几种常用的功率器件(电力半导体)及其应用

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1、Chapter3几种常用的功率器件（电力半导体）及其应用3.1普通晶闸管普通晶闸管（又称可控硅）是一种大功率半导体器件，主要用于大功率的交直流变换、调压等。晶闸管三个电极分别用字母A(表示阳极)、K（表示阴极）、G（表示门极）。1．晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性如图2.7.1所示。它表示晶闸管的阳极与阴极间的电压和它的阳极电流之间的关系。通过特性曲线，可得出晶闸管导通和关断的下列结论。在正常情况下，晶闸管导通的必要条件有两个，缺一不可：（1）晶闸管承受正向电压（阳极电位高于阴极电位）。（2）加上适当的正向门极电压

2、（门极电位高于阴极电位）。晶闸管一旦导通，门极就失去了控制作用。正因为如此，晶闸管的门极控制信号只要是正向脉冲电压就可以了，称之为触发电压或触发脉冲。要使晶闸管关断，必须去掉阳极正向电压，或者给阳极加反向电压，或者降低正向阳极电压，这样就使通过晶闸管的电流降低到一定数值以下。能保持晶闸管导通的最小电流，称为维持电流。当门极没有加正向触发电压时，晶体管即使阳极和阴极之间加上正向电压，一般是不会导通的。2．晶闸管的主要参数（1）断态重复峰值电压UDRM。指在门极开路而器件的结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电

3、压。若加在管子上的电压大于UDRM，管子可能会失控而自行导通。（2）反向重复峰值电压URRM。指门极开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。当加在管子上反向电压大于URRM时，管子可能会被击穿而损坏。通常把UDRM和URRM中较小的那个数值标作晶闸管型号上的额定电压。在选用管子时，额定电压应为正常工作峰值电压的2～3倍，以保整电路的工作安全。（3）额定正向平均电流IF。其定义和二极管的额定整流电流意义相同。要注意的是若晶闸管的导通时间远小于正弦波的半个周期，即使IF值没超过额定值，但峰值电流将非常大

4、，以致可能超过管子所能提供的极限。（4）正向平均管压降UF。指在规定的工作温度条件下，使晶闸管导通的正弦波半个周期内UAK的平均值，一般在0.4～1.2V。（5）维持电流IH。指在常温门极开路时，晶闸管从较大的通态电流降到刚好能保持通态所需要的最小通态电流。一般IH值从几十到几百毫安，视晶闸管电流容量大小而定。（6）门极触发电流IG。在常温下，阳极电压为6V时，使晶闸管能完全导通所需的门极电流，一般为毫安级。（7）门极触发电压UG。产生门极触发电流所必须的最小门极电压，一般为5V左右。（9）通态电流临界上升率。在规

5、定条件下，晶闸管能承受的最大通态电流上升率。若晶闸管导通电流上升太快，则会在晶闸管刚开通时，有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而损坏晶闸管。3．晶闸管的正确使用（1）管脚的判别。用万用表R×100W档，分别测量各管脚间的正、反向电阻。因为只有门极G与阴极K之间正向电阻较小，而其他均为高阻状态，故一旦测出两管脚间呈低阻状态，则黑表笔所接为门极G，红表笔所接为阴极K，另一端为阳极A。（8）断态电压临界上升率。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最大正向电压上升率。一般为每微秒

6、几十伏。（3）晶闸管额定电压的选择。晶闸管实际工作时承受的正常峰值电压应低于正、反向重复峰值电压UDRM和URRM，并留有2～３倍的额定电压值的余量，还应有可靠的过电压保护措施。（4）晶闸管额定电流的选择。晶闸管实际工作通过的最大平均电流应低于额定通态平均电流ITa，并应根据电流波形的变化进行相应换算，还应有1.5～２倍的余量及过电流保护措施。（5）关于门极触发电压和电流的考虑。晶闸管实际触发电压和电流应大于晶闸管参数UGT和IGT，以保证晶闸管可靠地被触发，但也不能超过允许的极限值。（2）管子质量的判别。用万用表

7、R×100W档，若测的以下情况之一，则说明管子是坏的。①任两极间正反向电阻均为零。②A、K间正向电阻为低阻（注意：测量过程中黑表笔不要接触G极）。③各极之间均为高电阻。4.应用电路3.2双向晶闸管就其功能来说，双向晶闸管可以被认为是一对反并联连接的单向普通晶闸管。它和单向晶闸管的区别是：第一，它在触发之后是双向导通的；第二，在门极中所加的触发信号不管是正的还是负的都可以使双向晶闸管导通。1．双向晶闸管的特性（1）第一象限触发MT2+、G+。即相对于电极MT1、MT2的电压为正；门极G的触发电流为正。（2）第二象限触

8、发MT2+、G–。即相对于电极MT1、MT2的电压为正；门极G的触发电流为负。（3）第三象限触发MT2–、G–。即相对于电极MT1、MT2的电压为负；门极G的触发电流为负。（4）第四象限触发MT2–、G+。即相对于电极MT1、MT2的电压为负；门极G的触发电流为正。双向晶闸管的最高触发灵敏度在第一、三象限，而在第二、四象限比较差。故在实际应用中常采用第一、第