PE_1 电力电子器件

集-射极击穿电压UCEO，UCBO>UCEO。 实际使用时， 最高工作电压UM应比UCEO低，取 UM=(1/3~1/2)UCEO．
1. 2 电力晶体管
2. 集电极最大允许电流ICM
通常规定为hFE下降到规定值的1/2~1/3时所对应的IC 。 实际使用时要留有裕量，只能用到ICM的一半或稍多一点。
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，只能使晶闸管的电流降到接近于 零的某一数值以下 ,或阳极阴极之间加反向电压。
晶闸管的工作原理
A Q2 Eg Ug Q1 G K Ea
a) 电气图形符号 b) 伏安特性
1.1.2 双向晶闸管
二、触发方式与参数选择
双向晶闸管正反两个方向都能导通，门极加正负电压都能触发。 主电压与触发电压相互 配合，可以得到四种触发方式： (1)I+ 触发方式 主极T1为正，T2为负；门极电压G为正，T2为负。 (2)I-_触发方式 主极T1为正，T2为负；门极电压G为负，T2为正。 (3)Ⅲ+触发方式 主极T1为负，T2为正；门极电压G为正，T2为负。 (4)Ⅲ—触发方式 主极T1为负，T2为正；门极电压G为负，T2为正。 四种触发方式中触发灵敏度不同，I+ 触发方式灵敏度最高，Ⅲ+ 触发方式灵敏度最低。使用时要尽量避开Ⅲ+，常采用的触发方式为 I+ 和Ⅲ-。
与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的。 主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。 通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构。 采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成 。
1. 2 电力晶体管
二、 GTR的主要参数与安全工作区
（一） GTR的主要参数
1. 电压参数
GTR上电压超过规定值时会发生击穿。 集-基极击穿电压UCBO。
——通过控制信号可以控制其导通而不能控制 其关断。
全控型器件（IGBT、MOSFET)
——通过控制信号既可控制其导通又可控制其 关断，又称自关断器件。
电力电子器件及其分类
按照驱动电路信号的性质，可分为：
电流驱动型
——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关 断的控制（如晶闸管、GTR、GTO）。
第1章 电力电子器件
1.1 晶闸管
1.2 电力晶体管
1.3 门极可关断晶闸管
1.4 功率场效应晶体管
1.5 绝缘栅双极晶体管 1.6 智能功率模块 1.7 其他新型电力电子器件
第一章
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电力电子器件
电子器件：晶体管和集成电路
电力电子器件
电子技术的基础 电力电子电路的基础
本章主要内容：
电力电子器件的概念、特点和分类等问题。
正反向重复峰值电压 额定平均电流 电流连接代号 T-晶闸管 D整流管 F混合型 表示模块
1.2 电力晶体管
术语
电力晶体管（Giant Transistor——GTR， 直译为巨型晶体管） 。
耐高电压、大电流的双极结型晶体管 （Bipolar Junction Transistor——BJT）， 英文有时候也称为Power BJT。
常用电力电子器件的工作原理、基本特性、 主要参数以及选择和使用中应注意问题。
电力电子器件及其分类
电力电子器件（Power Electronic Device）
——可直接用于电力主电路中，实现电能的变换 或控制的电子器件。
按照器件能够被控制的程度，可分为： 半控型器件（如晶闸管 Thyristor）
应用
20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取 代 晶 闸 管 ， 但 目 前 又 大 多 被 IGBT 和 电 力 MOSFET取代。
1.2 电力晶体管
一、GTR的结构和工作原理
图1-10 GTR的结构、电气图形符号和内部载流子的流动
a) 内部结构断面示意图 b) 电气图形符号 c) 内部载流子的流动
雪崩 击穿
晶闸管本身的压降很小，在 1V左右。
-IA
图1-8 晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
晶闸管的伏安特性
（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。 当反向电压达到反向击穿
UA IA 正向 导通
URSMURRM
IH O
IG2
பைடு நூலகம்
IG1 IG=0 UDRM Ubo +UA UDSM
雪崩 击穿
电压后，可能导致晶闸管
发热损坏。
-IA
图1-8 晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
2.晶闸管的主要参数
1）额定电压 正向重复峰值电压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
使用注意：
通常取晶闸管的UDRM 和URRM中较小的标值 作为该器件的额定电 压UTh。 选用时，一般取额定 电压为正常工作时晶 闸管所承受峰值电压 2~3倍。
晶闸管的结构与工作原理
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
晶闸管的结构与工作原理
晶体管的工作原理：
图1-2 晶闸管的等效电路
a) 双晶体管模型 b) 工作原理
IG Ib2 IC 2 ( Ib1 ) IC1 I K
晶闸管的工作原理
晶闸管正常工作时的特性总结如下：
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。
2.晶闸管的主要参数
2）额定电流
通态平均电流 IT(AV） ——在环境温度为40C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 称其额定电流的参数。 ——使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。 定义电流波形的有效值与平均值之比为电流波形系数Ki Ki=ITh/IT(AV) 对于正弦半波电流：Ki=ITh/IT(AV) =1.57
一次击穿：集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大。
只要Ic不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变。
二次击穿：一次击穿发生时，Ic突然急剧上升，电压陡然下降。
常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变 。 I
安 全 工 作 区 （ Safe Operating Area——SOA）
2.按电流有效值相等的原则进行换算，选择晶闸管的额定 电流即
IT =1.57 I T(AV) I T(AV)= IT /1.57
由于晶闸管的过载能力差，一般在选用时取(1.5～2) 的安全裕量，即
I T(AV) = (1.5～2)IT /1.57
3.国产晶闸管的型号—KP型 K P □ － □ □
说明额定电流为100A的晶闸管，可流过有效值157A的电流。
实际使用时应留一定的裕量，一般取1.5~2倍。
2.晶闸管的主要参数
通态平均电压UT(AV) —— 晶闸管正向流过正弦半波额定电流时，阳极阴极 之间电压降的平均值，一般在0.5~1V之间。 维持电流 IH —— 使晶闸管维持导通所必需的最小电流。来说，通
（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 U A 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。 URSMURRM IA 正向 导通
IH O
IG2
IG1 IG=0
UDRM Ubo +UA UDSM
晶闸管导通关断实验原理图 （SCZ1.ewb)
晶闸管的工作原理
实验结论： 1.晶闸管在反向阳极电压作用下，不论门极为何
种电压，都处于关断状态。 2.晶闸管同时在正向阳极电压与正向门极电压作 用下，才能导通。 3.已导通的晶闸管在正向阳极电压作用下，门极 失去控制作用。 4.晶闸管在导通状态时，当Ea减小到接近零时， 晶闸管关断。
• 交流开关——用于交流回路开关或直流调压。
1.1.1 普通晶闸管
一、普通晶闸管的结构与工作原理 A 晶闸管结构: K G P 大功率PNPN四层半导 N 体元件，有三个引 G P 出极，阳极（A）、阴 A N 极（K）和门极（G）。
K 外形有螺栓型和平板型两种封装。 有三个联接端（电极）。 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。
选择晶闸管的额定电流
I T(AV) = (1.5～2)IT /1.57= (1.5～2) ×100/1.57 =95～127A 按晶闸管参数系列取100A，所以选取晶闸管型号KPl008E。
三、晶闸管的简易测试
用万用表进行简易测试 测阳极与阴极、阳极与门极间正反向电阻应很 大。 测阴极与门极间正向电阻应较小， 测阳极与阴极正向时，将门极与阳极短路，此 时电阻应很小。 演示testTn.ewb
3. 集电极最大耗散功率PCM
最高工作温度下允许的耗散功率。 产品说明书中给PCM时同时给出壳温TC，间接表示了最高工作温度 。
4. 开关频率（开关时间） ton GTR开通时间 toff GTR关断时间 越小越好。
表1-4 GTR型号及参数
1. 2 电力晶体管
（二）GTR的二次击穿现象与安全工作区
晶闸管的工作原理
晶闸管的导通条件：
1、阳极与阴极之间加上正向电压； 2、门极与阴极之间加上适当的正向电压。
晶闸管关断的条件：
使流过晶闸管的阳极电流小于晶闸管规定的维 持电流。
关断实现的方式：
1、减小阳极电压； 2、增大负载电阻； 3、加反向阳极电压。