第1章電力二極管與晶閘管

學習目標1.掌握電力二極管的結構、伏安特性、主要參數、測試方法和選用方法。2.了解晶閘管的結構、工作原理及伏安特性3.掌握晶閘管的導通條件和關斷條件。4.熟練掌握晶閘管的主要參數、測試方法和選用方法。5.掌握雙向晶閘管的結構、主要參數及選用測試方法。《電力電子技術》第一節電力二極管

電力二極管是指可以承受高電壓大電流具有較大耗散功率的二極管，在電路中常作為整流、續流、電壓隔離、鉗位或保護元件。《電力電子技術》一、結構與伏安特性

1.

結構

a)b)c)d)圖1-1電力二極管的結構、符號和外形a)結構b)符號c)螺旋式外形d)平板式外形《電力電子技術》

2.伏安特性

電力二極管的陽極和陰極間的電壓UAK和流過管子的電流IA之間的關系稱為伏安特性，其伏安特性曲線如圖1-2所示。

圖1-2電力二極管的伏安特性《電力電子技術》二、主要參數

1.

額定正向平均電流IF

在規定的環境溫度為40℃和標準散熱條件下，元件PN結溫度穩定且不超過140℃時，所允許長時間連續流過50Hz正弦半波的電流平均值。將此電流值取規定系列的電流等級，即為元件的額定電流。2.

反向重復峰值電壓URRM在額定結溫條件下，取元件反向伏安特性不重復峰值電壓值URSM的80%稱為反向重復峰值電壓URRM。將URRM值取規定的電壓等級就是該元件的額定電壓。3.

正向平均電壓UF在規定環境溫度+40℃和標準散熱條件下，元件通過50Hz正弦半波額定正向平均電流時，元件陽極和陰極之間的電壓的平均值，取規定系列組別稱為正向平均電壓UF，簡稱管壓降，一般在0.45～1V范圍內。《電力電子技術》三、電力二極管的選用

1.選擇額定正向平均電流IF

的原則

（1-1）

選用時取相應標準系列值即可。2.選擇額定電壓URRM

的原則

URRM

=（2～3）UDM

（1-2）

選用時取相應標準系列值。

《電力電子技術》

3.電力二極管的測試及使用注意事項

由于電力二極管的內部結構為PN結，因此用萬用表的R×100擋測量陽極A和陰極K兩端的正、反向電阻，可以判斷電力二極管的好壞。一般電力二極管的正向電阻在幾十歐至幾百歐，而反向電阻在幾千歐至幾十千歐以上為好的；若正、反向電阻都為零或都為無窮大，說明電力二極管已經損壞。注意：嚴禁用兆歐表測試電力二極管。

電力二極管使用時必須保證規定的冷卻條件，如不能滿足規定的冷卻條件，必須降低容量使用。如規定風冷元件使用在自冷時，只允許用到額定電流的1/3左右。《電力電子技術》四、電力二極管的主要類型

1.整流二極管

整流二極管多用于開關頻率不高(1kHz以下)的整流電路中。但其正向電流定額和反向電壓定額卻很高。2.快恢復二極管恢復過程很短(一般在5μs以內)的二極管被稱為快恢復二極管。可用于要求很小恢復時間的電路中。3.肖特基二極管肖特基二極管反向恢復時間很短(10～40ns)，正向恢復過程中也不會有明顯的電壓過沖；在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復二極管。多用于200V以下的低壓場合；肖特基二極管適用于較低輸出電壓和要求較低正向管壓降的換流器電路中。

《電力電子技術》第二節晶閘管一、晶閘管的結構晶閘管是四層(PlNlP2N2)三端(陽極A、陰極K、門極G)器件，其內部結構和等效電路如圖1-3所示。

a)b)

圖1-3晶閘管的內部結構和等效電路

a)內部結構b)以互補三極管等效

《電力電子技術》晶閘管的符號及外形晶閘管的符號及外形如圖1-4所示，a)b)c)

圖1-4晶閘管的符號及外形

a)晶閘管的符號b）螺栓形晶閘管的外形c）帶有散熱器平板式晶閘管的外形

《電力電子技術》二、晶閘管的導通與關斷條件導通和關斷條件可通過圖1-5所示的實驗

圖1-5晶閘管的導通與關斷實驗電路

《電力電子技術》二、晶閘管的導通與關斷條件實驗結論：1）晶閘管的導通條件：在晶閘管的陽極和陰極兩端加正向電壓，同時在它的門極和陰極兩端也加正向電壓，兩者缺一不可。2)晶閘管一旦導通，門極即失去控制作用，因此門極所加的觸發電壓一般為脈沖電壓。晶閘管從阻斷變為導通的過程稱為觸發導通。門極觸發電流一般只有幾十毫安到幾百毫安，而晶閘管導通后，可以通過幾百、幾千安的電流。3)晶閘管的關斷條件：使流過晶閘管的陽極電流小于維持電流IH。

《電力電子技術》三、晶閘管的工作原理晶閘管等效為兩個互補連接的三極管工作分析IG→IB2↑→IC2（IB1)↑→IB2↑

↑＿＿＿＿＿＿＿＿↓

圖1-6晶閘管的工作原理示意圖

《電力電子技術》四、晶閘管的陽極伏安特性晶閘管的陽極與陰極間的電壓ua和陽極電流ia之間的關系，稱為陽極伏安特性。其伏安特性曲線如圖1-7所示。圖1-7晶閘管的伏安特性曲線

《電力電子技術》

五、晶閘管主要參數1.額定電壓UTn當門極開路，元件處于額定結溫時，根據所測定的正向轉折電壓UBO和反向擊穿電壓URO，由制造廠家規定減去某一數值(通常為1OOV)，分別得到正向不可重復峰值電壓UDSM和反向不可重復峰值電壓URSM，再各乘以0.9，即得正向斷態重復峰值電壓UDRM和反向阻斷重復峰值電壓URRM。2.額定電流IT(AV)

晶閘管的額定電流也稱為額定通態平均電流，即在環境溫度為40℃和規定的冷卻條件下，晶閘管在導通角不小于170°的電阻性負載電路中，當不超過額定結溫且穩定時，所允許通過的工頻正弦半波電流的平均值。3.通態平均電壓UT(AV)

當晶閘管中流過額定電流并達到穩定的額定結溫時，陽極與陰極之間電壓降的平均值，

稱為通態平均電壓。

《電力電子技術》選用宗晶閘拐管的窮原則1.按工臭作電雅路中辜可能邀承受元到的劍最大網瞬時閱值電置壓UTM的2～3倍來沾選擇幕晶閘仁管的適額定鼓電壓基，即UTn=(般2～3)UTM(1迷-3獎)2.雅按電懷流有這效值墳相等放的原疼則進現行換原算，見選擇宵晶閘鈔管的牽額定啊電流遣即IT=1督.5傘7IT(議AV抽)IT(煤AV要)=IT/1地.5攻7由于淚晶閘唯管的喉過載托能力貝差，賣一般仙在選舊用時您取(厲1.限5～拾2)繳的安蜘全裕加量，悔即IT(通AV功)=軟(1探.5答～2撫)IT/1刷.5但7《電嶼力電龍子技沸術》例1抖-1驢一晶變閘管蔬接在賽22沖0V交流聰回路防中，繪通過紀器件祖的電夫流有傅效值謝為1財00A，問選欄擇什蒼么型琴號的件晶閘練管?解橡選恒擇晶演閘管并額定據電壓UTn=(抽2～3)UTM=(2～3)×22鍋0V線=6勸22～9意33司V按晶總閘管顯參數霞系列劫取8金00V，即8土級。選擇悟晶閘揭管的刷額定正電流IT(蟲AV汗)=桌(1存.5抵～2蠶)IT/1屆.5性7=仍(超1.首5～川2)×10災0/餃1.言57恒=9臟5～觸12強7A按晶晌閘管懼參數野系列榨取1黃00A，所以脂選取漠晶閘爆管型添號KP評l0噸0-蹦8E們。《電獸力電禮子技參術》例1令-2吼現有騙晶閘盯管型舞號為KP鄰50糖-7坊，用于朽某電陷路中搭時，漢流過姑的電佛流波籍形如仔圖1詳-9所示跌，試求Im允許晴多大京?圖1啟-9流過詢晶閘潮管的案電流熱波形解KP敗50罷-7晶閘騎管允迷許流鋼過的睡電流臘有效餃值為IT=1充.5卡7IT(改AV應)=1輪.5投7×5桿0A盞=7舌8.吐5A實際仍流過業該管尸的電號流有句效值當考副慮2畜倍的疑安全喚余量屬時，Im的允脖許值誼為《電謝力電悠子技稍術》4．晶婆閘管動的其蘇他參杰數(1閑)維污持電裳流IH在室婚溫和廊門極的斷開遭時，響器件恥從較厚大的并通態夜電流庭降至牽維持壓通態貼所必租需的誓最小飲電流環稱為駁維持準電流沈。它簽一般拆為幾情毫安花到幾抬百毫鞠安。(2討)擎化住電萄流IL晶閘欲管剛痕從斷避態轉完入通炒態就貝去掉耕觸發篇信號葵，能周使器熱件保奔持導政通所袍需要于的最蟻小陽盾極電昏流。(3)斷態此電壓怎臨界住上升成率du／dt在額府定結理溫和姿門極閣開路癥情況俗下，套不使頑器件炭從斷惠態到藍通態短轉換郵的陽直極電浙壓最極大上鍬升率舞稱為箱斷態懷電壓咽臨界貨上升孕率。(4井)通班態電潔流臨升界上和升率di／dt在規囑定條嶄件下派，晶怎閘管時在門倍極觸窩發開患通時胃所能燥承受駁不導評致損啦壞的誰通態死電流蜂最大兆上升系率稱槐為通驗態電丟流臨謀界上索升率勞。《電妖力電爬子技臉術》六、盈晶閘筋管的簽門極骨伏安肉特性宮及主叢要參改數1.門極窮不觸脂發電區壓UGD和門軟極不接觸發載電流IGD不能雨使晶朵閘管紛從斷披態轉斧入通翠態的蜜最大柱門極謊電壓廳稱為蚊門極判不觸四發電蛾壓UGD，相應水的最快大電禁流稱藝為門才極不里觸發染電流IGD。2.門極導觸發狐電壓UGT和門開極觸僵發電禽流IGT在室激溫下轉，對奏晶閘握管加葵上6V正向覽陽極雨電壓撞時，島使器港件由魯斷態尼轉入診通態俱所必貸須的廢最小膝門趟極站電流梅稱為傘門極竭觸發叉電流IGT，相應曠的門段極電貸壓稱他為門爹極觸庸發電榨壓UGT。3.門極輪正向股峰值大電壓UGM、門極嚴正向布峰值奏電流IGM和門槽極峰屑值功用率PGM在晶都閘管合觸發恩過程念中，濤不致凍造成鄭門極刺損壞朗的最員大門誦極電貝壓、值最大駛門極忘電流捐和最卻大瞬嘆時功娃率分梨別稱等為門北極正元向峰嬌值電潤壓UGM、門極育正向朝峰值米電流IGM和門共極峰移值功姥率PGM。使用浙時晶托閘管怕的門響極觸吸發脈昌沖不矛應超撫過以島上數正值。《電遼力電懷子技調術》七、稠晶閘飯管對然觸發穩電路固的要餓求1.觸發乳脈沖舌應具廚有足浪夠的妹功率氣和一柏定的決寬度課；2.撞觸發榆脈沖蠟與主追電路營電源瞎電壓美必須吼同步勝；3.肯觸發殃脈沖盯的移榴相范婚圍應珍滿足癢變流脈裝置規提出淋的要誕求。《電款力電聲子技錯術》第三樣節晶閘萍管派齒生器叢件一、繞雙向凍晶閘晃管1．損雙向鬧晶閘警管的似結構崇與伏裕安特注性曲湖線a)查b)閃c之)殲d)圖1耽-11雙向竿晶閘你管a)雙向叉晶閘挨管的伯結構b)等效吊電路c)符號d)伏安乳特性佩曲線《電拘力電蜘子技摸術》2．雙遠向晶穴閘管份的參況數雙向犁晶閘泊管的憑主要乳參數黎中只那有額揀定電排流與鄭普通概晶閘展管有扔所不索同，盾其他格參數橡定義休與普貓通晶孝閘管綿相似挽。由帶于雙答向晶笨閘管傳工作黃在交犯流電肌路中片，正洋反向趣電流伍都可既以流旺過，精所以壤它的爐額定高電流男不是墻用平裕均值較，而關是用恢有效驅值(樹方均片根值漲)來研表示獲，定祝義為閘：在窗標準接散熱派條件徹下，原當器悟件的蒼單向龜導通犯角大因于1剖70°時，非允許游流過姓器件德的最膠大交葡流正匆弦電坐流的陶有效仗值，倆用IT(期RM欺S)表示嗎。雙向王晶閘臨管有茫效值先電流剛與普防通晶文閘管塊平均鹿值電姥流之清間的射換算駛關系蓄式為(1監-7讀)以此北推算并，一郵個10售0A的雙提向晶珠閘管矛與兩膨個45A的普和通晶跌閘管高反并喊聯電尊流容忘量相鋒等。《電括力電庫子技約術》3．皆雙向扎晶閘瓶管的偏觸發尼方式雙向受晶閘覺管正報反兩扮個方炊向都刊能導授通，飽門極渾加正示負電萍壓都舉能觸企發。燥主電佳壓與拼觸發尊電壓喇相互盈配合用，可許以得斬到四乳種觸艙發方齊式：(1括)I+觸發浴方式刮主極T2為正池，T1為負找；門奧極電決壓G為正蜜，T1為負營。(2道)I_觸發截方式斷主極T2為正換，T1為負撤；門燈極電廊壓G為負佳，T1為正兔。(3放)潮Ⅲ+觸發埋方式遲主極T2為負潛，T1為正污；門繩極電芽壓G為正明，T1為負變。(4裹)找Ⅲ—觸發遷方式茄主極T2為負戶，T1為正脹；門跨極電池壓G為負批，T1為正乖。四種膚觸發蕩方式昂中觸裕發靈團敏度馬不相飽同，I+觸發誤方式尺靈敏佩度最兇高，宰Ⅲ+觸發巧方式碑靈敏滴度最雞低，廁使用練時要打盡量慨避開儀Ⅲ+，常足采用糧的觸唇發方紹式為I+和Ⅲ-。《電訴力電姻子技病術》二、匠快速侮晶閘明管快速樣晶閘瓜管是蕉專為損快速傭應用忌而設從計的猛晶閘綠管，倘國產戰快速粱晶閘份管為KK系列罵。常微規的擇快速秋晶閘學管工弟作在40芬0Hz以下亮，更羞高頻餓的晶縮慧閘管雨可應領用于10kH互z以上蠻的斬攔波或雷逆變登電路素中。義快速封晶閘什管的貪開關蕉時間矮以及du／dt和di／dt耐量匠都有哪了明逮顯改姻善。鵲從關捧斷時麗間來灣看，繭普通敵晶閘述管一訪般為中數百槐微秒沈，快叢速晶群閘管毯為數伴十微倍秒，性而高狀頻晶少閘管漁則為10μs左右名。與馬普通馬晶閘浴管相悔比，常高頻絡晶閘鞠管的養不足愚在于瓦其電嫩壓和疑電流憶定額灘都不梢易做彼高。《電籌力電擇子技穴術》三、匪逆導雄晶閘客管逆導創晶閘蜂管是圖將晶圖閘管及反并代聯一章個二溉極管詞制作庭在同肥一管鄙芯上產的電礦力集很成器貓件，悔這種肢器件甘不具輔有承至受反窩向電蝴壓的齡能力岸，一在旦承腎受反求向電濕壓即幫開通店，其材電氣館圖形艷符號偵和伏翠安特億性如蒸圖1-稼13所示跟。圖1可-13逆導希晶閘稻管的乖電氣口符號抓和伏客安特邪性《電逐力電典子技構術》四、煌光控槐晶閘馳管光控馬晶閘恰管又降稱光罵觸發襖晶閘素管，好是利凡用一庫定波做長的室光照誰信號社觸發披導通什的晶綱閘管炸，其紀電氣仍圖形溜符號議和伏早安特捕性如柴圖1煉-14所示桌。小蔽功率信光控定晶閘澡管只凱有陽蛙極和紛陰極側兩個戴端子泥，大塵功率淺光控民晶閘紅管則亂還帶抓有光肥纜，譜光纜窄上裝漲有作障為觸角發光而源的原發光羞二極擦管或妖半導漢體激舊光器叨。圖1瞇-14光控虹晶閘衫管的盾電氣燈符號蟲和伏擁安特瓶性《電省力電刻子技她術》本章太小結電力訊二極櫻管也繭是由PN結組案成，慶加正宰向電毯壓導旗通，古加反牲向電被壓截該止，涼是一弟個不家可控拐的單遮向導罩通器祖件。普通共晶閘乞管內晝部為PN塊PN四層燒結構幸，向灘外引破出陽劃極A、陰極K和門運極G三個袋電極喉。它風的導絹通條耗件是辣：對細晶閘權管的贊陽極討和陰懂極兩雁端加野正向園電壓妥，同糟時在握它的鉛門極春和陰牽極兩紀端也偽加適擾當的美正向豎電壓筐。關廉斷條賓件是你：使造流過廣晶閘廊管的況陽極及電流許小于飽維持似電流桂。晶笛閘管跳的工強作原蹲理可義用兩匯個互橋補連淹接的伙等效丟晶體釋管電棄路來溝分析黨，當綠門極辦注入折一定架電流原時，叛會形遠成一懼個強仆烈的超正反礙饋過釣程，叢使管束子迅貿速飽梅和導火通。歇管子腔導通諷時，腹內部柔等效倒電路技中的回任一議只管演子的悉