加电压最大上升率。电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。通态电流临界上升率通态电流临界上升率di/dt 指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。3 3）动态参数动态参数202.3.4 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件有快速晶闸管和高频晶闸管。开

10、关时间以及du/dt和di/dt耐量都有明显改善。普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10s左右。高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。由于工作频率较高，不能忽略其开关损耗的发热效应。DATASHEET1 1）快速晶闸管快速晶闸管（Fast Switching Thyristor FST)212.3.4 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件2 2）双双向向晶晶闸闸管管（Triode AC SwitchTRIAC或或Bidirectional triode thyristor）图1-10 双向晶闸管的电气图形符号和伏安特性a)电气图形符号 b)伏安特性a)b)IOUI

11、G=0GT1T2可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。有两个主电极T1和T2，一个门极G。在第和第III象限有对称的伏安特性。不用平均值而用有效值不用平均值而用有效值来表示其额定电流值来表示其额定电流值。DATASHEET222.3.4 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件3)逆逆导导晶晶闸闸管管（Reverse Conducting ThyristorRCT）a)KGAb)UOIIG=0图1-11 逆导晶闸管的电气图形符号和伏安特性a)电气图形符号 b)伏安特性将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点。232.3.4 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件4)光光控控晶晶闸闸管管（Light Triggered ThyristorLTT）AGKa)AK光强度强弱b)OUIA图1-12 光控晶闸管的电气图形符号和伏安特性a)电气图形符号 b)伏安特性又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。因此目前在高压大功率的场合。