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1、1.3 晶闸管,晶闸管（Thyristor）就是硅晶体闸流管，也称为可控硅（SCR）。 晶闸管是一种具有开关作用的半导体器件，工作可靠，在大容量场合具有重要地位。 目前，晶闸管的容量水平已达8kV/6kA。,小电流塑封式,小电流螺栓式,大电流平板式,1.3.1 晶闸管的结构和工作原理 1. 晶闸管的外形,大电流螺栓式,2. 晶闸管的结构 晶闸管是具有四层PNPN结构、三端引出线（A、K、G）的器件。,合S，IG0,3. 晶闸管的工作原理,欲使晶闸管导通须具备两个条件： 应在晶闸管的阳极与阴极之间加正向电压。 应在晶闸管的门极与阴极之间也加正向电压和电流。 晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，故
2、晶闸管为半控型器件。 为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一定数值以下，这只有用使阳极电压减小到零或反向的方法来实现。,Ib2,Ic2(Ib1),Ic1,1.3.2 晶闸管的特性和主要参数,1. 晶闸管的特性 （1）晶闸管的伏安特性 当IG=0时，UAK0，处于阻断状态，漏电流很小； 当UAK正向转折电压UBO时，IA急剧，开通， UAK1V；IG越大，电压转折值越小； 若IG0，且IA至IH（维持电流），则回到正向阻断状态； 当UAKIG1IG,反向重复峰值电压,反向不重复峰值电压,断态重复峰值电压,由于实际产品的门极伏安特性分散性很大，常以一条典型的极限低阻门极伏安特性OD和一条极限高阻
3、门极伏安特性OG之间的区域来代表所有器件的伏安特性。 OABCO为不可靠触发区，ADEFGCBA（阴影）为可靠触发区。其中， PG为门极允许的最大平均功率。,（2）晶闸管的门极伏安特性 门极伏安特性是指门、阴极间PN结的正向门极电压UG (UGK)与门极电流IG之间的关系。,（3）晶闸管的开关特性,开通过程 开通时间ton包括延迟时间td与上升时间tr，即ton=td+ tr。 延迟时间td：门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的10%的时间。 上升时间tr：阳极电流从稳态值的10%上升到90%的时间。 普通晶闸管延迟时间为0.51.5s，上升时间为0.53s。 关断过程 关断时间to
4、ff包括反向阻断恢复时间trr与正向阻断恢复时间tgr，即toff=trr+tgr。 反向阻断恢复时间trr：从正向电流降为零到反向恢复电流减为零的时间。 正向阻断恢复时间tgr：从恢复反向阻断能力开始到恢复正向阻断能力的时间。 普通晶闸管的关断时间约几百微秒。,2. 晶闸管的主要参数(1)断态重复峰值电压UDRM在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的 正向峰值电压。 (2)反向重复峰值电压URRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。 (3)额定电压UTN断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM中较小的那个数值标作器件型号上的额定电压。 在电路中
5、，晶闸管的额定电压可以取正常工作时所承受的峰值电压，考虑安全裕量，一般取该峰值电压的23倍为额定电压。,该正弦半波电流的平均值IT(AV)和有效值IT分别为：那么 ，Kf为波形系数。 实际应用中，用有效值相等原则选晶闸管的电流定额，并留安全裕量。一般取计算值的1.52倍为额定电流。,(4) 额定电流IT(AV)在环境温度为+40和规定冷却条件下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值，也称通态平均电流。,例1-1两个不同的电流波形（阴影斜线部分）如图所示，分别流经晶闸管，若各波形的最大值Im=100A，试计算各波形下晶闸管的电流平均值Id1、Id2，电流有效值I1、I
6、2。,解：,(5) 维持电流 IH维持导通所必需的最小电流。 IH一般为几十到几百毫安，与结温有关。 (6) 擎住电流 IL刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通所需的最小电流。通常，IL(24)IH 。 (7) 门极触发电流IGT在室温且阳极电压为DC6V时，使晶闸管从阻断到完全开通所必需的最小门极直流电流。 (8) 门极触发电压UGT对应于IGT时的门极触发电压。 (9)断态电压临界上升率du/dt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态转换的外加电压最大上升率。 (10)通态电流临界上升率di/dt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。,1.3
7、.3 晶闸管的门极驱动电路和缓冲电路,1. 晶闸管的门极驱动电路（触发电路） (1) 晶闸管对触发电路的基本要求 为了减小门极的损耗，触发信号常采用脉冲形式。 触发脉冲应有足够的功率。 触发脉冲的移相范围应能满足变换器的要求。 触发脉冲应有足够的宽度、幅度和陡度。 应有良好的抗干扰性、温度稳定性及与主电路的电气隔离。(2) 触发电路的形式 可分为模拟式和数字式两种。阻容移相桥、单结晶体管触发电路、锯齿波移相电路和正弦波移相电路均属于模拟式触发电路；用数字逻辑电路甚至微处理器控制的移相电路则属于数字式触发电路。,2. 晶闸管的缓冲电路常采用在晶闸管的阴阳极并联RC缓冲器，用来防止晶闸管两端过大的
8、du/dt造成晶闸管的误触发（断态电压临界上升率） ，其中电阻R能减小晶闸管开通时电容C的放电电流（通态电流临界上升率）。,1.3.4 晶闸管的派生器件,1. 快速晶闸管（Fast Switching ThyristorFST）快速晶闸管的关断时间50s，常在较高频率（400HZ）的整流、逆变和变频等电路中使用，它的基本结构和伏安特性与普通晶闸管相同。目前国内已能提供最大平均电流1200A、最高断态电压1500 V的快速晶闸管系列，关断时间与阳极电压有关，约为25s50s 。,2. 双向晶闸管（Bidirectional Thyrister） 双向晶闸管相当于一对反并联的普通晶闸管，在主电极的
9、正、反两个方向均可用交流或直流电流触发导通。 双向晶闸管在第I和第III象限有对称的伏安特性。,3. 逆导晶闸管（Reverse Conducting ThyristorRCT） 逆导晶闸管是将二极管与晶闸管反并联而成的集成元件。 承受正向电压：相当于晶闸管的阳极为正 承受反向电压：相当于二极管的阳极为正,4. 光控晶闸管（Light Triggered ThyristorLTT） 光控晶闸管是利用一定波长的光照信号控制的开关器件。 只有阳极和阴极两个端子 大功率的还带有光缆，光缆上装发光源,作业题 图中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，求其电流平均值Id和电流有效值I。如果晶闸管的额定电流为100A，不考虑安全裕量，允许流过以上波形的平均电流是多少？,
