1、電力電子器件基礎電力電子器件基礎第1章第2頁電力電子器件概述電力電子器件概述第一講 功率二極管第二講 功率晶體管第三講第三講 晶閘管晶閘管第四講 功率MOS器件/IGBT第五講 半導體器件的塑料封裝第1章第3頁第三講第三講 半控器件半控器件晶閘管晶閘管3.1 3.1 晶閘管的結構與工作原理晶閘管的結構與工作原理3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性3.3 3.3 晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數3.4 3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件3.5 3.5 晶閘管的觸發晶閘管的觸發3.6 3.6 晶閘管的串并聯晶閘管的串并聯第1章第4頁半控型器件半控型器件晶閘管晶閘管晶閘管晶閘管（T

2、hyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR）1956年美國貝爾實驗室（Bell Lab）發明了晶閘管1957年美國通用電氣公司（GE）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，開始被性能更好的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往往專指晶閘管的一種基本類型普通晶閘管。廣義上講，晶閘管還包括其許多類型的派生器件 第1章第5頁3.1 3.1 晶閘管的結構與工作原理晶閘管的結構與工作原理為了能夠直觀地認識晶閘管的工作特性

3、，大家先看這塊示教板(圖3-1)。晶閘管VS與小燈泡EL串聯起來，通過開關S接在直流電源上。注意陽極A是接電源的正極，陰極K接電源的負極，控制極G通過按鈕開關SB接在1.5V直流電源的正極。晶閘管與電源的這種連接方式叫做正向連接，也就是說，給晶閘管陽極和控制極所加的都是正向電壓。現在我們把可變電阻R調到最小值,合上電源開關S，小燈泡不亮，說明晶閘管沒有導通,電壓表的測量值約等于6V；再按一下按鈕開關SB，給控制極輸入一個觸發電壓，小燈泡亮了，說明晶閘管導通了,即使把SB斷開,小燈泡依然亮,電壓表測量值在1V左右。如果這時候增加可變電阻R,會發現燈光在逐漸的暗淡,但電壓表的值幾乎不變,繼續增加R

4、到一定程度,小燈泡會熄滅,電壓表的值會增加到6V左右,表示晶閘管關斷,再反方向減少R,燈也不會亮, 說明晶閘管依然關斷。如果把4.5V電池反向連接,無論怎么連接開關,燈都不會亮.這個演示實驗給了我們什么啟發呢?第1章第6頁圖3-1KP1GVSKA4.5VELS1.5VSBVR第1章第7頁這個實驗告訴我們，要使晶閘管導通，一是在它的陽極A與陰極K之間外加正向電壓，二是在它的控制極G與陰極K之間輸入一個正向觸發電壓。晶閘管導通后，松開按鈕開關，去掉觸發電壓，仍然維持導通狀態。晶閘管的特點： 是“一觸即發”。但是，如果陽極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導通。控制極的作用是通過外加正向觸發脈沖

5、使晶閘管導通，卻不能使它關斷。那么，用什么方法才能使導通的晶閘管關斷呢?使導通的晶閘管關斷，可以斷開陽極電源(圖3-1中的開關S)或使陽極電流小于維持導通的最小值(稱為維持電流Ih)。如果晶閘管陽極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動直流電壓，那么，在電壓過零時，晶閘管會自行關斷。第1章第8頁3.1 3.1 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以及塑料封裝引出陽極A、陰極K和門極（控制端）G三個聯接端對于螺栓型封裝，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封裝的晶閘管可由兩個散熱器將其夾在中間,有利于散熱圖3-2 晶閘管的外形、結構和電氣圖形符號a) 外形

6、 b) 結構 c) 電氣圖形符號第1章第9頁3.1 3.1 晶閘管的結構與工作原理晶閘管的結構與工作原理RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)圖3-3 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理a) 雙晶體管模型 b) 工作原理Ic1=1 IA + ICBO1 （3-1）Ic2=2 IK + ICBO2 （3-2）第1章第10頁3.1 3.1 晶閘管的結構與工作原理晶閘管的結構與工作原理 IK=IA+IG （3-3） IA=Ic1+Ic2 （3-4）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

7、極漏電流。由以上式（3-1）（3-4）可得 （3-5）晶體管的特性是：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。 )(121CBO2CBO1G2AIIII第1章第11頁3.1 3.1 晶閘管的結構與工作原理晶閘管的結構與工作原理阻斷狀態：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（門極觸發）：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（陽極電流）將趨近于無窮大，實現飽和導通。IA實際由外電路決定。第1章第12頁3.1 3.1 晶閘管的結構與工作原理晶閘管的結構與工作原理其他幾種可能導通的情況其他幾種可能

8、導通的情況：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過高結溫較高光直接照射硅片，即光觸發光觸發只有門極觸發（包括光觸發）是最精確、迅速而可只有門極觸發（包括光觸發）是最精確、迅速而可靠的控制手段靠的控制手段,其它都因不易控制而難以應用其它都因不易控制而難以應用于實踐。于實踐。第1章第13頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性3.2.1. 靜態特性靜態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或

9、電極反向.第1章第14頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性1. 晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性 第I象限的是正向特性 第III象限的是反向特性正向導通雪崩擊穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM圖3-4 晶閘管的伏安特性IG2IG1IG第1章第15頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性第一像限：IG=0時，器件兩端施加正向電壓，正向阻斷狀態，只有很小的正向漏電流流過，正向電壓超過臨界極限即正向轉折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，可能使器件開通隨著門極電流幅值的增大，正向轉折電壓降低導通后的晶閘管特性和二極管的正向特性相

10、仿晶閘管本身的壓降很小，在1V左右導通期間，如果門極電流為零，并且陽極電流降至接近于零的某一數值IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態。IH稱為維持電流。第三像限：晶閘管上施加反向電壓時，伏安特性類似二極管的反向特性第1章第16頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性 晶閘管的門極觸發電流從門極流入晶閘管，從陰極流出陰極是晶閘管主電路與控制電路的公共端門極觸發電流也往往是通過觸發電路在門極和陰極之間施加觸發電壓而產生的晶閘管的門極和陰極之間是PN結J3，其伏安特性稱為門極伏安特性門極伏安特性。為保證可靠、安全的觸發，觸發電路所提供的觸發電壓、電流和功率應限制在可靠觸發區。第1章第17頁

11、3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性2 晶閘管的反向轉折電壓VBR晶閘管上施加反向電壓時，伏安特性類似二極管的反向特性 外加反向電壓由J1和J3結承擔, J3結兩側的摻雜濃度比J1結高23個數量級, 其耐壓很低, 實際上可以看成是直通的歐姆接觸。電壓幾乎全由J1結承擔。當一個載流子進入反偏PN結的空間電荷區后， 會受到電場的加速作用，與晶格碰撞后會產生新的空穴-電子對。經過整個空間電荷區得到的載流子和進入該區的載流子數的比值， 稱為倍增系數M 1 M= 1-（V/Vb)nVb為單PN結擊穿電壓，n =37第1章第18頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性2 晶閘管的反向

12、轉折電壓VBRUP1 N1 P2 N2J1 J2 J3EU2U1第1章第19頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性J1結反偏，相當與PNP晶體管的集電結，J2結正偏，相當于發射結，J2結向N1區注入空穴電流IA但只有1IA到達J1的空間電荷區， 1為P1N1P2結構的電流放大系數。 J1結自身還有反向漏電流I0， 有倍增時： IA= MI0+ M1IA 得到 ： IA= MI0/（1- M1）舉例：M=2， 1=0.4時， IA= 5MI0 M11時， IA 無窮大，表示擊穿舉例： 1=0.4， M=2.5時， M11第1章第20頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性單

13、個PN結需要到VB時發生擊穿，PNP結構時，在VBR時發生擊穿， VBR=VB（1- 1）1/n3 晶閘管正向轉折電壓）VBF同樣的分析用于J2結的轉折電壓（晶閘管正向轉折電壓）VBF，得到 VBF=VB（1- （1+ 2 ）1/n2為N1P2N2結構的電流放大系數。可以知道： VBFU1原因:第1章第23頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性4 提高VBF 的方法有目的地增加2可以導致正向的導通， 這就是門極的作用。但又可以造成阻斷態的VBF 降低。為提高VBF 需要減少2 在結構上采用短路點,可以在一定程度上,減小2。短路點的作用：使N2區中間的壓降低于J3結的開起電壓(0.5

14、V),起不到發射結的作用,注入很小, 2幾乎等于零。P1 N1 P2 N2RlAK圖3-5 短路發射極示意圖第1章第24頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性5. Ig 對正向導通到阻斷特性的影響 Ig =0, Ioff= IH Ig 0, Ioff IH Ig IH (IA= Ioff,） IA/ |Ig| 稱為關斷增益. 2幾乎等于1, 1+2應該不比1大太多(GTO)第1章第25頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性可控硅導通和關斷條件狀態條件說明從關斷到導通1.陽極電位高于陰極電位;2.控制極有足夠的電壓和電流兩者缺一不可維持導通1.陽極電位高于陰極電位;2.陽

15、極電流大于維持電流兩者缺一不可從導通到關斷1.陽極電位低于陰極電位;2.陽極電流小于維持電流任一條件即可第1章第26頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性3.2.2. 動態特性動態特性 圖3-6 晶閘管的開通和關斷過程波形100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA第1章第27頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性1) 開通過程開通過程延遲時間延遲時間td：門極電流階躍時刻開始，到陽極電流上升到穩態值的10%的時間上升時間上升時間tr：陽極電流從10%上升到穩態值的90%所需的時間開通時間開通時間tgt以上兩者之和， tgt=td+ tr （

16、3-6） 普通晶閘管延遲時間為0.51.5 s，上升時間為0.53 s第1章第28頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性2) 關斷過程關斷過程:關斷的方法:i) 斷開負載電路, ii) 改變電源電壓極性 iii) 負的門極電流通常討論的是改變電源電壓極性過程中的關斷機理。關斷過程中主要是靠復合來減少N1區的存儲電荷。.反向阻斷恢復時間反向阻斷恢復時間trr：正向電流降為零到反向恢復電流衰減至接近于零的時間正向阻斷恢復時間正向阻斷恢復時間tgr：晶閘管要恢復其對正向電壓的阻斷能力還需要一段時間在正向阻斷恢復時間內如果重新對晶閘管施加正向電壓，晶閘管會重新正向導通實際應用中，應對晶閘管

17、施加足夠長時間的反向電壓，使晶閘管充分恢復其對正向電壓的阻斷能力，電路才能可靠工作 關斷時間關斷時間tq：trr與tgr之和，即 tq=trr+tgr （3-7）普通晶閘管的關斷時間約幾百微秒, 快速晶閘管的關斷時間為十幾到幾十個微秒。第1章第29頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性3) 晶閘管的電流上升率晶閘管的電流上升率di/dt耐量耐量1. 電流上升過快電流上升過快, 導通時的瞬間功率大到幾個千瓦導通時的瞬間功率大到幾個千瓦, 而硅的比熱很小而硅的比熱很小, 導熱率低導熱率低, 會使溫度顯著上升會使溫度顯著上升, 載載流子增多流子增多, 電流密度更大電流密度更大, 進入惡性

18、的正反饋過程進入惡性的正反饋過程, 最后使先導通區域的硅熔化最后使先導通區域的硅熔化.2. 提高提高di/dt耐量的方法耐量的方法:i. 強觸發法強觸發法, Ig大大, 效果一般效果一般第1章第30頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性ii. 放大門極法放大門極法:N2P2N1P1 FFRpG小晶閘管主晶閘管KKAAG圖3-7放大門極結構a)示意圖, b)等效電路圖a)b)第1章第31頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性iii. 橫向場陰極法橫向場陰極法:N2P2N1P1KAG圖3-8 橫向電場陰極結構示意圖ab段只在初始導通階段起作用,在P2基區產生一個漂移電場，會

19、產生很大的空穴電流，導致晶閘管陰極的大面積導通。在主晶閘管導通后不再流電流,它的面積只有百分比之幾, 但對提高的di/dt耐量作用明顯, 一般可以提高一個數量級Gab第1章第32頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性iv. 再生門極結構再生門極結構:N2P2N1P1KAG圖3-9 橫向電場陰極結構示意圖ab會有一個橫向壓降, 把a點的壓降通過電極引到陰極面的其它點附近, 如c附近, 會使c點及時導通.再生門極abc第1章第33頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性4) 晶閘管的電壓上升率晶閘管的電壓上升率du/dt耐量耐量1. 電壓上升過快電壓上升過快, J2結的空間電

20、荷區擴展的快結的空間電荷區擴展的快, J1結和結和J3結的注入電流增大結的注入電流增大, 在一定的條件下會導致在一定的條件下會導致1+ 2 =1,晶閘管誤導通晶閘管誤導通.2. 提高提高du/dt耐量的方法耐量的方法:i. 短路點結構短路點結構, 加密加密/增大面積增大面積3. 使用中要注意器件的使用中要注意器件的du/dt耐量必須超過線路中耐量必須超過線路中可能出現的可能出現的du/dt值。否則改線路或換器件。值。否則改線路或換器件。第1章第34頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性5) 晶閘管功率損耗晶閘管功率損耗, 包括包括:1. 通態損耗通態損耗PF2. 正反向阻斷損耗正反

21、向阻斷損耗PD3. 開通損耗開通損耗Pon4. 關斷損耗關斷損耗PRC5. 門極損耗門極損耗PG第1章第35頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性1. 通態損耗通態損耗PF正弦半波電流正弦半波電流 iF =IFMsin時時: IFM 通通態峰值電流和平均值態峰值電流和平均值IF的關系的關系IFM =IF通態壓降平均值通態壓降平均值VF=V0/2+IFRe利用簡化的伏安特性可得到利用簡化的伏安特性可得到: PF=2.46VFIF -0.23V0IFi(v)v1.5IFIF0.5IF開放電壓V0斜率=1/Re圖3-10 通態特性示意圖第1章第36頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管

22、的基本特性2. 正反向阻斷損耗正反向阻斷損耗PD, (比較小可以忽略比較小可以忽略)正向正向:PDF= VMF IOF 反向反向:PDR= VMR IOR VMF ,VMR 正反向阻斷電壓峰值正反向阻斷電壓峰值 IOF , IOR 正反向阻斷峰值電壓下的平均漏電流正反向阻斷峰值電壓下的平均漏電流第1章第37頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性3. 開通損耗開通損耗Pon在同樣的波形和頻率的情況下，在同樣的波形和頻率的情況下， 元件的開通損耗顯著元件的開通損耗顯著的大于關斷損耗，大多數情況下，的大于關斷損耗，大多數情況下， 開通損耗是主要的。開通損耗是主要的。在電感負載電路中，在電

23、感負載電路中， 開通損耗為：開通損耗為：Pon = IonVo tr f/(1+2.2)*(L/R)* tr )*4.4tr: 器件的上升時間R/L: 電路的時間常數f: 使用頻率Vo: 開通前的陽極電壓Ion: 開通后的陽極電流(3微秒左右的正態分布, 峰值約300瓦)第1章第38頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性4. 關斷損耗關斷損耗PRCPRC=IRVRtqf/4.4IR反向恢復電流峰值VR反向恢復電壓tq 關斷時間f 頻率(小于3微秒的一個偏左分布, 峰值約80瓦)第1章第39頁3.2 3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性5. 門極損耗門極損耗PG: 與工作頻率有關

24、與工作頻率有關,工頻條件下工頻條件下可認為可認為:對對200A元件元件 PG =2W 對對500A元件元件 PG =5W所占比例很小所占比例很小,可用上述值進行估算可用上述值進行估算.晶閘管功率損耗為前述五項之和晶閘管功率損耗為前述五項之和:P=PF+PD+Pon+PRC+PG第1章第40頁3.3 3.3 晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數1. 電壓定額電壓定額1) 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。2) 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。3) 通態（峰值）

25、電壓通態（峰值）電壓UTM晶閘管通以正弦半波的額定通態平均電流和穩定的結溫時, 元件陽極和陰極間電壓降的平均值。通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標值作為該器件的額額定電壓定電壓。選用時，額定電壓要留有一定裕量裕量,一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓23倍第1章第41頁3.3 3.3 晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數2. 電流定額電流定額 1) 通態平均電流通態平均電流 IT(A V) 額定電流-晶閘管在環境溫度為40C和規定的冷卻條件下，元件在電阻性負載的單相工頻正弦半波、導通角不小于170時， 穩定結溫不超過額定結溫時所允許流過的最大通態電流的平均值。使用時應按實際電流與

26、通態平均電流有效值發熱效應相等的原則來選取晶閘管應留一定的裕量，一般取1.52倍第1章第42頁3.3 3.3 晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數2) 維持電流維持電流 IH 室溫和門極斷開的情況下，晶閘管從較大導通電流下降時，維持導通所必需的最小電流。一般為幾十到幾百毫安，與結溫有關，結溫越高，則IH越小3) 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流， 對同一晶閘管來說，通常IL約為IH的24倍4) 浪涌電流浪涌電流ITSM在額定結溫條件下， 在工頻正弦波半周期內晶閘管所能承受的最大過載電流， 在浪涌后的半周期應能承受規定的反向電壓。第1章第43

27、頁3.3 3.3 晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數 3. 門極定額門極定額 1) 門極觸發電流門極觸發電流 IGT 在室溫條件下，陽極電壓為6V直流電壓時，使晶閘管從阻斷到完全開通所必須的最小門極直流電流2) 門極觸發電壓門極觸發電壓 VGT 對應的門極觸發電流的門極觸發電壓4. 額定結溫額定結溫TJM： 元件在正常工作條件下所允許的最高PN結溫度第1章第44頁3.3 3.3 晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數5. 動態參數動態參數 除開通時間tgt和關斷時間tq外，還有： (1) 斷態電壓臨界上升率斷態電壓臨界上升率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

28、電壓最大上升率在阻斷的晶閘管兩端施加的電壓具有正向的上升率時，相當于一個電容的J2結會有充電電流流過，被稱為位移電流位移電流。此電流流經J3結時，起到類似門極觸發電流的作用。如果電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導通 用戶在選擇晶閘管時，應注意元件的臨界上升率必須大于線路中可能出現的上升率。第1章第45頁3.3 3.3 晶閘管的主要參數晶閘管的主要參數(2)通態電流臨界上升率通態電流臨界上升率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，則晶閘管剛一開通，便會有很大的電流集中在門極附近的小區域內，從而造成局部過熱而使晶閘管損壞。同樣，

29、用戶在選擇晶閘管時，應注意元件的臨界上升率必須大于線路中可能出現的上升率。第1章第46頁3.4 3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件1. 快速晶閘管（快速晶閘管（Fast Switching ThyristorFST)包括所有專為快速應用而設計的晶閘管，有快速晶閘管(400Hz)和高頻晶閘管(10kHz)管芯結構和制造工藝進行了改進(基片減薄基片減薄, 門極圖形優化，門極圖形優化，陰極條寬窄，擴金濃度高，少子壽命短陰極條寬窄，擴金濃度高，少子壽命短)，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 s左右高頻晶閘管的不足在于

30、其電壓和電流定額都不易做高由于工作頻率較高，選擇通態平均電流時不能忽略其開關損耗的發熱效應第1章第47頁3.4 3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件2. 雙向晶閘管（雙向晶閘管（Triode AC SwitchTRIAC或或Bidirectional triode thyristor）圖3-11 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第1章第48頁3.4 3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件P1N2P2N1N3N4T1GT2圖3-11A 雙向晶閘管的內部結構示意圖第1章第49頁3.4 3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件

31、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正反兩方向均可觸發導通，所以雙向晶閘管在第和第III象限有對稱的伏安特性第1章第50頁3.4 3.4 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）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、額定結溫高等優點逆導晶閘管的額定電流有兩個，一個是晶閘管電流，一個是反并聯二極管的電流圖3-12 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b)a)UOIKGAIG=0第1章第5

32、1頁3.4 3.4 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）圖3-12A 逆導晶閘管的內部結構P1N3N2P2N1N3GAK第1章第52頁3.4 3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件4 . 光 控 晶 閘 管 （光 控 晶 閘 管 （ L i g h t Tr i g g e r e d ThyristorLTT）圖3-13 光控晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性a) 電氣圖形符號 b) 伏安特性光強度強弱b)AGKa)OUAKIA第1章第53頁3.4 3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件又稱光觸發晶閘管

33、，是利用一定波長的光照信號觸發導通的晶閘管小功率光控晶閘管只有陽極和陰極兩個端子大功率光控晶閘管則還帶有光纜，光纜上裝有作為觸發光源的發光二極管或半導體激光器光觸發保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響，因此目前在高壓大功率的場合，如高壓直流輸電和高壓核聚變裝置中，占據重要的地位第1章第54頁3.4 3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件大功率光控晶閘管存在的問題和解決方案:1.由于要求觸發靈敏, 要求把元件的電流增益設計的很大, 或者是取消短路發射極, 使的電壓上升率和高溫阻斷能力下降方案1:減小觸發區的面積, 周界縮短, 靈敏度提高方案2: J2結延伸到表面, 靈敏度提

34、高, dv/dt不下降.方案3. 靈敏度和dv/dt取折衷.方案4: 雙重門極放大結構, 第1章第55頁3.4 3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件2. 把發射極的內周界取得很小, 提高單位長度的電流密度, 元件易于觸發, 但初始導通區域小, 電流上升率低方案1: 特殊的幾何尺寸和工藝配合第1章第56頁3.4 3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件3. 觸發電流 不能很大, 使得延遲時間增長, 并增加了不同元件之間延遲時間的差別, 這對元件的串聯是不利的, 因為后觸發的元件將承擔整個電網上的電壓.方案: 強激光觸發, 增加吸收深度, 可使體內反向結電場瞬間崩潰. 如銣玻璃激光所產生的5X

35、103erg, 可使元件在1時，兩個等效晶體管過飽和而使器件導通；當1+21時，不能維持飽和導通而關斷RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)圖3-15 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理第1章第61頁GTO能夠通過門極關斷的原因能夠通過門極關斷的原因是其與普通晶閘管有如下區別：（1）設計2較大，使晶體管V2控制靈敏，易于 GTO關斷（2）導通時1+2更接近1（1.05，普通晶閘管1+21.15） 導通時飽和不深，接近臨界飽和，有利門極控制關斷，但導通時管壓降增大（3）多元集成結構使GTO元陰極面積很小，門、陰極間距大為縮短，使得P2基

36、區橫向電阻很小，能從門極抽出較大電流第1章第62頁 導通過程導通過程與普通晶閘管一樣，只是導通時飽和程 度較淺 關斷過程：關斷過程：強烈正反饋門極加負脈沖即從門 極抽出電流，則Ib2減小，使IK和和Ic2減小，Ic2的減小又使IA和和Ic1減小，又進一步減小V2的基極電流當IA和和IK的減小使 1+ 21時，器件退出飽和而關斷多元集成結構還使GTO比普通晶閘管開通過程快，承受di/dt能力強 第1章第63頁2. GTO的動態特性的動態特性開通過程：開通過程：與普通晶閘管類似，需經過延遲時間td和上升時間tr Ot0t圖1-14iGiAIA90%IA10%IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6 圖3-16 GTO的開通和關段過程電流波形第1章第64頁關斷過程：關斷過程：與普通晶閘管有所不同抽取飽和導通時儲存的大量載流子儲存時間ts，使等效晶體管退出飽和等效晶