电力晶体管和晶闸管1

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1、第一章：电力二极管和晶闸管第一节电力二极管第二节晶闸管第三节双向晶闸管及其他派生晶闸管本章小节1AKAKa)第一节电力二极管电力二极管是指可以承受高电压大电流具有较大耗散功率的二极管，它与其他电力电子器件相配合，作为整流、续流、电压隔离、钳位或保护元件，在各种变流电路中发挥着重要作用；它的基本结构、工作原理和伏安特性与信息电子电路中的二极管相同，以半导体PN结为基础；主要类型有普通二极管、快恢复二极管和肖特基二极管；由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成，从外形上看，大功率的主要有螺栓型和平板型两种封装，小功率的和普通二极管一致。I

2、KAPNJb)c)图1-1电力二极管的外形、结构和电气图形符号a)外形b)结构c)电气图形符号2第二节晶闸管晶闸管(Thyristor)就是硅晶体闸流管，普通晶闸管也称为可控硅SCR，普通晶闸管是一种具有开关作用的大功率半导体器件。从1957年美国研制出第一只普通晶闸管以来，至今已形成了从低压小电流到高压大电流的系列产品；晶闸管作为大功率的半导体器件，只需用几十至几百毫安的电流，就可以控制几百至几千安培的大电流，实现了弱电对强电的控制；晶闸管具有体积小、重量轻、损耗小、控制特性好等优点，曾经在许多领域中得到了广泛的应用。3一、晶闸管的结构

3、晶闸管具有四层PNPN结构，引出阳极A、阴极K和门极G三个联接端；晶闸管的常见封装外形有螺栓型、平板型、塑封型；晶闸管对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便；平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。图1-2晶闸管的外形、结构和电气图形符号a)外形b)结构c)电气图形符号G4晶闸管的管耗和散热：管耗＝流过器件的电流×器件两端的电压管耗将产生热量，使管芯温度升高。如果超过允许值，将损坏器件，所以必须进行散热和冷却。冷却方式：自然冷却（散热片）、风冷（风扇）、水冷5二、晶闸管的导通和关断条件〔简单描述〕晶闸管SCR

4、相当于一个半可控的、可开不可关的单向开关。图1-3晶闸管的工作条件的试验电路6〔解释〕当SCR的阳极和阴极电压UAK<0，即EA下正上负，无论门极G加什么电压，SCR始终处于关断状态；UAK>0时，且EGk>0，SCR才能导通。SCR一旦导通，门极G将失去控制作用，即无论EG如何，均保持导通状态。SCR导通后的管压降为1V左右，主电路中的电流I由R和RW以及EA的大小决定；当UAK<0时，无论SCR原来的状态，都会使R熄灭，即此时SCR关断。其实，在I逐渐降低（通过调整RW）至某一个小数值时，刚刚能够维持SCR导通。如果继续降低I，则SC

5、R同样会关断。该小电流称为SCR的维持电流。导通和关断条件综上所述：SCR导通条件：UAK>0同时UGK>0由导通→关断的条件：使流过SCR的电流降低至维持电流以下。(一般通过减小EA,,直至EA<0来实现。）7图1-4晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a)双晶体管模型b)工作原理三、晶闸管的工作原理分析〔具体描述〕如果IG(门极电流)注入V2基极，V2导通，产生IC2（β2IG）。它同时为V1的基极电流，使V1导通，且IC1=β1IC2,IC1加上IG进一步加大V2的基极电流，从而形成强烈的正反馈，使V1V2很快进入完全饱和状态。此时SC

6、R饱和导通，通过SCR的电流由R确定为EA/R。UAK之间的压降相当于一个PN结加一个三极管的饱和压降约为1V。此时，将IG调整为0，即UGK<0，也不能解除正反馈，G极失去控制作用。在分析SCR的工作原理时，常将其等效为两个晶体管V1和V2串级而成。此时，其工作过程如下：UGK>0→产生IG→V2通→产生IC2→V1通→IC1↗→IC2↗→出现强烈的正反馈，G极失去控制作用，V1和V2完全饱和，SCR饱和导通。8晶闸管的阳极与阴极间的电压和阳极电流之间的关系，称为阳极伏安特性。（见图1-5）四、晶闸管的阳极伏安特性IG=0图1-5晶闸管

7、的伏安特性IG2>IG1>IGUAIAIG1IG2正向导通>>UBO正向特性反向特性雪崩击穿91)正向特性IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压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。导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿。晶闸管本身的压降很小，在1V左右。导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。IH称为维持电流。图1-5晶闸管的伏安特性IG2>IG1>IG四、晶闸管的阳

8、极伏安特性102)反向特性晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性。晶闸管处于反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。当反向电压超过一定限度，到反向击穿电压后，外电路如无限制措施