门极动态过程对晶闸管电路换向关断时间影响的分析

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半控型器件-晶闸管

3.门极定额
其他参数额定结温
——在室温下，阳极直流6V时，晶闸管从断到通所需的最小门极电流。
1) 门极触发电流IGT
01
——产生IGT所需的最小门极电压以上两个值均为下限值，应用时应适当大于这两个值，当不能超过其峰值IFGM和UFGM。且两者之积也不能超过峰值功率PGM,最好在门极平均功率PG之下。 ——器件正常工作时允许的最高PN结结温。在这个温度以下，一切特性均能保证。
试验项目：只在AK端加正向电压EA 再在GK端加正向电压EG 断开GK端所加正向电压EG 在AK端加反向电压EA
试验结论：
导通条件：在 AK端承受正向电压，GK端也承受正向电压时，晶闸管导通，而且晶闸管一旦导通，门极就失去了控制作用，不论门极电压是正还是负，晶闸管保持导通。所以，在实验中，我们发现，门极控制信号只需要一个脉冲即可。
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（Bell Lab）发明了晶闸管 1957年美国通用电气公司（GE）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，开始被性能更好的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晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型——普通晶闸管，广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件
3) 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晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。
4) 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。

晶闸管的工作原理与应用

晶闸管的工作原理与应用晶闸管，又称为可控硅器件，是一种半导体器件，通过控制电流的输入使其在导通和关断之间切换，从而实现电能的控制和调节。

下面将详细介绍晶闸管的工作原理和应用。

晶闸管是由PNP型晶体管和PNP型二极管组成的四层结构。

它具有三个电极，分别是阳极（A端）、阴极（K端）和控制极（G端）。

晶闸管的工作原理可概括为以下五个阶段：1.断电状态：当外电源施加在晶闸管的阳极和阴极之间时，控制极无电压，晶闸管处于关断状态。

2.触发状态：当控制极施加一个正向电压时，晶闸管开始被触发，进入导通状态。

在此状态下，晶闸管的阳极和阴极之间的电流（也称为主电流）开始流动。

3.工作状态：一旦晶闸管被触发，晶闸管将持续一直到主电流下降到零。

即使控制极上施加的电压被移除或降低，晶闸管仍然保持导通。

4.关断状态：当主电流下降到零时，晶闸管将自动关断。

在此状态下，晶闸管的阻断电压（也称为封闭电压）为控制极和阳极之间的电压。

5.关断恢复状态：一旦晶闸管被关断，即使在问题电压下晶闸管的条件保持一段时间，它仍然不会被重新触发。

要重新触发晶闸管，需要重新施加电压来打开控制极。

晶闸管的应用：晶闸管具有较高的电流和电压承受能力，以及快速的开关速度，因此在各种电子和电力电路中得到广泛应用。

以下是晶闸管的主要应用领域：1.调光控制：晶闸管可以通过调整导通角来实现灯的亮度调节，用于家庭照明、道路照明等领域。

2.功率控制：晶闸管可以用于电力系统中的负载控制，如电动机调速、电阻炉加热控制等。

3.电源开关：晶闸管可以用于交流电源的整流和开关过程，实现直流电源的输出。

4.频率变换：晶闸管可以用于交流调制，实现交流电的频率变换。

5.电压调节：晶闸管可以作为稳压器，控制输出电压来保护负载设备。

6.电力因数校正：晶闸管可以用于改善电力系统的功率因数，提高系统效率。

7.电流开关：晶闸管可以用于过电流保护，当电流超过预设值时，晶闸管将自动关断以保护电路和设备。

晶闸管工作原理

晶闸管工作原理晶闸管（Thyristor）是一种半导体器件，具有控制电流的能力。

它由四个半导体层构成，包括一个P型半导体层、一个N型半导体层和两个P型半导体层。

晶闸管可用于控制交流电流，实现电源的开关控制和功率调节。

晶闸管的工作原理可以分为四个阶段：关断状态、导通状态、保持状态和关断状态。

1. 关断状态：在关断状态下，晶闸管的两个PN结都处于反向偏置。

这时，晶闸管的控制端施加负电压，使得PN结之间的耗尽层扩展。

晶闸管处于高阻态，几乎没有电流通过。

2. 导通状态：当晶闸管的控制端施加正电压信号时，PN结之间的耗尽层被压缩，形成一个导电通道。

这时，晶闸管处于导通状态，电流可以通过晶闸管。

晶闸管的导通状态向来持续到电流通过晶闸管的正向电流为零时。

3. 保持状态：一旦晶闸管处于导通状态，即使控制端的电压信号消失，晶闸管也会继续保持导通状态。

这是因为PN结之间的耗尽层压缩，形成的导电通道使得电流可以继续通过。

4. 关断状态：要将晶闸管从导通状态切换到关断状态，需要施加一个反向电压信号或者将晶闸管的电流降至零。

一旦晶闸管处于关断状态，它将保持在该状态，直到下一次控制信号到来。

晶闸管的工作原理可以通过一个简单的电路来说明。

假设我们有一个交流电源和一个负载。

将晶闸管连接到电路中，通过控制端施加正电压信号，晶闸管处于导通状态，电流可以通过晶闸管，负载得到电源供电。

当控制信号消失时，晶闸管将保持导通状态，直到电流降至零或者施加反向电压信号将其切换到关断状态。

晶闸管的工作原理使得它在电力控制和电子开关方面具有广泛的应用。

它可以用于调光、机电控制、电源开关和逆变器等领域。

晶闸管的可靠性高、效率高，因此在工业和家庭中得到广泛应用。

总结起来，晶闸管是一种具有控制电流能力的半导体器件。

它通过施加正电压信号来切换到导通状态，电流可以通过晶闸管。

一旦晶闸管处于导通状态，它将保持导通状态，直到电流降至零或者施加反向电压信号将其切换到关断状态。

晶闸管工作原理及故障

晶闸管工作原理及故障
晶闸管是一种可以控制大功率电流的半导体器件，其主要工作原理如下：
1. 开通状态：当晶闸管的阳极电压大于保持电压（也称为触发电压）时，正向电流开始流动，晶闸管进入导通状态。

此时，晶闸管的两个控制端（即门极和阳极）之间的电压正常情况下为零。

2. 关断状态：当晶闸管通过的电流达到某种电流阈值时（也称为保持电流），甚至在控制端的触发脉冲结束之后，晶闸管仍然保持导通状态。

只有当导通电流降至零或逆向电压大于封堵电压时，晶闸管才会进入关断状态。

晶闸管的故障主要包括以下几种情况：
1. 正常开通但无法关断：可能是由于晶闸管内部结构损坏或控制电路故障导致的。

此时，晶闸管无法在导通状态下正常地关闭，会导致电路无法正常工作或出现过流现象。

2. 无法正常开通：可能是由于晶闸管的控制电路故障、触发电压不足或晶闸管本身损坏导致的。

此时，晶闸管无法在正常电压下进入导通状态，会导致电路无法正常工作或出现无法启动的情况。

3. 温度过高：晶闸管在工作过程中会产生一定的热量，如果散热不良或负载过大导致温度过高，可能会引发晶闸管的故障。

此时，晶闸管可能会损坏或失效，甚至导致永久性损坏。

为了避免晶闸管的故障，需要注意选择合适的控制电路和正常的工作电压。

同时，还需要适当设计散热系统，确保晶闸管的温度不会超过安全范围。

此外，定期检查和维护晶闸管也是预防故障的重要措施之一。

晶闸管知识点总结

晶闸管知识点总结一、晶闸管的工作原理晶闸管是一种半导体器件，也称为双极型开关管。

它由四层P-N结构组成，具有三极管的放大和开关特性，可以控制大功率、高电压的直流和交流电路。

晶闸管的工作原理主要包括触发、导通和关断三个过程。

1. 触发过程：晶闸管的触发是由外部的信号电压或电流来完成的。

当外部信号电压或电流超过晶闸管的触发门电压时，会使得晶闸管的内部结构发生变化，从而使得晶闸管进入导通状态。

2. 导通过程：一旦晶闸管被触发，它就会进入导通状态，电流将通过晶闸管流向负载电路，完成电路的通断操作。

晶闸管的导通状态可以持续一段时间，直到外部信号电压或电流减小，或者达到关断条件。

3. 关断过程：当外部信号电压或电流减小，或者达到关断条件时，晶闸管会进入关断状态，电流不再通过晶闸管，从而完成电路的断开。

二、晶闸管的特性晶闸管具有许多独特的特性，使得它在电路中得到广泛应用。

1. 高电压能力：晶闸管可以承受较高的电压，通常可达数千伏。

2. 大电流能力：晶闸管能够承受较大的电流，通常可达数百安。

3. 快速开关特性：晶闸管具有快速的响应速度，可以在微秒内完成导通和关断操作。

4. 可控性强：晶闸管可以通过外部的触发信号来实现导通和关断，并且触发信号可以通过调节来实现晶闸管的控制。

5. 低损耗：晶闸管的导通和关断过程中损耗较小，效率较高。

6. 大功率应用：由于晶闸管具有较高的电压和电流能力，因此适用于大功率电路的控制。

三、晶闸管的类型和结构晶闸管主要有PNPN型、NPNP型和COM型三种结构，其中PNPN型晶闸管是最常用的一种。

1. PNPN型晶闸管：这种晶闸管由两个N型半导体区和两个P型半导体区交替排列组成。

在PNPN结构中，有一个P-N结和一个N-P结，这两个结共同构成了PNPN结构。

PNPN型晶闸管具有导通压降小，结构简单，制作容易等特点。

2. NPNP型晶闸管：这种晶闸管与PNPN型晶闸管结构相似，不同之处在于两个N型半导体区和两个P型半导体区的排列顺序相反。

晶闸管工作原理

晶闸管工作原理晶闸管（Thyristor）是一种半导体器件，具有双向导通的特性，可以将电流控制在一个方向上。

它是由四个层的PNPN结构组成，其中两个PN结构被称为控制极（Gate）和主极（Anode），另外两个PN结构则被称为绝缘极（Cathode）和主极。

晶闸管的工作原理如下：1. 关断状态：当晶闸管的控制极与主极之间的电压小于其阈值电压时，晶闸管处于关断状态。

此时，晶闸管的控制极和主极之间的电阻非常高，几乎不导电。

2. 触发状态：当控制极与主极之间的电压超过晶闸管的阈值电压时，晶闸管将进入触发状态。

在触发状态下，晶闸管的控制极和主极之间的电阻会急剧下降，从而导致电流开始流动。

3. 导通状态：一旦晶闸管进入触发状态，只要主极电流超过晶闸管的保持电流（Holding Current），晶闸管将保持导通状态。

在导通状态下，晶闸管的控制极和主极之间的电阻非常低，几乎可以看作是导线。

4. 关断状态恢复：当主极电流降低到零或低于晶闸管的保持电流时，晶闸管将自动恢复到关断状态。

此时，控制极和主极之间的电阻再次变得非常高，不再导电。

晶闸管的工作原理可以通过一个简单的电路来说明。

假设有一个直流电源、一个负载和一个晶闸管。

当晶闸管的控制极与主极之间的电压超过阈值电压时，晶闸管进入触发状态，电流开始流动。

流过负载的电流可以通过控制极与主极之间的电压来控制。

晶闸管在实际应用中具有许多优点。

首先，它具有较高的开关速度和较低的开关损耗，可以实现高效率的能量转换。

其次，晶闸管具有较高的电压和电流承受能力，可以应对大功率电路的需求。

此外，晶闸管还具有稳定性好、寿命长等优点。

晶闸管广泛应用于电力电子领域，如交流电调速系统、电力变换器、电力控制等。

它在电力系统中起到了重要的作用，提高了电能的利用效率和控制精度。

总结起来，晶闸管是一种具有双向导通特性的半导体器件，通过控制极和主极之间的电压来控制电流的流动。

它具有开关速度快、损耗低、承受能力强等优点，在电力电子领域有着广泛的应用。

(整理)晶闸管的工作原理

晶闸管的工作原理在中频炉中整流侧关断时间采用KP-60微秒以内，逆变侧关短时间采用KK-30微秒以内这也是KP管与KK管的主要区别晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。

晶闸管的工作条件：1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受和种电压，晶闸管都处于关短状态。

2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。

3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。

4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。

从晶闸管的内部分析工作过程：晶闸管是四层三端器件，它有J1、J2、J3三个PN结图1，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管图2当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导铜，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。

图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。

因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门机电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通。

设PNP 管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0,晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和：Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig从而可以得出晶闸管阳极电流为：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2））（1—1）式硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化如图3所示。

当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式（1—1）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶闸管的阳极电流Ia≈Ic0 晶闸关处于正向阻断状态。

晶闸管工作原理

晶闸管工作原理晶闸管（Thyristor）是一种半导体器件，常用于电力控制和电子调速领域。

它具有双向导电性，可以在正向和反向电压下工作，并且可以控制电流的通断。

晶闸管的工作原理可以简单地描述为：通过控制晶闸管的门极电压来控制晶闸管的导通和关断。

晶闸管由四个半导体层组成，分别是P型半导体（阳极），N型半导体（阴极），P型半导体（门极）和N型半导体（门极）。

当晶闸管的门极电压为零时，晶闸管处于关断状态，没有电流通过。

当施加一个正向电压到阳极，同时将门极与阴极短接，晶闸管的结会逆偏，形成一个PNPN结构。

此时，只要阳极电压大于晶闸管的维持电压，晶闸管就会开始导通。

一旦晶闸管导通，它将保持导通状态，直到阳极电流降到零或者通过晶闸管的电流被外部电路断开。

晶闸管的导通状态可以通过施加一个负向电压到门极来关闭。

当门极电压为负值时，PNPN结会正向偏置，导致晶闸管关断。

晶闸管的导通和关断可以通过施加一个脉冲信号到门极来实现。

这个脉冲信号的幅值和宽度可以控制晶闸管的导通时间和通断周期。

通过改变脉冲信号的参数，可以实现对电流的精确控制。

晶闸管的工作原理可以通过一个简单的例子来说明。

假设我们有一个交流电源，通过晶闸管控制电流流向负载。

当晶闸管导通时，电流可以流过晶闸管并经过负载。

当晶闸管关断时，电流无法通过晶闸管，负载上没有电流。

晶闸管的工作原理使其具有许多应用。

例如，它可以用于交流电压的控制，用于机电的调速，用于电力系统的保护等。

晶闸管还可以与其他电子元件结合使用，如二极管、电容器和电感器，以实现更复杂的电路功能。

总结起来，晶闸管是一种半导体器件，通过控制门极电压来控制电流的通断。

它具有双向导电性，可以在正向和反向电压下工作。

晶闸管的导通和关断可以通过施加脉冲信号到门极实现，从而实现对电流的精确控制。

晶闸管的工作原理使其在电力控制和电子调速领域得到广泛应用。

晶闸管、二极管主要参数及其含义

10．断态电压临界上升率dv/dt
在规定条件下，不会导致晶闸管从断态转换到通态所允许的最大正向电压上升速度。一般制造商产品手册中给出了所有品种晶闸管的最小dv/dt值。
11．门极触发电压VGT
门极触发电流IGT
在规定条件下，能使晶闸管由断态转入通态所需的最小门极电压和门极电流。晶闸管开通过程中的开通时间、开通损耗等动态性能受施加在其门极上的触发信号强弱影响很大。如果在应用中采用较临界的IGT去触发晶闸管，将不能让晶闸管得到良好的开通特性，某些情况下甚至会引起器件提前失效或损坏。因此我们建议用户应用中采用强触发方式，触发脉冲电流幅值：IG≥10IGT；脉冲上升时间：tr≤1μs。为了保证器件可靠工作，IG必须远大于IGT。
12．结壳热阻Rjc
指器件在规定条件下，器件由结至壳流过单位功耗所产生的温升。结壳热阻反映了器件的散热能力，该参数也直接影响着器件的通态额定性能。一般制造商产品手册中对平板式器件给出了双面冷却下的稳态热阻值，对半导体功率模块，给出了单面散热时的热阻值。用户须注意，平板式器件的结壳热阻直接受安装条件的影响，只有按手册中推荐的安装力安装，才能保证器件的结壳热阻值满足要求。
4．断态不重复峰值电压VDSM
反向不重复峰值电压VRSM
指晶闸管或整流二极管处于阻断状态时能承受的最大转折电压，一般用单脉冲测试防止器件损坏。用户在测试或使用中，应禁止给器件施加该电压值，以免损坏器件。
5．断态重复峰值电压VDRM
反向重复峰值电压VRRM
是指器件处于阻断状态时，断态和反向所能承受的最大重复峰值电压。一般取器件不重复电压的90%标注（高压器件取不重复电压减100V标注）。用户在使用中须保证在任何情况下，均不应让器件承受的实际电压超过其断态和反向重复峰值电压。

浅谈门极可关断GTO晶闸管的硬驱动技术

浅谈门极可关断!"#$%晶闸管的&硬驱动’技术西安石油学院李宏摘要(文章介绍了门极可关断"#$晶闸管的&硬驱动’技术之优点)分析了&硬驱动’技术作用下"#$晶闸管的工作特点)剖析了&硬驱动’条件下"#$的关断波形)给出了&硬驱动’门极电路的典型结构*关键词("#$晶闸管硬驱动门极电路+,-.-/01234/025678095/5:;126<29=->-8?/5,5@3:52A >B >?329C 052D E F G H IJ K C 02180(#L M N O P N H Q N I M G R L N S OO S E P M Q M T L H G U G I V R G S "#$Q L V S E W Q G S E W O E W T X W W M OE HQ L E W Y N Y M S Z [G Q G H U V Q L M "#$Q L V S E W Q G S \W ]G S ^E H I Y N S Q E T X U N S E Q V X H O M S Q L M L N S O O S E P M Q M T L H G U G I V _X Q N U W G Q L M Q X S H G R R ]N P M W W L N Y M G R "#$Q L V S E W Q G S X H O M S Q L M L N S O O S E P M T G H O E Q E G H N S M N H N U V W M O Z ‘X S Q L M S Q L M Q V Y E T N U W Q S X T Q X S M G R L N S O O S E P M I N Q M T E S T X E Q E W N U a W GI E P M HZ b -3c 526C ("#$Q L V S E W Q G S L N S OO S E P M I N Q M T E S T X E Qd 引言门极可关断"#$晶闸管是如今人类可以使用的容量仅次于普通晶闸管的电力半导体器件)它应用的关键技术之一是其门极驱动电路的设计*门极驱动电路设计不好)常常造成"#$晶闸管的损坏)门极驱动电路的复杂性)严重制约了"#$晶闸管的大面积应用)其主要原因是过去使用的"#$晶闸管门极驱动电路的下述固有不足所决定*d %应用传统的门极驱动电路驱动"#$晶闸管时)造成大容量"#$晶闸管内部数个并联的小"#$晶闸管开通过程中先是局部几个单元开通)然后等离子体在整个芯片内向边沿扩展*横向扩展使阳极电流上升率限制在Oef Oghij jk fl W 内*最初较高的电流上升率可能使最先导通的区域过载而导致器件损坏)因此必须采用较大的抑制电感来限制电流上升率*m %为获得数值为n oi 的合理关断增益)对于"#$晶闸管响应时间来说只能施加较小的门极电流)从而导致其存储时间过长!约m j l W %)造成关断不同步)O p f O g 耐量低)并需要体积庞大的吸收电容*正是由于这些原因)采用传统&软驱动’技术的"#$晶闸管应用中的最高开关频率一般限制在n j j o i j j F q )同时因门极驱动电路造成串联元件的关断时间不同而难于串联使用*为解决这些棘手的问题)促使了&硬驱动’门极驱动技术的发展)并已证明双极型器件的门极&硬驱动’能够改善其关断特性)使被&硬驱动’的器件开关速度比r$s ‘t #和u "v #的开关速度快得多)损耗也低得多*本文介绍有关&硬驱动’的一些问题*m &硬驱动’门极驱动技术简介m Z d &硬驱动’门极驱动技术的优点所谓"#$晶闸管的&硬驱动’是指在"#$晶闸管关断过程中的短时间内)给其门阴极加以上升率O e "f O g 及幅值都很大的驱动信号)目前&硬驱动’技术已能用于大功率"#$晶闸管的门极驱动)它能向n j j j k "#$晶闸管提供足够的门极关断电流)在O e f O g wn j j j k f l W 的条件下其关断驱动电流x S I ywn j j j k )可将被驱动"#$晶闸管的存储时间降至hm l W zd j j H W *几乎做到了同步开关)从而获得方形安全工作区和器件的无吸收工作)使"#$晶闸管的工作状况几乎可与u "v #相媲美*&硬驱动’技术的优点表现在以下几方面*d %可使被驱动器件的存储时间下降至d l W左右或基本得以消除*驱动多个并联或串联的器件时)可使各器件存储时间的差异h d l W )使"#$晶闸管的各个参数例如最大关断电流将像希望的一样与器件面积成正比)因此无需大的吸收电容或复杂的O e f O g抑制电路及调时电路和O p f O g抑制用吸收电容*j{电气传动m j j d 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T T 期浅谈门极可关断(GTO)晶闸管的"硬驱动"技术作者：李宏作者单位：西安石油学院刊名：电气传动英文刊名：ELECTRIC DRIVE年，卷(期)：2001，31(6)被引用次数：2次1.张立现代电力电子技术 19922.李宏晶闸管触发器集成电路实用技术大全 19993.李宏电力电子设备常用电力半导体器件和模块使用技术 19994.西安电力电子研究所最新功率器件专辑 19991.会议论文李宏.于苏华浅谈门极可关断(GTO)晶闸管的“硬驱动”技术2001本文介绍了门极可关断GTO晶闸管的“硬驱动”技术之优点,分析了“硬驱动”技术作用下GTO晶闸管的工作特点,剖析了“硬驱动”条件下,GTO的关断波形,给出了“硬驱动”门极电路的典型结构.2.期刊论文刘建芳.张彦军谈门级可关断晶闸和(GTO)的驱动电路-吉林化工学院学报2003,20(1)分析了传统驱动电路和"硬驱动"技术作用下GTO晶闸管的工作特点,并对两种电路的性能进行了比较,阐述了"硬驱动"所具有的优点,给出了传统驱动电路和"硬驱动"门极电路的典型结构.1.郭一军一种可关断晶闸管(GTO)直接门极驱动电路的研究[期刊论文]-化工自动化及仪表 2008(5)2.张婵.童亦斌.金新民IGCT及其门极驱动电路研究[期刊论文]-变流技术与电力牵引 2007(2)本文链接：/Periodical_dqcd200106018.aspx授权使用：湖南大学(hunandx)，授权号：6f6b98a1-b7c3-4486-8be8-9e1400ef0c55下载时间：2010年10月19日。

晶闸管工作原理

晶闸管工作原理晶闸管（Thyristor）是一种常用的电子器件，广泛应用于电力控制和电子变换领域。

它具有双向导电性和开关特性，可以实现高电压和高电流的控制。

本文将详细介绍晶闸管的工作原理及其相关特性。

一、晶闸管的结构晶闸管由四个半导体材料层叠而成，主要由P型半导体（阳极），N型半导体（阴极），P型半导体（门极）和N型半导体（门极）组成。

晶闸管的结构类似于二极管，但多了一个控制极（门极），因此也被称为四层结构。

二、晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理可以分为四个阶段：关断状态、触发状态、导通状态和关断状态。

1. 关断状态：在晶闸管未被触发时，处于关断状态。

此时，晶闸管的正向电压（阳极对阴极）和反向电压（阴极对阳极）均无法导通。

晶闸管的结构中存在一个PN结，阻挠了电流的流动。

2. 触发状态：当赋予晶闸管的门极一个正向电压脉冲时，晶闸管将进入触发状态。

在触发状态下，晶闸管的正向电压依然无法导通，但是反向电压下的电流开始流动。

这个过程被称为触发。

3. 导通状态：一旦晶闸管被触发，它将进入导通状态。

在导通状态下，晶闸管的正向电压和反向电压均能导通。

当正向电压大于晶闸管的导通电压（通常为0.7V）时，晶闸管会导通电流。

此时，晶闸管相当于一个导电通道，允许电流从阳极流向阴极。

4. 关断状态：当导通电流下降到一个很低的水平时，晶闸管将进入关断状态。

在关断状态下，晶闸管的正向电压和反向电压均无法导通。

晶闸管需要重新触发才干再次导通。

三、晶闸管的特性晶闸管具有以下几个特性：1. 双向导电性：晶闸管可以在正向和反向电压下导通电流。

这使得晶闸管在交流电路中起到了重要的作用，可以实现电流的双向控制。

2. 开关特性：晶闸管具有开关特性，可以实现高电压和高电流的控制。

通过控制门极电压的变化，可以控制晶闸管的导通和关断状态。

3. 快速开关速度：晶闸管具有快速的开关速度，可以在微秒的时间内完成导通和关断状态的切换。

这使得晶闸管在高频电路和脉冲电路中得到广泛应用。

晶闸管的特性分析及主要参数

晶闸管的特性分析及主要参数晶闸管的动态特性主要有开通特性、通态电流临界上升率、反向恢复特性、关断特性、断态电压临界上升率等五个方面，其中开通和关断特性是其最重要的动态特性指标。

晶闸管的动态特性如图3-2所示：1.开通特性开通时间&是延迟时间G和上升时间~之和，&是将门极触发脉冲加到未开通的晶闸管上，到阳极电流达到其额定电流值的90%所需的时间，开通时间会随工作电压、阳极电流、门极电流和结温而变化。

开通损耗取决于开通期间负载电流的上升时间。

2.通态电流临界上升率晶闸管开通期间，其导电面积是由门极向四周逐渐展开的，过快的开通会使电流集中于门极区，导致器件局部过热损坏。

因此，在设计时考虑到晶闸管的电流上升率di/dt应低于器件允许的通态电流临界上升率。

强触发可以提高器件承受di/dt的能力。

3.关断特性当给处于正向导通状态的晶闸管外加反向电压时，阳极电流逐步衰减到零，并反向流动达到最大值/心，然后衰减到零，晶闸管经过时间I后恢复其反向阻断能力。

由于载流子复合过程较慢，晶闸管要再经过正向阻断恢复时间L之后才能安全的承受正向阻断电压。

普通晶闸管的关断时间约为几百微妙。

关断时间取决于结温、阳极电流、阳极电流上升率di/dt,反向电压和阳极电压，阳压上升率du/dt。

4.断态电压临界上升率du/dt当在阻断的晶闸管阳极一阴极间施加的电压具有正向的上升率，则由于结电容C的存在，会产生位移电流i = Cdu/dt而引起晶闸管的误触发导通。

因此，在设计时采用吸收电路的措施，使加于晶闸管上的断态电压临界上升率应该小于器件允许的断态电压临界上升率值。

门极正向伏安特性如图3-3所示，可以分为可靠触发区、不可靠触发区和不触发区等三个区域，门极特性中的最大和最小两条曲线反映该器件在整个工作范围内可能出现的最大阻抗和最小阻抗，门极阻抗随门极电流上升率的增大而增大。

利用门极特性曲线设计晶闸管触发器时，使其两个稳定输出状态落入不可靠触发区和可靠触发区内，触发器输出负载线与特性曲线的交点(A, B, C, D, E, J, K、I点)确定了在晶闸管开通延迟时间内流入门极所需的最小电流(E，J 点)和在运行中触发器可能输出的最大电流(1、K点）。

MOSFET开关的动态过程分析

MOSFET开关的动态过程分析MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）是一种常用的电子开关器件，广泛应用于电路中的功率转换和信号放大等领域。

在MOSFET开关过程中，其动态响应将直接影响电路的性能和稳定性。

下面将介绍MOSFET开关的动态过程分析。

首先要明确的是，MOSFET开关主要有两个状态：导通状态和截止状态。

当MOSFET导通时，输入信号可以通过MOSFET，从而将电流或信号传递到负载；当MOSFET截止时，输入信号无法通过MOSFET，负载上没有电流或信号。

因此，MOSFET在不同状态下的切换过程将是我们关注的重点。

在MOSFET开关的导通状态下，输入信号将通过栅极电压来控制MOSFET的导通程度。

当输入信号从低电平（逻辑0）变为高电平（逻辑1）时，栅极电压也随之上升。

MOSFET的栅极电压在达到一定阈值电压之后，将开始导通。

此时，沟道上的载流子（电子或空穴）将形成一个连续的电流通路，从而将信号或电流传递到负载。

在MOSFET开关的截止状态下，输入信号将通过栅极电压来控制MOSFET的截止程度。

当输入信号从高电平（逻辑1）变为低电平（逻辑0）时，栅极电压也随之下降。

MOSFET的栅极电压低于一定阈值电压时，将停止导通并进入截止状态。

此时，沟道上的载流子将阻断，负载上没有电流或信号传递。

1. 开关延迟时间（Switching Delay Time）：是指输入信号从变化开始到MOSFET转换完全的时间。

开关延迟时间由输入电容充放电过程、沟道电荷移动和沟道形成等因素决定。

它对信号传输速度和电路响应速度有重要影响。

2. 上升时间（Rise Time）和下降时间（Fall Time）：分别指输入信号从低电平到高电平和从高电平到低电平的时间。

上升时间和下降时间与栅极电容的充放电过程有关，较长的上升和下降时间将导致MOSFET的导通和截止动作更慢.3. 开关过渡时间（Switching Transition Time）：是指输入信号从高电平到低电平或从低电平到高电平的过渡期间。

晶闸管的关断条件

晶闸管的关断条件晶闸管是一种常用的电子元器件，具有高频、高压、大电流等优良特性，广泛应用于电力电子、自动控制和通讯等领域。

其中，晶闸管的关断条件是晶闸管性能的重要指标之一。

本文将从晶闸管的工作原理、电路特性和关断条件三个方面探讨晶闸管的关断条件，为读者深入了解晶闸管提供参考。

一、晶闸管的工作原理晶闸管是一种半导体器件，由四个PN结组成。

当晶闸管的阳极施加正向电压，且控制极施加正向触发脉冲时，晶闸管会被触发，形成一个低电阻通道，电流从阳极流向阴极，晶闸管处于导通状态。

当晶闸管的阳极施加正向电压，但控制极未施加触发脉冲时，晶闸管不导通，处于关断状态。

晶闸管的工作原理可以用图1表示：图1 晶闸管的工作原理二、晶闸管的电路特性晶闸管具有一系列优良的电路特性，如高速开关、高压、大电流、低功耗等。

其中，晶闸管的电路特性对于晶闸管的关断条件具有重要影响。

1.高速开关晶闸管具有高速开关特性，可以在微秒级别内完成开关动作。

这种高速开关特性使得晶闸管在高频电路中得到广泛应用。

2.高压晶闸管具有高压特性，可以承受几千伏的电压。

这种高压特性使得晶闸管在高电压电路中得到广泛应用。

3.大电流晶闸管具有大电流特性，可以承受几百安的电流。

这种大电流特性使得晶闸管在大电流电路中得到广泛应用。

4.低功耗晶闸管具有低功耗特性，可以在低功率电路中得到广泛应用。

这种低功耗特性使得晶闸管在电池供电等低功率应用中得到广泛应用。

三、晶闸管的关断条件晶闸管的关断条件是指晶闸管从导通状态到关断状态所需的条件。

晶闸管的关断条件包括三个方面：阳极电流降为零、控制极电压降为零、阳极-控制极电压反向。

下面分别介绍这三个关断条件。

1.阳极电流降为零当晶闸管的阳极电流降为零时，晶闸管会自动从导通状态转变为关断状态。

这种关断方式称为自然关断。

自然关断的条件是控制极电压为零，且阳极电路中不存在感性元件，否则会出现反电动势，使得阳极电流不能降为零，晶闸管无法自然关断。

门极可关断GTO晶闸管的

《电力电子技术》论文题目：门极可关断(GTO)晶闸管的工作原理及发展前景班级：姓名：序号：学号：指导教师：郭老师2014年5月20日门极可关断(GTO)晶闸管的工作原理及发展前景引言电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几个方面,其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础,也是电力电子技术发展的“龙头”。

从年美国通用电气公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始,电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代,这标志着电力电子技术的诞生。

到了70 年代,晶闸管开始形成由低压小电流到高压大电流的系列产品。

同时,非对称晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等晶闸管派生器件相继问世,广泛应用于各种变流装置。

由于它们具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、响应快等优点,其研制及应用得到了飞速发展。

由于普通晶闸管不能自关断,属于半控型器件,因而被称作第一代电力电子器件。

在实际需要的推动下,随着理论研究和工艺水平的不断提高,电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大发展,先后出现了GTR 、GTO、功率MOSET 等自关断、全控型器件,被称为第二代电力电子器件。

近年来,电力电子器件正朝着复合化、模块化及功率集成的方向发展,如GPT，MCT，HVIC等就是这种发展的产物。

1.什么是门极关断(GTO)晶闸管1964年,美国第一次试制成功了500V/10A 的GTO。

在此后的近10年内,的容量一直停留在较小水平,只在汽车点火装置和电视机行扫描电路中进行试用。

自70 年代中期开始,GTO的研制取得突破,相继出世了1300V/600A 、2500V/1000A 、4500V/2000A的产品,目前已达9KV/25KA/800Hz及6Hz/6KA 的水平。

GTO有对称、非对称和逆导三种类型。

与对称下相比,非对称通态压降小、抗浪涌电流能力强、易于提高耐压能力。

门极可关断晶闸管的驱动电子技术

门极可关断晶闸管的驱动 - 电子技术门极可关断晶闸管(GTO)可以用正门极电流开通和负门极电流关断。

在工作机理上，开通时与一般晶闸管基本相同，关断时则完全不一样。

因此需要具有特殊的门极关断功能的门极驱动电路。

抱负的门极驱动电流波形如图2-29所示，驱动电流波形的上升沿陡度、波形的宽度和幅度、及下降沿的陡度等对GTO的特性有很大影响。

GTO门极驱动电路包括门极开通电路、门极关断电路和门极反偏电路。

对GTO而言，门极把握的关键是关断。

(1) 门极开通电路GTO的门极触发特性与一般晶闸管基本相同，驱动电路设计也基本全都。

要求门极开通把握电流信号具有前沿陡、幅度高、宽度大、后沿缓的脉冲波形。

脉冲前沿陡有利于GTO的快速导通，一般dIGF/dt 为5～10A/μs；脉冲幅度高可实现强触发，有利于缩短开通时间，削减开通损耗；脉冲有足够的宽度则可保证阳极电流牢靠建立；后沿缓一些可防止产生振荡。

(2) 门极关断电路已导通的GTO用门极反向电流来关断，反向门极电流波形对GTO的平安运行有很大影响。

要求关断把握电流波形为前沿较陡、宽度足够、幅度较高、后沿平缓。

一般关断脉冲电流的上升率dIGR/dt取10～50A/μs，这样可缩短关断时间，削减关断损耗，但dIGR/dt过大时会使关断增益下降，通常的关断增益为3～5，可见关断脉冲电流要达到阳极电流的1/5～1/3，才能将GTO关断。

当关断增益保持不变，增加关断把握电流幅值可提高GTO的阳极可关断力量。

关断脉冲的宽度一般为120μs左右。

图1 抱负的GTO门极驱动电流波形(3) 门极反偏电路由于结构缘由，GTO与一般晶闸管相比承受du/dt的力量较差，如阳极电压上升率较高时可能会引起误触发。

为此可设置反偏电路，在GTO正向阻断期间于门极上施加负偏压，从而提高电压上升率du/dt 的力量。

吉林大学《电力电子变流技术》第八章期末考试备考资料

吉大《电力电子变流技术》第八章开通过程晶闸管的开通过程就是载流子不断扩散的过程。

对于晶闸管的开通过程主要关注的是晶闸管的开通时间 ton。

由于晶闸管内部的正反馈过程以及外电路电感的限制，晶闸管受到触发后，其阳极电流只能逐渐上升。

从门极触发电流上升到额定值的 10%开始，到阳极电流上升到稳态值的 10%（对于阻性负载相当于阳极电压降到额定值的 90%），这段时间称为触发延迟时间 td。

阳极电流从 10%上升到稳态值的 90%所需要的时间（对于阻性负载相当于阳极电压由 90%降到 10%）称为上升时间 tr，开通时间 ton定义为两者之和，即t on = t d +tr通常晶闸管的开通时间与触发脉冲的上升时间，脉冲峰值以及加在晶闸管两极之间的正向电压有关。

[2]关断过程处于导通状态的晶闸管当外加电压突然由正向变为反向时，由于外电路电感的存在，其阳极电流在衰减时存在过渡过程。

阳极电流将逐步衰减到零，并在反方向流过反向恢复电流，经过最大值IRM后，再反方向衰减。

同时，在恢复电流快速衰减时，由于外电路电感的作用，会在晶闸管两端引起反向的尖峰电压 URRM。

从正向电流降为零，到反向恢复电流衰减至接近于零的时间，就是晶闸管的反向阻断恢复时间 trr。

[2]反向恢复过程结束后，由于载流子复合过程比较慢，晶闸管要恢复其对反向电压的阻断能力还需要一段时间，这叫做反向阻断恢复时间 tgr。

在反向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正向导通，而不受门极电流控制而导通。

所以在实际应用中，需对晶闸管施加足够长时间的反压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作。

晶闸管的电路换向关断时间 toff定义为 trr与 tgr之和，即toff= trr+ tgr除了开通时间 ton、关断时间 toff及触发电流 IGT外，本文比较关注的晶闸管的其它主要参数包括：断态（反向）重复峰值电压 UDRM（URRM）：是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（反向）峰值电压。

门极可关断晶闸管

门极可关断晶闸管GTO（百度百科）门极可关断晶闸管是晶闸管的一个衍生器件。

但可以通过门极施加负的脉冲电流使其关断，它是全控型器件。

中文名门极可关断晶闸管外文名Gate-Turn-Off Thyristor简称门极可关断晶闸管的简称类型晶闸管的一个衍生器件通过通过门极施加负的脉冲电流目录1概述2GTO的结构3GTO与普通晶闸管的不同4GTO的主要参数1概述GTO（Gate-Turn-Off Thyristor）是门极可关断晶闸管的简称，他是晶闸管的一个衍生器件。

但可以通过门极施加负的脉冲电流使其关断，他是全控型器件。

2GTO的结构GTO和普通晶闸管一样，是PNPN四层半导体结构，外部也是引出阳极．阴极和门极。

但和普通晶闸管不同的是，GTO是一种多元的功率集成器件。

虽然外部同样引出三个极，但内部包含数十个甚至数百个共阳极的小GTO单元，这些GTO单元的阴极和门极在器件内部并联，他是为了实现门极控制关断而设计的。

GTO的内部结构图和电气图形符号GTO的工作原理从图中可知PNP和NPN构成了二个晶闸管V1 V2分别有共基极电流增益a1和a2。

1 当a1+a2=1时，是器件临界导通的条件。

2 当a1+a2>1时，是二个晶体管过饱和导通的条件。

3 当a1+a2<1时，是不能维持饱和导通而关断的条件。

3GTO与普通晶闸管的不同1)在设计器件时使a2较大，这样晶体管V2控制灵敏，这样GTO可以很容易关断。

2）使得a1+a2趋向与1，普通晶闸管a1+a2>=1.15，而GTO的近似为1.05，这样GTO导通时饱和程度不深，更接近与临界饱和，为门极可关断控制提供了有力条件。

不利因素，导通时管压降增大了。

3）集成结构中每个GTO单元的阴极面积小，门极和阴极间的距离大为缩短，使得P2基区的横向电阻很小，使门极抽出较大的电流成为可能。

4）它比普通晶闸管开通过程快，承受的电压能力强。

4GTO的主要参数（1）最大可关断阳极电流IATO（2）电流关断增益βOff=IATO/IGMIGM是门极负脉冲电流最大值βOff一般只有5左右，这是GTO的主要缺点(3)开通时间Ton开通时间指延迟时间与上升时间之和.GTO的延迟时间一般为1~2us,上升时间则随同态阳极电流值的增大而增大。

集成门极换流晶闸管(IGCT)原理及驱动

1.晶闸管（SCR） 1.晶闸管（SCR）晶闸管
晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，也称可控硅整晶闸管流器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）是典型的半控器件，其电气图形如右图所示。主要优点是：主要优点是：容量大，工作可靠主要缺点是：主要缺点是：半控，开关速度慢，对du/dt和 di/dt比较敏感
集成门极换流晶闸管（IGCT） ———原理及驱动
一、电力电子器件的发展二、IGCT的结构和工作原理三、基于ABB不对称型IGCT—— 5SHY35L4510的驱动电路四、IGCT的应用简介及发展趋势
一、电力电子器件的发展
20世纪60年代开始，电力电子器件得到了迅速发展，从SCR(普通晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型晶体管)、MOSFET(金属氧化物硅场效应管)、MCT(MOS控制晶闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、IGCT(集成门极换相晶闸管)、IECT(注入增强型门极晶体管)、IPM(智能功率模块)。每一种新器件的出现都为电力变换技术的发展注入了新的活力，它或拓展了电力变换的应用领域，或使相关应用领域的电力变换装置的性能得到改善。
IGCT 驱动中最具特点的是其借助集成门极电路实现的“门极换流”和“硬驱动”关断过程。
IGCT的导通过程：的导通过程：的导通过程
门极施以正强电压后：
I g ↑→ I c 2 ↑→ I A ↑→ I c1 ↑→ I c 2 ↑
开通时门极施以正强电压初瞬，GCT处于NNP晶体管状态，这时晶体管作用大于晶闸管作用。转入导通后，GCT仍可用两正反馈的晶体管等效，强烈的正反馈使两晶体管都饱和导通。 α1 + α 2 ≥ 1 时，IGCT完成了导通过程。

1.3 门极可关断晶闸管(GTO)

t
30 µs
− I GM = (
1 1 − ) I AT0 8 3
4、主要参数 (简介、简介) 简介
与晶闸管不同的参数。与晶闸管不同的参数。（1）最大可关断阳极电流 ATO ）最大可关断阳极电流I （2）关断增益βoff ）（3）阳极尖峰电压）（4）维持电流）（5）擎住电流）
1.3 门极可关断晶闸管（GTO）门极可关断晶闸管（） 1.3.1 GTO的结构和工作原理的结构和工作原理
1、GTO的结构、的结构 GTO为四层为四层PNPN结构、三端引出线（A、K、结构、为四层结构三端引出线（、、 G）的器件。和晶闸管不同的是：GTO内部是由许）的器件。和晶闸管不同的是：内部是由许多四层结构的小晶闸管并联而成，多四层结构的小晶闸管并联而成，这些小晶闸管的门极和阴极并联在一起，成为门极和阴极并联在一起，成为GTO元，而普通晶闸元管是独立元件结构。下图是GTO的结构示意图、等的结构示意图、管是独立元件结构。下图是的结构示意图效电路及电气符号。效电路及电气符号。
图1-15
图1-15
图1-15
2、GTO的工作原理、的工作原理（1）开通过程） GTO也可等效成两个晶体管 1N1P2和 N1P2N2互连，也可等效成两个晶体管P 互连，也可等效成两个晶体管 GTO与晶闸管最大区别就是导通后回路增益 1+α2 与晶闸管最大区别就是导通后回路增益α 与晶闸管最大区别就是导通后回路增益数值不同，其中α 分别为P1N1P2和数值不同，其中 α1 和 α2 分别为 P1N1P2 和 N1P2N2 的共基极电流放大倍数。晶闸管的回路增益α 的共基极电流放大倍数。晶闸管的回路增益 1+α2 常为1.15左右，而 GTO的 α1+α2 非常接近。因而左右，非常接近1。常为左右的 GTO处于临界饱和状态。这为门极负脉冲关断阳处于临界饱和状态。处于临界饱和状态极电流提供有利条件。极电流提供有利条件。

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