第2章 1器件-晶闸管

第第页第2章1器件——晶闸管电力半导体器件PowerSemiconductorDevices

主讲：伍文俊

自动化与信工程学院电气系

--电力电子技术--

电力电子器件的概念电力电子器件(PowerElectronicDevice)是指可径直用于处理电能的主电路中，实现电能的变

换或掌握的电子器件。主电路：在电气设备或电力系统中，径直承受

电能的变换或掌握任务的电路。广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导

体器件两类，目前往往专指电力半导体器件。

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电力电子器件的特征◆承受电压和电流的技能是其最重要的参数，

所能处理电功率的一般都较大。◆一般都工作在开关状态。

◆需要驱动电路。◆自身的功率损耗大，一般都需要安装散热器。

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电力电子器件的功率损耗通态损耗

断态损耗开关损耗

开通损耗关断损耗

通态损耗是电力电子器件功率损耗的主要成因。当器件的开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素。

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电力电子器件在实际应用中的系统组成电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。检测电路爱护电路驱动电路V1LV2R

控制电路

主电路

电气隔离

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电力半导体器件的分类:1、按可控性分类(1)不控型器件:电力二极管(2)半控型器件：晶闸管(3)全控型器件：GTO、GTR、IGBT、MOSFET、IGCT

2、按驱动信号类型分类(1)电流掌握型：GTO、GTR、SCR(2)电压掌握型：IGBT、MOSFET、IGCT3、按掌握信号的形式分类(1)脉冲触发器件:SCR、GTO(PulseTriggeredDevices)(2)电平触发器件:GTR、IGBT、MOSFET、IGCT(LevelTriggeredSwitchingDevices)

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2.1晶闸管(Thyristor)又称可控硅(SiliconControlledRectifier--SCR)

一.分类二.晶闸管的结构三.晶闸管的工作原理四.晶闸管的特性五.晶闸管的主要参数六.晶闸管的派生器件

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一、分类按门极掌握信号性质：光控晶闸管电控晶闸管按输出伏安特性：逆导晶闸管双向晶闸管按器件的运用频率：高频晶闸管(快速晶闸管)低频晶闸管(一般晶闸管)

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二、晶闸管的结构结构:分为管芯及散热器两大部分。方式:分为螺栓型与平板型两种。

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螺栓型：散热效果差，用于200A以下容量的元件，自冷。平板型：散热效果好，用于200A以上的元件，水冷和风冷。

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内部结构：四层(P-N-P-N)

三端(A、K、G)

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三、晶闸管的工作原理1、内部物理过程：

晶体管的集电极电流为另一只晶体管的基极电流→形成正反馈

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2、工作原理导通条件：正向阳极电压，正向门极电压。关断条件：需要使阳极电流降低到某一数值之下(约几十毫安)。两种强迫关断方式：电流换流和电压换流。特点：A、无门极电流，阳阴极电压为正或为负均不能开通，电阻无穷大；B、导通后电流由外部电路决断，通态压降小，导通电阻近于0;C、晶闸管一旦导通，门极便失去掌握作用；D、单向导电性。

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四、晶闸管的特性1、晶闸管的阳极伏安特性静态特性①正向阻断--高阻区②负阻区③正向导通--低阻区

④反向阻断--高阻区

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2、门极伏安特性静态特性门极峰值功率

门极正向峰电流

门极平均功率

门极正向峰电压确保触发：IgIGT,UgUGT

加反压10V,防止误触发

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3、

晶闸管的动态特性

延迟时间

上升时间

反向阻断复原时间

正向阻断复原时间

延迟时间td:ia从0到0.1IT;上升时间tr:ia从0.1IT到0.9IT

开通时间ton:ton=td+tr

;

关断时间：toff=trr+tgr。

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五、晶闸管的主要参数1、额定电压UR

正反向重复峰值电压UDRM=0.9UDSM,URRM=0.9URSM

器件选取时，取UDRM和URRM中较小值，取整1000V以下(100V一个等级),1000~3000V(200V一个等级)

选用器件时UR=(2~3)UTM

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2、通态平均电流(额定电流)IT(AV)单相、工频、正弦半波、全导通IT(AV)I12

12

0

Imsintdt

Im

0

(Imsint)2dt

Im2

波形系数∶Kf=I/IT(AV)=π/2=1.57

选择元件：按电流有效值选整流输出：平均电流从平均电流找出相应波形的有效电流以保证不过热选用器件时IT(AV)=(1.5~2)IT/1.57

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3、通态平均电压(管压降)UT(AV)

4、维持电流IH

关断过程能维持导通的最小电流几十mA,结温↑IH↓(不易关断)5、擎住电流IL

开通过程中，能维持导通的最小电流。IL=(

2~4)IH

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6、门极触发电流IGT与门极触发电压UGT对触发电路要求，随温度改变。

7、电路换向关断时间tq导通时有载流子存在。使载流子消逝，复原正向阻断技能，tq40