电力电子器件-第2讲.pptx

1.3半控器件—晶闸管 0 引言晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。1957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品。1958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。20世纪80年代以来，开始被全控型器件取代。能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场合具有重要地位。(1-)第一页，共二十四页。1 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。 晶闸管的外形、结构和电气图形符号a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号外形有螺栓型和平板型两种封装。有三个连接端。螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便。平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。(1-)第二页，共二十四页。1 晶闸管的结构大电流平板式小电流塑封式小电流螺旋式图形符号大电流螺旋式(1-)第三页，共二十四页。常用晶闸管的结构螺栓型晶闸管晶闸管模块(1-)平板型晶闸管外形及结构第四页，共二十四页。水冷式风冷式自冷式第五页，共二十四页。2 晶闸管的工作原理 门极开路，给晶闸管加正向电压，J2承受反向电压，器件AK两端处于阻断状态。 当给晶闸管加反向电压时，J1、J3反偏，晶闸管也不能导通。晶闸管导通的工作原理可以用双晶体管模型来解释：S闭合前， IG=0→ Ib2=0 → Ic2=0 → Ic1=0，晶闸管处于阻断状态。S闭合，外电路向门极注入电流IG，形成强烈的正反馈，使晶闸管导通。导通后如果撤掉门极电流IG，晶闸管由于内部已形成强烈的正反馈，会继续维持其导通状态。 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a) 双晶体管模型 b) 工作原理IG↑→IB2↑→IC2(IB1)↑→IC1↑(1-)第六页，共二十四页。欲使晶闸管导通需具备两个条件：应在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压。应在晶闸管的门极与阴极之间也加上正向电压和电流。晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，故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。其他几种可能导通的情况阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应阳极电压上升率du/dt过高结温较高光触发光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中，称为光控晶闸管（LTT）只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制第七页，共二十四页。3晶闸管的基本特性承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，必须去除阳极所加的正向电压，或设法使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，或者给阳极施加反压。晶闸管门极加正脉冲能够触发晶闸管导通，而加负脉冲却不能使其关断，故称为半控型器件。 晶闸管正常工作时的特性总结如下：(1-)第八页，共二十四页。IA正向导通III0=G2G1GIUUHRSMRRM-UU+UOUDRMboAAUDSM雪崩击穿I-A 晶闸管的伏安特性正向特性IG=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。正向电压超过正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。晶闸管本身的压降很小，在1V左右。 晶闸管的伏安特性IG2>IG1>IG(1-)第九页，共二十四页。IA正向导通III0=G2G1GIUUHRSMRRM-UU+UOUDRMboAAUDSM雪崩击穿I-A反向特性反向特性类似二极管的反向特性。反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。 晶闸管的伏安特性IG2>IG1>IG(1-)第十页，共二十四页。晶闸管的门极伏安特性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高阻门极伏安特性OG和一条极限低阻门极伏安特性OD之间的区域来代表所有器件的伏安特性，由门极正向峰值电流IFGM﹑允许的瞬时最大功率PGM和正向峰值电压UFGM划定的区域称为门极伏安特性区域。PG为门极允许的最大平均功率。其中, OABCO为不可靠触发区, ADEFGCBA为可靠触发区。晶闸管的门极伏安特性第十一页，共二十四页。iA100%90%10%ttt0druAKIRMtOUttRRMrrgr 晶闸管的动态特性(开关特性）开通过程延迟时间td (0.5~1.5?s)上升时间tr (0.5~3?s)开通时间ton以上两者之和，ton=td+ tr （1-6）关断过程反向阻断恢复时间trr正向阻断恢复时间tgr关断时间toff以上两者之和toff=trr+tgr