晶闸管及其触发电路简介

晶闸管及其触发电路简介第1页/共38页电力二极管1晶闸管2双向晶闸管及其他派生晶闸管3第一章电力二极管和晶闸管第2页/共38页概念晶闸管就是硅晶体闸流管，普通晶闸管也称为可控硅（SCR），普通晶闸管是一种具有开关作用的大功率半导体器件。晶闸管的结构晶闸管具有四层PNPN结构，引出阳极A、阴极K和门极G三个联接端。晶闸管的常见封装外形有塑封型、螺栓型、平板型。晶闸管第3页/共38页对于螺栓型封装的晶闸管，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。G小电流塑封式小电流螺栓式大电流螺栓式大电流平板式图形符号晶闸管第4页/共38页

冷却方式：自然冷却（散热片）、风冷（风扇）、水冷。自冷式风冷式水冷式晶闸管第5页/共38页SCR导通条件：

UAK>0同时UGK>0综上所述由导通→关断的条件：使流过SCR的电流降低至维持电流以下。晶闸管第6页/共38页相同点

与普通晶闸管(SCR)的相同点：PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和极。1.结构AKGAGKIAIC1IC2P1N1P2N1P2N2α1α2IK门极关断（GTO）晶闸管P1N1P2N2AKG不同点和普通晶闸管的不同点：GTO是一种多元的功率集成器件，内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极在器件内部分别并联在一起。门极关断晶闸管（GateTurnOff

thyristor）第7页/共38页2.导通关断条件导通与晶闸管相同，AK正偏，GK正偏。AKGEAEGAGKRIAIC1IC2P1N1P2N1P2N2α1α2IGIK导通过程等效电路门极关断（GTO）晶闸管第8页/共38页2.导通关断条件关断门极加负脉冲电流。AKGGN1P2N2EAEGAKRIAIC1IC2P1N1P2α1α2－IGIKS关断过程等效电路P1N1P2N2AKG门极关断（GTO）晶闸管第9页/共38页电力场效应晶体管（PowerMOSFET）电力MOSFET的结构和电气图形符号

a)内部结构断面示意图b)电气图形符号G栅极D漏极S源极1、结构第10页/共38页2、导通关断条件漏源极导通条件在栅源极间加正电压UGS漏源极关断条件栅源极间电压UGS为零N沟道GSD电力场效应晶体管（PowerMOSFET）第11页/共38页绝缘栅双极晶体管（IGBT）绝缘栅双极型晶体管简称为IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）,是80年代中期发展起来的一种新型复合器件。IGBT综合了MOSFET和GTR的输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大的优点。成为当前电力半导体器件的发展方向。第12页/共38页结构复合结构（=MOSFET+GTR）栅极集电极发射极绝缘栅双极晶体管（IGBT）第13页/共38页导通关断条件驱动原理与电力MOSFET基本相同，属于场控器件，通断由栅射极电压uGE决定。EGC绝缘栅双极晶体管（IGBT）第14页/共38页导通条件：在栅射极间加正电压UGE。

UGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。EGC导通关断条件绝缘栅双极晶体管（IGBT）第15页/共38页关断条件：栅射极反压或无信号。栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。导通关断条件EGC绝缘栅双极晶体管（IGBT）第16页/共38页双向晶闸管及其他派生晶闸管双向晶闸管的外形与结构双向晶闸管的外形与普通晶闸管类似，有塑封式、螺栓式和平板式。平板式螺栓式第17页/共38页内部结构是一种NPNPN五层结构引出三个端线的器件。相当于两个门极接在一起的普通晶闸管反并联。T2T1GGT1T2G双向晶闸管的外形与结构双向晶闸管及其他派生晶闸管第18页/共38页第五章晶闸管的触发电路单结晶体管触发电路1同步电压为锯齿波的触发电路2集成触发电路及数字触发电路3触发电路与主电路电压的同步4第19页/共38页触发电路在晶闸管可控整流电路中，当晶闸管承受正向电压时，必须在门极和阴极之间加适当的正向电压晶闸管才能导通；通过控制触发角α的大小可控制输出电压大小。这种控制晶闸管导通和控制触发角α大小的电路称为触发电路。第五章晶闸管的触发电路第20页/共38页对于触发电路通常有如下要求：触发电路输出的脉冲必须具有足够的功率触发脉冲必须与晶闸管的主电压保持同步触发脉冲能满足主电路移相范围的要求触发脉冲要具有一定的宽度，前沿要陡第五章晶闸管的触发电路第21页/共38页…常见的触发脉冲电压波形正弦波尖脉冲方脉冲强触发脉冲脉冲序列第五章晶闸管的触发电路uGωtαuGωtαuGωtα1～3KHz700～900uGωtαuGωt第22页/共38页第一节单结晶体管触发电路一、单结晶体管

单结晶体管的结构、图形符号及等效电路如下图所示。

b2b1N型硅P型硅发射极第二基极第一基极欧姆接触电阻PN结结构示意外形等效电路b2b1eRb2Rb1VD图形符号b2b1e第23页/共38页b2b1eieUbbUeU截止区Ue＜UA：PN结反偏置，只有很小的反向漏电流Ue=UA：Ie＝０，特性曲线与纵坐标交于B点Ue上升

：单结晶体管导通，Ue＝UD＋ηUbb，

Ue＝UP时，对应峰点P称为转折点。第一节单结晶体管触发电路ieUeP截止区负阻区饱和区VBUDb2b1eRb2Rb1VDA第24页/共38页b2b1eieUbbUeU第一节单结晶体管触发电路ieUeP截止区负阻区饱和区VBUDb2b1eRb2Rb1VDA负阻区

Ue＞UP：Ie增大，Rb1急剧下降，UA达到最小，

Ue也最小，达到谷点V。第25页/共38页b2b1eieUbbUeU第一节单结晶体管触发电路ieUeP截止区负阻区饱和区VBUDb2b1eRb2Rb1VDA饱和区Ue达到UV之后，单结晶体管处于饱和导通状态。第26页/共38页二、单结晶体管自激振荡电路b2b1eReuR1uCER1R2CuCt0uR1t0UPUV◆接通电源，E通过Re对C充电（时间常数为ReC）；◆Uc增大,达到UP,单结晶体管导通,C通过R1放电；◆Uc减到Uv，单结晶体管截止，uR1

下降接近零。◆重复充放电过程第一节单结晶体管触发电路第27页/共38页Reu2rR2CV1R3VDRdVTusudu1TTuGR1

三、具有同步环节的单结晶体管触发电路

udωt0uGωt0αUPUVucωt0每周期中电容C的充放电不止一次，晶闸管由第一个脉冲触发导通，后面的脉冲不起作用。改变Re的大小，可改变电容充电速度，达到调节α角的目的。削波的目的：增大移相范围，使输出的触发脉冲的幅度基本一样。不削波：UP≈ηUbb，为正弦半波，移相范围小。uV1ωt0uS第一节单结晶体管触发电路第28页/共38页实际应用中，常用晶体管Ｖ2代替电位器Re，以便实现自动移相。TP：脉冲变压器，实现触发电路与主电路的电气隔离。恒流源第一节单结晶体管触发电路第29页/共38页第三节集成触发电路及数字触发电路集成触发电路具有可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便等优点。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。KJ004与分立元件的锯齿波移相触发电路相似,分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。第30页/共38页完整的三相全控桥触发电路

3个KJ004集成块和1个KJ041集成块，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可。

第三节集成触发电路及数字触发电路第31页/共38页交流开关及其应用电路常规的电磁式开关在断开负载时往往有电弧产生，触头易烧损、开断时间长；在运行过程中会产生噪音污染环境等等。由电力电子器件组成的交、直流开关具有无触头、开关速度快、使用寿命长等优点，因而获得广泛的应用。第32页/共38页第一节交流开关及其应用电路一、晶闸管交流开关及应用晶闸管开关的基本形式VT1VT2VD1VD2RLuQ（a）VTQRLR1C1Ru（b）VD1VD2uQVD3VD4（c）VTRL第33页/共38页晶闸管开关的基本形式QVT1VT2VD1VD2RLu（a）第一节交流开关及其应用电路一、晶闸管交流开关及应用u＞0时：VT1被触发导通，电流i由A→VT1→RL→B；u＜0时：VT2被触发导通，电流i由B→VT2→RL→A。iABVTQRLR1C1Ru（b）VD1VD2uQVD3VD4（c）VTRL第34页/共38页VTQRLR1C1Ru（b）晶闸管开关的基本形式第一节交流开关及其应用电路一、晶闸管交流开关及应用u＞0时：VT被触发导通，电流i由A→RL→VT→B；u＜0时：VT被触发导通，电流i由B→VT→RL→A。iABVD1VD2uQVD3VD4（c）VTRLVT1VT2VD1VD2RLuQ（a）第35页/共38页晶闸管开关的基本形式第一节交流开关及其应用电路一、晶闸管交流开关及应用iABu＞0时:VT被触发导通,电流i由A→VD4→VT→VD1→RL→B；u＜0时:VT被触发导通,电流i由B→RL→VD3→VT→VD2→A。VD1VD2uQVD3VD4（c）