电力电子晶闸管

2.3半控型器件一晶闸管全称晶体闸流管，又称可控硅整流器(SCR)。1、晶闸管的结构与工作原理品闸管结构图、双晶体管模型图、工作原理图和符号图如图1所示，品闸管 的管芯是P1N1P2N2四层半导体，形成3个PN结J1、J2和J3。可等效为PNP 和NPN两个三极管。图1晶闸管结构图、双晶体管模型图、工作原理图和符号图品闸管的工作原理是：门极电流lGTTb2fTc2Qb1)THC1TTkT,阳极A、阴 极K饱和导通。2、品闸管工作特点是：(1)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。(2)承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下品闸管才能开通。(3)品闸管一旦导通，门极就失去控制作用。(4)要使品闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。3、闸管静态特性品闸管静态V-I特性曲线图如图2所示。图2晶闸管静态V-I特性曲线图(1)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。(2)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。4、动态特性品闸管的开通和关断过程波形如图 3所示。图3晶闸管的开通和关断过程波形(1)开通过程：延迟时间td: 0.51.5S。上升时间tr: 0.53s。开通时I可tgt：以上两者之和，tgt=td+ tr。(2)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tq 是以上两者之和tq=trr+tgr。普通晶闸管的关断时间约几百微秒。5、品闸管的主要参数(1)电压定额断态重复峰值电压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。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。通态(峰值)电压 Ut：晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的 瞬态峰值电压。(2)电流定额通态平土电流It(av)：在环境温度为40 C和规定的冷却状态下，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。标称其为额定 电流参数。使用时应按有效值相等的原则来选取品闸管。维持电流IH：使晶闸管维持导通所必需的最小电流。擎住电流Il：晶闸管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。对同一品闸管来说，通常 Il约为Ih的24倍。浪涌电流Itsm：指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复 性最大正向过载电流。(3)动态参数除开通时间tgt和关断时间tq外，还有以下几个参数：断态电压临界上升率du/dt：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。通态电流临界上升率di/dt：指在规定条件下，品闸管能承受而无有害影响的 最大通态电流上升率。如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。6、晶闸管的触发电路(1)触发电路要求品闸管的触发电路作用：产生符合要求的门极触发脉冲，保证品闸管在需要 的时刻由阻断转为导通。晶闸管触发电路应满足下列要求：(a)脉冲的宽度应保证品闸管可靠导通；触发脉冲应有足够的幅度。(b)不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。(c)有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。理想的晶闸管触发脉冲电流波形如图 4所示。图4理想的晶闸管触发脉冲电流波形tit2脉冲前沿上升时间(1 s)。tit3强脉宽度。Im强脉冲幅值(3Igt5Igt)0 t1t4脉冲宽度。I脉冲平顶幅值(1.5Igt2Igt)。(2)晶闸管触发电路如图5所示。VT构成脉冲放大环节。脉冲变压器 TM和附属电路构成脉冲 输出环节。VT导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉 冲。VD1回流(或续流)二极管；VD2整流(或检波)二极管；VD3是保护二0.7V。电路也称加速交流生电路极管，当脉冲变压器反相输出时，使加到门极和阴极反相电压小于 中电阻的作用是限流。电容的作用是加大初始电流以加速品闸管导通, 电容。图5常见的晶闸管触发电路7、品闸管的派生器件(1)双向晶闸管：集成了两个反向并联晶闸管，共用一个门极，符号及特 性见教材32页。(2)逆导晶闸管：集成了品闸管和反向并联二极管，正向触发导通，反向 不控导通，符号及特性见教材 32页。