晶闸管特性及应用教学课件ppt

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1、教学单元一芜湖职业技术学院电气工程系晶闸管特性及应用第一节功率二极管第二节晶闸管教学内容课程单元晶闸管的认知现将一种半导体基片（N型或P型）通过扩散或合金工艺，在其上形成相反导电类形，这两部分即形成PN结。PN结形成原理，P区的空穴扩散到N区，N区中的电子扩散到P区，在交界面出现空间电荷区，形成由N区指向P区的内电场。内电场阻止多子继续扩散同时又帮助少子向各自对方漂移，在一定温度下，扩散与漂移达到动态平衡，空间电荷达到稳定值。第一节功率二极管功率二极管的伏安特性，当外加正向电压大于ＵＴＯ（门槛电压）即克服PN结内电场后管子才开始导通，正向导通后其压降基本不

2、随电流变化。反向工作时，当反向电压增大到UB（击穿电压），使PN结内电场达到雪崩击穿强度时，反向漏电流ＩＲＲ剧增，导致二极管击穿损坏。用于工频整流的功率二极管亦称整流管，国产型号为ＺP，主要参数说明如下：（1）额定正向平均电流ＩF（额定电流）指管子长期运行在规定散热条件下，允许流过正弦半波时的最大平均电流，将此电流值配规定系列的电流等级即为管子的额定电流。ＩF受发热限制，因此在使用中按有效值相等来选取管子电流定额。对应额定电流ＩF，其有效值为1.57ＩF。（2）反向重复峰值电压ＵＲＲＭ（额定电压）指管子反向能重复施加的最高峰值电压，此值通常为击穿电压ＵB的

3、2／3。（3）正向平均电压ＵF在规定条件下，管子流过额定正弦半波电流时，管子两端的正向平均电压亦称管压降，此值比直流压降小。（4）反向漏电流ＩＲＲ对应于反向重复峰值电压时的漏电流。ＺＰ系列参数。由于工作于工频，故动态参数不标出。开关二极管可分四种工作状态：静态为正向导通和反向阻断，动态为开通过程和关断过程。二极管工作状态转换的特性称为开关特性，现将关断特性与开通特性分析如下：（1）关断特性，开关二极管转换电路，当S从“1”位置立即倒向“2”时，由于PN结内存在大量载流子需要排除和复合，所以反向阻断能力的恢复需要经过一段时间，在未恢复阻断之前二极管相当于短路

4、状态。其关断过程，tf时刻开关Ｓ倒向“2”，导通的二极管突加反压UR，正向电流以dif／dt的速率减小，to时二极管电流降为零，电流变化率的大小为—UR／L，L为电路电感。t1时结内Ql电荷已被抽走，反向电流达最大值IRM，在此以前二极管仍为正偏，tl时刻后管子开始恢复反向阻断，反向恢复电流迅速减小，其dirr／dt值较大，在电感L中产生较高电动势，此电动势与电源电压叠加，使二极管承受很高的反向电压URM。（2）开通特性当图a开关Ｓ从“２”突然倒向“１”时，必须先将原先变厚的空间电荷释放，当正向电压上升到门槛电压UTO以上时，ＰＮ结才会有正向电流流过，二极

5、管的开通特性，在开通过程中，二极管两端会出现几伏到几十伏的正向峰值电压Ｕfp,它比稳态的管压降大得多，且需要经过开通时间（正向恢复）tfr后才恢复正常，因此限制了正向电流上升率和开关速度。通常正向恢复时间tfr比反向恢复时间trr小。第二节晶闸管§2.3晶闸管的主要参数§2.2晶闸管的基本特性§2.1晶闸管的结构与工作原理§2.4晶闸管的检测及判别方法§2.5晶闸管的派生器件晶闸管是一种功率四层半导体器件，有三个引出极，阳极（A）、阴极（K）、门极（G），常用的有螺栓式与平板式。晶闸管是电力电子器件，工作时发热大，必须安装散热器。图a为小电流塑封式，电流稍

6、大时也需紧固在散热板上，图b、c为螺栓式，使用时必须紧栓在散热器上，图d为平板式，使用时由两个彼此绝缘的散热器把其紧夹在中间。§2.1晶闸管的结构与工作原理一、晶闸管的结构晶闸管实物图常用晶闸管的外形螺栓型晶闸管晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构晶闸管散热器，图a适用于螺栓式，图b、c用于平板式。平板式两面散热效果好，电流在200Ａ以上的管子都采用平板式结构。管芯由四层半导体（P1N1P2N2）组成,形成三个PN结（Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3）。阳极阴极门极晶闸管的结构二、晶闸管的工作原理晶闸管由四层半导体交替叠成，可等效看成两个晶体管Ｖ1（Ｐ1—Ｎ1—Ｐ2）与V2（

7、N1—Ｐ2—Ｎ2）的组成。PNPNPN外加反向电压（UAUK）（1-4）开通（门极触发）：在晶闸管门极加正向触发脉冲。门极触发注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致1+2趋近于1，流过晶闸管的电流IA

8、（阳极电流）将趋近于无穷大，实现饱和导通。UAK很小（1V左右）I