Chapter5第五章

1、第五章第五章 晶闸管及整流电路（补充内容）晶闸管及整流电路（补充内容） 晶闸管（晶闸管（ThyristorThyristor）：晶体闸流管，可控硅整流）：晶体闸流管，可控硅整流器（器（S Silicon ilicon C Controlled ontrolled R RectifierSCRectifierSCR） 19561956年美国贝尔实验室发明了晶闸管年美国贝尔实验室发明了晶闸管 19571957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品 19581958年商业化年商业化 开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代，开辟了电力电子技术迅速发展和

2、广泛应用的崭新时代，使半导体器件的应用由弱电领域扩展到强电领域。使半导体器件的应用由弱电领域扩展到强电领域。 2020世纪世纪8080年代以来，开始被全控型器件取代年代以来，开始被全控型器件取代一、晶闸管的基本结构一、晶闸管的基本结构晶闸管的外形及符号晶闸管的外形及符号 P1P1P2P2N1N1N2N2P1P2N1N2K GAKAT2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGP1P2N1N2N1P2AGK T T1 1T T2 2三、三、 工作原理工作原理G2Bii 1BG22Ciii 在极短时间内使两在极短时间内使两个三极管均饱和导通，个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。此过程称触发导通

3、。211CCii 2BG21ii E EG GE EA A+ +_ _R RGi2BiG21iG2iG GE EA A+ +_ _R R T T1 1T T2 2Gi2BiGi21Gi2E EG GG2Bii 1BG22Ciii 211CCii 2BG21ii 晶闸管导通的条件晶闸管导通的条件 晶闸管正常导通的条件：晶闸管正常导通的条件： 1 1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压，）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压，U UAKAK0 0 2 2）晶闸管门极和阴极之间必须施加适当的正向脉冲电压）晶闸管门极和阴极之间必须施加适当的正向脉冲电压和电流，和电流， U UGKGK00. . 维持

4、晶闸管导通的条件：维持晶闸管导通的条件： 保持流过晶闸管的阳极电流在其维持电流以上保持流过晶闸管的阳极电流在其维持电流以上晶闸管关断的条件晶闸管关断的条件 晶闸管的关断晶闸管的关断 只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用：只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用： 阳极电压反向阳极电压反向 减小阳极电压减小阳极电压 增大回路阻抗增大回路阻抗 U URRMRRMU UFRMFRMI IG2 G2 I IG1 G1 I IG0 G0 U UBRBRI IF FU UBOBOI IH Ho oU UI II IG0G0I IG1G1I IG2G2正向平均电流正向平均电流)(曲线

5、UfI 正向特性正向特性I IG G=0=0时，器件两端施加正时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向向电压，只有很小的正向漏电流，正向阻断状态。漏电流，正向阻断状态。 正向电压超过正向转折电正向电压超过正向转折电压压U Ubobo，则漏电流急剧增大，则漏电流急剧增大，器件开通。器件开通。 随着门极电流幅值的增大，随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。正向转折电压降低。 晶闸管本身的压降很小，晶闸管本身的压降很小，在在1 1V V左右。左右。正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性( (I IG2

6、G2 I IG1G1 I IG G) )晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM2)2) 反向特性反向特性 施加反向电压时，伏安特施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性。性类似二极管的反向特性。 反向阻断状态时，只有极反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。小的反相漏电流流过。当反向电压达到反向击穿当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管电压后，可能导致晶闸管发热损坏。发热损坏。五五. . 动特性动特性100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA晶闸管的开通和关

7、断过程波形晶闸管的开通和关断过程波形 1) 1) 开通过程开通过程延迟时间延迟时间t td d (0.5-1.5(0.5-1.5 s)s)上升时间上升时间t tr r (0.5-3(0.5-3 s)s)开通时间开通时间t tgtgt以上两者之以上两者之和，和，t tgtgt= =t td d+ + t tr r100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA晶闸管的开通和关断过程波形晶闸管的开通和关断过程波形2) 2) 关断过程关断过程反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间t trrrr正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间t tgrgr关断时间关断时间t tq q以上两者之以上两

8、者之和和t tq q= =t trrrr+ +t tgrgr普通晶闸管的关断时间普通晶闸管的关断时间约几百微秒。约几百微秒。六、主要参数六、主要参数U UFRMFRM: :正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）晶闸管控制极开路且正向阻断情况下晶闸管控制极开路且正向阻断情况下, ,允许重允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般取一般取U UFRM FRM = 80% = 80% U UB0 B0 。普通晶闸管普通晶闸管 U UFRMFRM 为为100V- 3000V100V- 3000V反向重复峰值电压反向重复峰值电压控制极开路时控制极

9、开路时, ,允许重复作用在晶闸管元允许重复作用在晶闸管元 件上的反向峰值电压。件上的反向峰值电压。一般取一般取 U URRMRRM = 80% = 80% U UBR BR 普通晶闸管普通晶闸管 U URRMRRM为为100V-3000V100V-3000VU URRMRRM：)(sin21m0mFIttdII 额定正向平均电流额定正向平均电流环境温度为环境温度为4040 C C及标准散热条件下，晶闸管及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。电流的平均值。 I IF F：I IF F t t 2 2 i如果正弦半波电流的

10、最大值为如果正弦半波电流的最大值为I Im m, ,则则普通晶闸管普通晶闸管I IF F为为1A 1000A1A 1000A。U UF F: : 通态平均电压（管压降）通态平均电压（管压降） 在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时， 晶闸管阳、阴极间的电压平均值。晶闸管阳、阴极间的电压平均值。 一般为一般为1V1V左右。左右。I IH H: : 维持电流维持电流 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。通状态所必须的最小电流。 一般一般I IH H为几十为几十 一百多毫安。一百多毫安。U

11、UG G、I IG G：控制极触发电压和电流：控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流室温下，阳极电压为直流6V6V时，使晶闸管完时，使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。 一般一般U UG G为为1 1到到5V5V，I IG G为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。 动态参数动态参数 除开通时间除开通时间t tgtgt和关断时间和关断时间t tq q外，还有：外，还有：断态电压临界上升率断态电压临界上升率d du u/d/dt t 指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到

12、通态转换的外加电压最大上升率。态转换的外加电压最大上升率。 电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通 。 通态电流临界上升率通态电流临界上升率d di i/d/dt t 指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。上升率。 如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。导通时平均电压组别导通时平均电压组别共九级共九级, , 用字母用字母A-IA-I表示表示0.4-1.2V0.4-1.2V额定电压额定电压,

13、,用百位或千位数表示用百位或千位数表示取取U UFRMFRM或或U URRMRRM较小者较小者额定正向平均电流额定正向平均电流( (I IF F) ) 晶闸管晶闸管K KP P普通型普通型如如KP5-7KP5-7表示额定正向平均电流为表示额定正向平均电流为5A,5A,额定电压为额定电压为700V700V。部分晶闸管的型号与参数部分晶闸管的型号与参数型型号号通态通态平均平均电流电流I IT(AV)T(AV)(A)(A)断态断态重复重复峰值峰值电压电压U UDRMDRM(V)(V)反向反向重复重复峰值峰值电压电压U URRMRRM(V)(V)额额定定结结温温T TJMJM( ( ) )门极门极触发

14、触发电流电流I IGTGT(mA)(mA)门极门极触发触发电压电压V VGTGT(V)(V)断态断态电压电压临界临界上升上升率率通态通态电流电流临界临界上升上升率率浪涌浪涌电流电流I ITSMTSM(A)(A)门极门极不触不触发电发电流流I IGDGD(mA)(mA)门极门极不触不触发电发电压压V VGDGD(V)(V)门极门极正向正向峰值峰值电流电流I IGFMGFM(A)(A)KP5050100300010081503.5305094010.15/KP10010011510250410080188010.15/KP50050011520300510080942010.154单相桥式整流电路工作原理V1V2D1D2D3D4iLRL+