1、1第二講第二講主講教師：隋振學時：主講教師：隋振學時：322第第1章章 晶閘管晶閘管31.1晶閘管的結構與工作原理晶閘管的結構與工作原理1956年美國貝爾實驗室發明了晶閘管。1957年美國通用電氣公司開發出第一只晶閘管產品。1958年商業化。開辟了電力電子技術迅速發展和廣泛應用的嶄新時代。20世紀80年代以來，開始被全控型器件取代。能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，在大容量的場合具有重要地位。晶閘管晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR）4圖1-1 晶閘管的外形、結構和電氣圖形符號a) 外形 b) 結構 c)

2、電氣圖形符號1.1 晶閘管的結構與工作原理晶閘管的結構與工作原理外形有螺栓型和平板型兩種封裝。有三個聯接端。螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極，能與散熱器緊密聯接且安裝方便。平板型晶閘管可由兩個散熱器將其夾在中間。AAGGKKb )c )a )AGKKGAP1N1P2N2J1J2J351.1 晶閘管的結構與工作原理晶閘管的結構與工作原理常用晶閘管的結構螺栓型晶閘管晶閘管模塊平板型晶閘管外形及結構61.1 晶閘管的結構與工作原理晶閘管的結構與工作原理式中1和2分別是晶體管V1和V2的共基極電流增益；ICBO1和ICBO2分別是V1和V2的共基極漏電流。由以上式可得 ：圖1-2 晶閘管的雙晶體管模型及其

3、工作原理a) 雙晶體管模型 b) 工作原理 按晶體管的工作原理晶體管的工作原理 ，得：111CBOAcIII222CBOKcIIIGAKIII21ccAIII（1-2）（1-1）（1-3）（1-4）)(121CBO2CBO1G2AIIII（1-5）71.1 晶閘管的結構與工作原理晶閘管的結構與工作原理在低發射極電流下 是很小的，而當發射極電流建立起來之后， 迅速增大。 阻斷狀態阻斷狀態：IG=0，1+2很小。流過晶閘管的漏電流稍大于兩個晶體管漏電流之和。開通狀態開通狀態：注入觸發電流使晶體管的發射極電流增大以致1+2趨近于1的話，流過晶閘管的電流IA，將趨近于無窮大，實現飽和導通。IA實際由外

4、電路決定。81.1 晶閘管的結構與工作原理晶閘管的結構與工作原理陽極電壓升高至相當高的數值造成雪崩效應陽極電壓上升率du/dt過高結溫較高光觸發光觸發光觸發可以保證控制電路與主電路之間的良好絕緣而應用于高壓電力設備中，稱為光控晶閘管光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT）。只有門極觸發是最精確、迅速而可靠的控制手段只有門極觸發是最精確、迅速而可靠的控制手段。其他幾種可能導通的情況其他幾種可能導通的情況：91.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性承受反向電壓時，不論門極是否有觸發電流，晶閘管都不會導通。承受正向電壓時，僅在門極有觸發電流的情況下晶閘管才能開通。晶閘管

5、一旦導通，門極就失去控制作用。要使晶閘管關斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數值以下 。DATASHEET晶閘管正常工作時的特性總結如下：晶閘管正常工作時的特性總結如下：10第三講第三講主講教師：隋振學時：主講教師：隋振學時：32111.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性（1）正向特性IG=0時，器件兩端施加正向電壓，只有很小的正向漏電流，為正向阻斷狀態。正向電壓超過正向轉折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通。隨著門極電流幅值的增大，正向轉折電壓降低。晶閘管本身的壓降很小，在1V左右。正向導通雪崩擊穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMUR

6、SM1 1） 靜態特性靜態特性圖1-3 晶閘管的伏安特性IG2IG1IG121.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性反向特性類似二極管的反向特性。反向阻斷狀態時，只有極小的反相漏電流流過。當反向電壓達到反向擊穿電壓后，可能導致晶閘管發熱損壞。圖1-4 晶閘管的伏安特性IG2IG1IG正向導通雪崩擊穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM（2）反向特性反向特性131.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性1) 開通過程延遲時間延遲時間td (0.51.5 s)上升時間上升時間tr (0.53 s)開通時間開通時間tgt以上兩者之和， tgt=td+

7、tr （1-6）2) 關斷過程反向阻斷恢復時間反向阻斷恢復時間trr正向阻斷恢復時間正向阻斷恢復時間tgr關斷時間關斷時間t tq以上兩者之和tq=trr+tgr （1-7)普通晶閘管的關斷時間約幾百微秒2） 動態特性動態特性141.3 晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數斷態重復峰值電壓斷態重復峰值電壓UDRM 在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復加在器件上的正向峰值電壓。反向重復峰值電壓反向重復峰值電壓URRM 在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復加在器件上的反向峰值電壓。通態（峰值）電壓通態（峰值）電壓UT 晶閘管通以某一規定倍數的額定通態平均電流時的瞬態峰值電壓。通 常 取 晶 閘 管 的

8、UDRM和URRM中較小的標值作為該器件的額定電壓額定電壓。選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓23倍。使用注意：使用注意：1）電壓定額電壓定額151.3 晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數通態平均電流通態平均電流 IT(AV）在環境溫度為40C和規定的冷卻狀態下，穩定結溫不超過額定結溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值最大工頻正弦半波電流的平均值。標稱其額定電流的參數。使用時應按有效值相等的原則有效值相等的原則來選取晶閘管。維持電流維持電流 IH 使晶閘管維持導通所必需的最小電流。擎住電流擎住電流 IL 晶閘管剛從斷態轉入通態并移除觸發信號后， 能維持導通所需的最小電

9、流。對同一晶閘管來說對同一晶閘管來說，通常通常IL約為約為IH的的24倍倍。浪涌電流浪涌電流ITSM指由于電路異常情況引起的并使結溫超過額定結溫的不重復性最大正向過載電流 。2 2）電流定額電流定額161.3 晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數)(sin210)(ttdIIMAVT2)()sin(2102MMItdtII有效值相等的原則有效值相等的原則正弦半波平均值正弦半波有效值57. 12)(AVTII比值171.3 晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數有效值相等的原則有效值相等的原則計算實際有效值折算正弦半波平均值57. 12)(AVTII2倍余量181.3 晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數 除

10、開通時間tgt和關斷時間tq外，還有：斷態電壓臨界上升斷態電壓臨界上升率率du/dt 指在額定結溫和門極開路的情況下，不導致晶閘管從斷態到通 態轉換的外加電壓最大上升率。 電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導通 。 通態電流臨界上升通態電流臨界上升率率di/dt 指在規定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態電流上升率。 如果電流上升太快，可能造成局部過熱而使晶閘管損壞。3 3）動態參數動態參數191.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件有快速晶閘管和高頻晶閘管。開關時間以及du/dt和di/dt耐量都有明顯改善。普通晶閘管關斷時間數百微秒，快速晶閘管數十微秒，高頻晶閘管10

11、s左右。高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額都不易做高。由于工作頻率較高，不能忽略其開關損耗的發熱效應。1 1）快速晶閘管快速晶閘管（Fast Switching Thyristor FST)201.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件2 2）雙向晶雙向晶閘管閘管（Triode AC SwitchTRIAC或或Bidirectional triode thyristor）圖1-5 雙向晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性a) 電氣圖形符號 b) 伏安特性a)b)IOUIG=0GT1T2可認為是一對反并聯聯接的普通晶閘管的集成。有兩個主電極T1和T2，一個門極G。在第和第III象限有對稱的伏安特性。不用平均值而用有效值不用平均值而用有效值來表示其額定電流值來表示其額定電流值。211.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件3) 逆導晶閘管逆導晶閘管（Reverse Conducting ThyristorRCT）a)KGAb)UOIIG=0圖1-6 逆導晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性a) 電氣圖形符號 b) 伏安特性將晶閘管反并聯一個二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。具有正向壓降小、關斷時間短、高溫特性好、額定結溫高等優點。221.4 晶閘管的派生器件