电力电子器件晶闸管

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1、§1.3半控器件—晶闸管§1.3.1晶闸管的结构与工作原理§1.3.2晶闸管的基本特性§1.3.3晶闸管的主要参数§1.3.4晶闸管的派生器件§1.3.1晶闸管的结构与工作原理一．外形、结构和符号●外形有螺栓型和平板型两种封装型式；●引出阳极A、阴极K和门极G（控制端）三个联接端；●螺栓型封装，螺栓是其阳极，可与散热器紧密联接且安装方便；●平板型封装的晶闸管由两个散热器将其夹在中间图1-6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AAGGKKc）AGKP1J1J2J3N2P2N1KAGb）a）

2、§1.3.1晶闸管的结构与工作原理4．晶闸管导通后，撤掉Ig，晶闸管仍维持导通；5．关断：撤掉维持导通的正向电压或施加反向电压使其阳极电流IA下降到某一数值以下，晶闸管才能关断。二．工作原理：RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIC2IC1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)双晶体管模型b)工作原理图图1-7晶闸管的双晶体管模型及其工作原理1．正向电压：J2结反向偏置，不导通；2．反向电压：J1、J3结反向偏置，不导通；3．在正向电压时注入Ig：经V2放大产生IC2,形成V1的基流Ib1，又经V1放大形

3、成IC1注入V2，最终形成正反馈，晶闸管导通；§1.3.1晶闸管的结构与工作原理IC1＝1IA＋ICBO1（1－1）1：共基极电流增益IC2＝2IK＋ICBO2（1－2）ICBO：共基极漏电流IK＝IA＋IG（1－3）IA＝Ic1＋Ic2（1－4）★晶闸管中的晶体管特性为：●在低发射极电流下是很小的；●而当发射极电流建立起来之后，迅速增大。（1－5）★晶闸管阳极IA：由双晶体管模型的工作原理，可导出在门极电流的作用下IA为：§1.3.1晶闸管的结构与工作原理★阻断状态：IG=0，1+2很小流过晶闸管的

4、漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和；★开通（门极触发）：注入触发电流IGIG使发射极电流增大以致1+2趋近于1的话，流过晶闸管的阳极电流IA将趋于饱和，从而实现饱和导通。开通后IA由外电路决定；★导通后：门极触发电流可撤除，门极失去控制作用；★其他几种可能导通的情况：●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；●光直接照射硅片，即光触发。可用此方式制成光触发晶闸管，可保证控制电路与主电路之间的良好绝缘，应用于高压电力设备中●只有门极触发（包括光触发）是最精确、迅速而可靠的

5、控制手段§1.3.2晶闸管的基本特性一．静态特性★承受反向电压：不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通★承受正向电压：仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通★晶闸管导通后：门极就失去控制作用★关断晶闸管：应使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下★晶闸管的伏安特性：正向伏安特性反向伏安特性§1.3.2晶闸管的基本特性一．静态特性1．正向特性：器件施加正向电压，IG=0时，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——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

6、转折电压降低；●导通后其特性和二极管的正向特性相仿，压降很小，在1V左右●导通后，当IG＝0且IA降至接近于零的某一数值IH以下，晶闸管又回到正向阻断状态。IH称为维持电流。2．反向特性：器件上施加反向电压，其特性类似二极管反向特性；3．门极伏安特性：门极和阴极之间的伏安特性称为门极伏安特性●门极触发电流是通过在门极和阴极之间施加触发电压而产生的，阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端；●为保证安全可靠的触发，触发电路所提供的触发电压、电流和功率应限制在可靠触发区中。§1.3.2晶闸管的基本特性二．动态特性图1-9晶

7、闸管的开通和关断过程波形关断时间tq＝trr＋tgr上升时间tr延迟时间td开通时间tgt反向阻断恢复时间trr正向阻断恢复时间tgr§1.3.2晶闸管的基本特性（动态特性）1．开通过程（特性图)●延迟时间td：从IG阶跃起，到IA上升到稳态值的10%的时间；●上升时间tr：IA从10%上升到稳态值的90%所需的时间；●开通时间tgt：tgt=td+tr（1－6）●普通晶闸管延迟时间为：0.5~1.5s，上升时间为：0.5~3s。2．关断过程（特性图)●反向阻断恢复时间trr：正向电流降为零到反向恢复电流衰减至

8、接近于零的时间；●正向阻断恢复时间tgr：晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需要的一段时间；●关断时间tq：tq=trr+tgr约几百微秒（1－7）●普通晶闸管的在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新导通。●实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作。§1.3.3晶闸管的