电力电子晶闸管(精)

a) 双晶体管模型 b) 工作原理
Ic1=1 IA + ICBO1 Ic2=2 IK + ICBO2
（1-1） （1-2）
1.3.1
晶闸管的结构与工作原理
IK=IA+IG
IA=Ic1+Ic2
（1-3）
（1-4）
式中 1 和 2 分别是晶体管 V1 和 V2 的共基极电流增益； ICBO1 和 ICBO2 分别是 V1 和 V2 的共基极漏电流。合并以 上式可得
开通（门极触发）： 注入触发电流使晶体管的发 射极电流增大以致 1+2 趋近于 1 的话，流过晶闸管
的电流IA（阳极电流）将趋近于无穷大，实现饱和导 通。IA实际由外电路决定。
1.3.1
晶闸管的结构与工作原理
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 光直接照射硅片，即光触发 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之外，其它都因不易 控制而Biblioteka Baidu以应用于实践，称为光控晶闸管（Light Triggered Thyristor——LTT） 只有门极触发（包括光触发）是最精确、迅速而可靠 的控制手段
1.3.2
2. 动态特性
iA 100% 90%
晶闸管的基本特性
10% 0 td uA K
tr IRM
t
O
t
tr r
URRM t gr
图1-9 晶闸管的开通和关断过程波形
1.3.2
晶闸管的基本特性
1) 开通过程（特性图) 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
1.3.2
晶闸管的基本特性
晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的 反向特性 晶闸管的门极触发电流从门极流入晶闸管，从阴极 流出
阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端
门极触发电流也往往是通过触发电路在门极和阴极 之间施加触发电压而产生的
晶闸管的门极和阴极之间是PN结J3，其伏安特性称 为门极伏安特性。为保证可靠、安全的触发，触发 电路所提供的触发电压、电流和功率应限制在可靠 触发区。（伏安特性图）
1.3 半控器件—晶闸管
1.3 半控型器件——晶闸管
1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 晶闸管的结构与工作原理 晶闸管的基本特性 晶闸管的主要参数 晶闸管的派生器件
1.3
半控型器件——晶闸管
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
1.3.2
1. 静态特性
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，只能使晶闸管的电流降 到接近于零的某一数值以下
1.3.2
晶闸管的基本特性
IA 正向 导通
晶闸管的伏安特性
第I象限的是正向特性 第III象限的是反向特性
URS M URRM -UA
IH O
IG 2
IG 1
IG=0
UD RM Ub o +UA UD SM
雪崩 击穿
-IA
图1-8 晶闸管的伏安特性 IG2>IG1>IG
1.3.2
晶闸管的基本特性
IG=0 时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，
上升时间 tr ：阳极电流从 10% 上升到稳态值的 90%所需的时间
开通时间tgt以上两者之和，
tgt=td+ tr
（1-6）
普 通 晶 闸 管 延 迟 时 间 为 0.5~1.5s ， 上 升 时 间 为 0.5~3s
1.3.2
2) 关断过程
晶闸管的基本特性
反向阻断恢复时间trr：正向电流降为零到反向恢复电 流衰减至接近于零的时间 正向阻断恢复时间tgr：晶闸管要恢复其对正向电压的 阻断能力还需要一段时间 在正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 实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向 电压，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 关断时间tq：trr与tgr之和，即 tq=trr+tgr （1-7)） 普通晶闸管的关断时间约几百微秒。
1.3.1
晶闸管的结构与工作原理
外形有螺栓型和平板型两种封装 引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端 对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧 密联接且安装方便 平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间
A K K G A A G a) P1 N1 P2 N2 K b) c) K
只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限 即正向转折电压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 导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿 晶闸管本身的压降很小，在1V左右
导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接 近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断 状态。IH称为维持电流。（伏安特性图）
G
J1 J2 J3
G
A
图1-6 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
1.3.1
晶闸管的结构与工作原理
A A P1 N1 G P2 N2 K a) b) N1 P2 IA V1 G IG S EG Ic1 NPN PNP Ic2 V2 IK K R EA
图1-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
IA
2 I G I CBO1 I CBO2
1 ( 1 2 )
（1-5）
晶体管的特性是：在低发射极电流下 是很小的，而 当发射极电流建立起来之后， 迅速增大。
1.3.1
晶闸管的结构与工作原理
阻断状态：IG=0，1+2很小。流过晶闸管的漏电
流稍大于两个晶体管漏电流之和