第13章 晶闸管ppt课件.ppt

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1、《电力电子变流技术》电子教案第一章：电力电子器件1第一章电力电子器件1.1　半控型器件——晶闸管1.2　典型全控型器件1.3　不可控器件——电力二极管1.4其他新型电力电子器件1.5电力电子器件的驱动1.6电力电子器件的保护1.7电力电子器件的串联和并联使用小结§1.1　半控型器件——晶闸管晶闸管SCR（SiliconControlledRectifier）又称：晶体闸流管(Thyristor)，可控硅整流器。1956年美国贝尔实验室（BellLab）发明了晶闸管；1957年美国通用电气公司（GE）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

2、用的崭新时代；20世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代；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。1.1.1晶闸管的结构和外形封装1、晶闸管的常见封装外形有螺栓型和平板型两种封装：引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端；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1-1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1.1.1晶闸管的结构和外形封装2、晶闸管的其它封装形式：还有塑封和模块式两种封装。图1-2晶闸管的其它封装形式1.1.1晶闸管的结

3、构和外形封装3、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1.1.2晶闸管的开关特点〔简单描述〕晶闸管SCR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〔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，只有EGk>0，SCR才能导通。说明SCR具有正向阻断能力；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

4、。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SCR同样会关断。该小电流称为SCR的维持电流。1.1.2晶闸管的开关特点综上所述：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。）（教材上提出降低正向阳极电压的提法有些不妥P7④，因为此时UAK一直保持在1V左右）图1-4晶闸管的双晶体管

5、模型及其工作原理a)双晶体管模型b)工作原理1.1.3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SCR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

6、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。IK=IA+IG（1-3）IA=Ic1+Ic2（1-4）式中1和2分别是晶体管V1和V2的共基极电流增益；ICBO1和ICBO2分别是V1和V2的共基极漏电流。由以上式（1-1）~（1-4）可得（IA实际上由外电路决定）：（1-5）硅晶体管的特性是：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。1.1.3晶闸管的工作原理分析Ic1=1IA+ICBO1（1-1）=IC/IEIc2=2IK+IC

7、BO2（1-2）β=IC/IB正常触发导通：UAK>0，同时UGK>0；阳极电压作用：当UAK↗至某个大数值，使V2的漏电流由于雪崩效应而加大，同时由于正反馈而使漏电流放大，最终使SCR饱和导通；dU/dt作用：如果UAK以高速率上升，则在中间结电容上产生的电流可以引起导通；温度作用：温度上升，V1,V2的漏电流加大，引起SCR导通；光触发：当强光直接照射在硅片上，产生电子空穴对，在电场的作用，产生触发SCR的电流。目前，有一些场合使用这种方式来触发SCR，如高压直流输电（HVDC)。这种方式可以保证控制电路和主电路之间有良好