电力电子技术第2章器件2SCR
电力电子技术第2章器件2_SCR
无法控制关断，半
a) 双晶体管模型 b) 工作原理
控型器件。
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电力电子技术第2章器件2_SCR
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
定量分析：
•（1-1）
•（1-2）
•（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。由以上式可得 ：
• 例：某晶闸管实际承担电流波形有效值为400A，则可 选额定电流为400/1.57=255A,考虑裕量，实际选额 定电流为500A的晶闸管。
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电力电子技术第2章器件2_SCR
晶闸管的主要参数
•3）动态参数
除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：
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。
• 关断： ➢ 电流低于维持电
流。 ➢ 阳极电压反极性。
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电力电子技术第2章器件2_SCR
2.3.3 晶闸管的主要参数
•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。
图2-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
•（1-5）
a) 双晶体管模型 b) 工作原理
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电力电子技术第2章器件2_SCR
2.3.1 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
电力电子器件概述
5. 反向恢复时间trr 6. 浪涌电流IFSM
1.2.4 主要类型
1. 普通二极管——又称整流二极管 1KHZ以下 数千安和数千伏以上
2. 快恢复二极管 5μs以下 3. 肖特二极管
1.3 半控型器件——晶闸管(SCR)
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
Id
1
2
3
Im
sin td
t
3
4
Im
0.24Im
I
1
2
Im
sin t
2
d
t
0.46Im
3
Kf
I Id
0.46 0.24
1.92
IT ( AV )
100 2
50
Id
1.57 50 1.92
41 A
Im
Id 0.24
41 0.24
171
A
⑵ 维持电流IH 使晶闸管维持通态所必需的最小主电流。 ⑶ 擎住电流IL ⑷ 浪涌电流ITSM
4. 光控晶闸管LTT
⑴又称光触发晶闸 管，是利用一定 波长的光照信号 触发导通的晶闸 管。
⑵光触发保证了主 电路与控制电路 之间的绝缘，且 可避免电磁干扰 的影响。
⑶在高压大功率的 场合占有重要地位。
1.4 典型全控型器件
门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。 20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时代。
不可控器件：电力二极管
半控型器件：晶闸管及其派生器件 全控型器件：功率场效应管、绝缘栅双极性晶体管、
门极可关断晶闸管
⑵ 按照控制信号性质可分为： 电流控制型 电压控制型：控制功率小
电力电子技术第2章 习题 - 答案
班级 姓名 学号 第2/9章 电力电子器件 课后复习题第1部分：填空题1. 电力电子器件是直接用于 主 电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。
2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担 电能变换或控制任务的电路。
3. 电力电子器件一般工作在开关状态。
4. 电力电子器件组成的系统，一般由控制电路、驱动电路、主电路三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。
5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件和全控型器件。
6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。
7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。
8. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。
9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。
其反向恢复时间较长，一般在5s以上。
10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5s以下。
11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。
12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，晶闸管才能导通；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至维持电流以下。
13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。
选用时，一般取为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍。
14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。
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称为擎住电流。
对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2~4 倍。
15.晶闸管的派生器件有： 快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。
16. 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10微秒左右。
电力电子教材重点知识点总结范文
电力电子教材重点知识点总结范文《电力电子技术》复习题第1章绪论1 电力电子技术定义：是使用电力电子器件对电能进展变换和控制的技术，是应用于电力领域的电子技术，主要用于电力变换。
2 电力变换的种类（1）交流变直流AC-DC：整流（2）直流变交流DC-AC：逆变（3）直流变直流DC-DC：一般通过直流斩波电路实现，也叫斩波电路（4）交流变交流AC-AC：可以是电压或电力的变换，一般称作交流电力控制3 电力电子技术分类：分为电力电子器件制造技术和变流技术。
4、相控方式;对晶闸管的电路的控制方式主要是相控方式5、斩空方式：与晶闸管电路的相位控制方式对应，采用全空性器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制方式。
相对于相控方式可称之为斩空方式。
第2章电力电子器件1 电力电子器件与主电路的关系（1）主电路：电力电子系统中指能够直接承担电能变换或控制任务的电路。
（2）电力电子器件：指应用于主电路中，能够实现电能变换或控制的电子器件。
广义可分为电真空器件和半导体器件。
2 电力电子器件一般特征：1、处理的电功率小至毫瓦级大至兆瓦级。
2、都工作于开关状态，以减小本身损耗。
3、由电力电子电路来控制。
4、安有散热器3 电力电子系统根本组成与工作原理（1）一般由主电路、控制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。
（2）检测主电路中的信号并送入控制电路，根据这些信号并按照系统工作要求形成电力电子器件的工作信号。
（3）控制信号通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断。
（4）同时，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证系统正常可靠运行。
4 电力电子器件的分类根据控制信号所控制的程度分类（1）半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。
如SCR晶闸管。
（2）全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。
如GTO、GTR、MOSFET和IGBT。
（3）不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。
电力电子技术 徐德鸿版 习题解答
+
1 × U d D(1 −
2
fL
D)
= 15A
（3）增加 L 可以使 ΔI 下降
I VTm = 110%I 0 = 11A
1 ΔI = 11 −10 = 1A 2 L=500μH
1 × U d D(1 − D) = 1A
2
fL
2、Boost 电路如图 2.17 所示，设输入电压为 100V，电感 L 是 1000μH，电 容 C无穷大，输出接 10Ω 的电阻，电路工作频率 50kHz,MOSFET 的导通占 空比为0.5，求：（1）输出直流电压 Uo，输出直流电流 Io；
（2）电感电流平均值 IL； （3）MOSFET 阻断时的电压。
解：（1）U o
=
Ud 1− D
=
200V
I o= U o / R = 20A
（2） I L
=
I in
=
Io 1− D
=
40A
（3）U VTm = U o = 200V
1
3、设有两组蓄电池，A 组电压为 100V，B 组电压为 200V，用 Buck 电路和 Boost 电路组合设计一种电路，以完成既能由 A 组蓄电池向 B 组蓄电池充电，又能由 B 组蓄电池向 A 组蓄电池充电的功能。
解：（1）占空比范围
Uo < D < Uo
U dmax
U dmin
得：
0.25 < D < 0.5
（2）电感电流临界连续时，有
I omin
=
1 2
ΔI
L
=
5 10
=
0.2A
开关关断期间，有
L = U o (1 − D)T = U o (1 − D)T
电力电子技术_复习题答案
电⼒电⼦技术_复习题答案第⼆章：1.晶闸管的动态参数有断态电压临界上升率du/dt和通态电流临界上升率等，若du/dt过⼤，就会使晶闸管出现_ 误导通_，若di/dt过⼤，会导致晶闸管_损坏__。
2.⽬前常⽤的具有⾃关断能⼒的电⼒电⼦元件有电⼒晶体管、可关断晶闸管、功率场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管⼏种。
简述晶闸管的正向伏安特性？答: 晶闸管的伏安特性正向特性当IG=0时，如果在器件两端施加正向电压，则晶闸管处于正向阻断状态，只有很⼩的正向漏电流流过。
如果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，晶闸管本⾝的压降很⼩，在1V左右。
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。
3.使晶闸管导通的条件是什么?答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或：uAK>0且uGK>0。
4.在如下器件：电⼒⼆极管（Power Diode）、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）、电⼒晶体管（GTR）、电⼒场效应管（电⼒MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，属于半控型器件的是 SCR 。
5.晶闸管的擎住电流I L答：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。
6.晶闸管通态平均电流I T(AV)答：晶闸管在环境温度为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。
标称其额定电流的参数。
7.晶闸管的控制⾓α（移相⾓）答：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲⽌的电⾓度,⽤a表⽰,也称触发⾓或控制⾓。
8.常⽤电⼒电⼦器件有哪些？答：不可控器件：电⼒⼆极管。
半控型器件：晶闸管。
全控型器件：绝缘栅双极晶体管IGBT，电⼒场效应晶体管（电⼒MOSFET），门极可关断晶闸管（GTO），电⼒晶体管。
《电力电子技术(第二版)》课后习题及解答
《电力电子技术》习题及解答第1章思考题与习题1.1晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。
导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压U A决定。
1.2晶闸管的关断条件是什么?如何实现?晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流I A减小，I A下降到维持电流I H以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。
进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压U A决定。
1.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流I H会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。
1.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：(1) I g=0，阳极电压升高至相当高的数值；(1) 阳极电压上升率du/dt 过高；(3) 结温过高。
1.5请简述晶闸管的关断时间定义。
答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。
即gr rr q t t t +=。
1.6试说明晶闸管有哪些派生器件？答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。
1.7请简述光控晶闸管的有关特征。
答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，在光的照射下，光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。
主要用于高压大功率场合。
1.8型号为KP100-3，维持电流I H =4mA 的晶闸管，使用在图题1.8所示电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题1.8答：（a ）因为H A I mA K V I <=Ω=250100，所以不合理。
电力电子技术-电力电子器件的原理与特性
IR
Vo
VS +
-
IZ
DZ
RL
(a)整流
(b)续流
(c)限幅
(d)钳位
图2.6 二极管的整流、续流、限幅、钳位和稳压应用
(e)稳压
本章内容
2.3 晶闸管（SCR）
2. 3 晶闸管
一、名称 ➢晶闸管 （Thyristor） ➢可控硅
（SCR）
二、外形与符号 ➢螺栓式结构 (<200A) ➢平板式结构 (>200A)
• N型半导体： 掺入微量5价元素（磷、锑、鉮等）
自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 • P型半导体：
掺入微量3价元素（硼、镓、铟等） 空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。
半导体基础知识
器件原理
• PN结（异型半导体接触现象） • （1）扩散运动（多数载流子）
自由电子由 N区 向 P区 空 穴由 P区 向 N区 （2）漂移运动（少数载流子） 与扩散运动相反
三、SCR的工作原理（续）
（2）按晶体管原理可得：
IA
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
其中： α1、α2分别是晶 体管T1、T2的共基极电 流增益； ICBO1、ICBO2分 别是晶体管T1、T2的共 基极漏电流。
❖双极型器件：有两种载流子参与导电，如二 极管、 晶闸管、GTO、GTR、IGCT、SITH等。
❖复合型器件：由MOSFET与晶体管、晶闸管复 合而成，如IGBT、IPM、MCT等。
➢ 按门极驱动信号的种类（电流、电压）分类： ❖电流控制型器件 如晶闸管、GTO、GTR、 IGCT、SITH等
❖电压控制型器件 如MOSFET、IGBT、IPM、 SIT、MCT等
第2章 电力电子技术课件.ppt
电子技术的基础
——— 电子器件：晶体管和集成电路
电力电子电路的基础
——— 电力电子器件
本章主要内容：
概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。 介绍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。
1-1
2.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件
雪崩击穿 齐纳击穿 均可能导致热击穿
1-13
2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
■二极管的基本原理——PN结的单向导电性 ◆当PN结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上则形成自 P区流入而从N区流出的电流，称为正向电流IF，这就是PN结的 正向导通状态。 ◆当PN结外加反向电压时（反向偏置）时，反向偏置的PN结 表现为高阻态，几乎没有电流流过，被称为反向截止状态。 ◆ PN结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大 ，反向电流将会急剧增大，破坏PN结反向偏置为截止的工作状 态，这就叫反向击穿。 ☞按照机理不同有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式 。 ☞反向击穿发生时，采取了措施将反向电流限制在一定范围 内，PN结仍可恢复原来的状态。 ☞否则PN结因过热而烧毁，这就是热击穿。
由一种载流子参与导电的器件
2) 双极型器件
由电子和空穴两种载流子参与导电的器件
3) 复合型器件
由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件
1-8
2.1.3 电力电子器件的分类
按照驱动电路信号的性质(电力二极管除外) 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。
电压驱动型
——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信 号就可实现导通或者关断的控制。
1-14
电力电子技术第2章习题_答案解析
班级姓名学号第2/9章电力电子器件课后复习题第1部分：填空题1. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。
2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路。
3. 电力电子器件一般工作在开关状态。
4. 电力电子器件组成的系统，一般由控制电路、驱动电路、主电路三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。
5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件和全控型器件。
6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。
7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。
8. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。
9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。
其反向恢复时间较长，一般在5μs以上。
10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5μs以下。
11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。
12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，晶闸管才能导通；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至维持电流以下。
13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。
选用时，一般取为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。
14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。
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称为擎住电流。
对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2~4 倍。
15.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。
16. 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10微秒左右。
电力电子技术2.1-2.2
5）保护电路：用于保证电力电子器件和整个电力电子系 统正常可靠工作。 因为主电路中有电压和电流的冲击，而电力电子器 件一般比主电路中的普通器件昂贵，但承受过电压和过 电流的能力却要差一些，所以保护电路的存在是非常必 要的。 6）电气隔离：将主电路和控制电路等进行安全隔离，而 通过光、磁等来传递信号。 因为主电路中电流和电压较大，而控制电路中的元 器件只能承受较小的电压和电流，因此在主电路和控制 电路连接的路径上需要进行电气隔离。例如：驱动电路 与主电路的连接处、与控制信号的连接处，主电路与检 测电路的连接处。
④PN结的电容效应 PN结的电荷量随外加电压的变化而变化，呈现电容效应，称 为结电容CJ，又称为微分电容。 结电容按其产生的机制和作用的差别分为以下两类： A—势垒电容CB： 它只在外加电压变化时才起作用，外加电压频率越高，其作 用越明显。 它的大小与PN结的截面积成正比，与阻挡层厚度成反比。 B—扩散电容CD： 它仅在正向偏置时起作用。 在正向偏置时，当正向电压较低时，势垒电容为结电容的主 要成份，正向电压较高时，扩散电容为结电容的主要成份。 注意：结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开关的状态 下，可使其单向导电性变差，甚至不能工作，应用时要注意。
4 电力电子器件的分类
（1）按照器件的开关控制特性分类：分为三类 ①不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功能，而是需要根据 电路条件决定其导通、关断状态的器件称为不可控器件。 如：电力二极管。 ②半控型器件：通过控制信号只能控制其导通，不能控制其关断的 电力电子器件称为半控型器件。 如：晶闸管及其大部分派生器件。 ③全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断的器 件，称为全控型器件。 如：门极可关断晶闸管（GTO）、功率晶体管GTR、功率场效应晶 体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。
电力电子技术-22_SCR
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。
1-4
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
按晶体管的工作原理 ，得：
I c1 1I A ICBO1
（1-1）
Ic2 2 I K ICBO2
（1-2）
IK IA IG
（1-3）
I A Ic1 Ic2
（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。由以上式可得 ：
门极电流对正向
击穿
阻断电压的影响
图1-8 晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
1-10
晶闸管的开通特性 I A
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
（2-5）
•
注发t心s:入，射门触靠极极发门位电电极于部流流阴先极使增导晶晶大通片体，以中管
的 致
iA
t t t•r:t建阴流现d阳然耗慢:立极1门I饱后时。+极A耗电极将和扩 。 （电2时 流正趋导趋展 耐 二。 ＝流脉近到 压 维通近阳 控冲指于全 越 开。于极 制使无体高通I1电极正A阴扩）的穷实流电反极展话大际＝流馈的越，，由。0，实外电
加负门极电流不 能影响阴极主体， J 3
电力电子技术(第5版)(王兆安,刘进军)第2章 电力电子器件
-
V
+ + + + + + n +
p -
-
+
+
Wo W
17/89
2.2.1 PN结与电力二极管的工作原理
■二极管的基本原理——PN结的单向导电性 ◆当PN结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上则 形成自P区流入而从N区流出的电流，称为正向电流IF， 这就是PN结的正向导通状态。 ◆当PN结外加反向电压时（反向偏置）时，反向偏置的 PN结表现为高阻态，几乎没有电流流过，被称为反向截 止状态。 ◆ PN结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压 过大，反向电流将会急剧增大，破坏PN结反向偏置为截 止的工作状态，这就叫反向击穿。 ☞按照机理不同有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式 。 ☞反向击穿发生时，采取了措施将反向电流限制在一 定范围内，PN结仍可恢复原来的状态。 ☞否则PN结因过热而烧毁，这就是热击穿。
u i UFP
iF
u
2V 0
F
t fr
b) 零偏置转换为正向偏置
t
图2-6 电力二极管的动态过程波形
22/89
2.2.3 电力二极管的主要参数
■正向平均电流IF(AV) ◆指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简称 壳温，用TC表示）和散热条件下，其允许流过的最大工 频正弦半波电流的平均值。 ◆ IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有 效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。 ■正向压降UF ◆指电力二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正 向电流时对应的正向压降。 ■反向重复峰值电压URRM ◆指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。
能力，是其最重要的参数，一般都远大于处理信息的电
SCR 特性介绍 详细版
（5）
IA
P2 G IG V1
PNP
N1 G P2 N2 K a)
N1
Ic1
NPN
Ic2
V2
R EA
S EG
IK
K b)
晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 a) 双晶体管模型 b) 等效电路 晶体管的特性是：在低发射极电流下 a 是很小的，而当发射极电流建立起 来之后，a 迅速增大。 阻断状态：IG=0，a1+a2 很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电 流之和； 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 a1+a2 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。
I
G
K
IG =0 O U
A
a)
b)
图7
逆导晶闸管的电气图形符号和伏安特性 a) 电气图形符号 b) 伏安特性
4、光控晶闸管（Light Triggered Thyristor——LTT） 光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶 闸管； 小功率光控晶闸管只有阳极和阴极两个端子； 大功率光控晶闸管则还带有光缆，光缆上装有作为触发光源的发光二极管 或半导体激光器；
通常用在交流电路中，因此不用平均值而用有效值来表示其额定电流值。
I
T1
IG=0 O U
G
T2
a)
b)
图6
双向晶闸管的电气图形符号和伏安特性 a) 电气图形符号 b) 伏安特性
3） 逆导晶闸管（Reverse Conducting Thyristor—RCT） 将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件； 具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点； 逆导晶闸管的额定电流有两个，一个是晶闸管电流，一个是反并联二极管 的电流。
《电力电子技术》PPT第2章
《电力电子技术》PPT第2章2.4电力电子器件的模块化模块是在单个元件基础上发展起来的新器件，它是有若干个半导体芯片按不同的用途和目的进行接线后，封装成一个块状整体。
90年代已经开始普及，除少数超大功率器件外，一般中小功率器件均模块化。
其优点是外部接线简单，抗干扰能力增强。
2.5 智能电力电子模块（IPM）IPM（IntelligentPowerModule）智能电力电子模块是功率集成电路PIC（PowerIntegratedCircuits）的一种。
一类称为高压集成电路，简称HVIC，它是横向高耐压电力半导体器件与控制电路的单片集成；另一类即IPM，它是纵向电力半导体器件与控制电路保护电路以及传感器电路等多功能集成。
由于高度集成化使模块结构十分紧凑，避免了由于分布参数、保护延迟等带来的一系列技术难题，使变频器的可靠性得到进一步提高。
IPM的智能化表现为可以实现控制、保护、接口三大功能，构成混合式电力集成电路。
2.6全控型电力电子器件的比较1电压、电流的比较图2-45电压、电流的比较2性能的比较200200200200125150最高工作结温（℃）中等高高高低中等di/dt高高高高低中等du/dt中等低低很低中等高门栅极驱动功耗100200×10320×103501050最大开关速度（kHz）10倍额定值5倍额定值5倍额定值5倍额定值10倍额定值3倍额定值浪涌电流耐压量100～500306604030正向导通电流密度（A/cm2）220200100～12400～1003500400正向电流范围（A）500～450050～150050～1000200～2500500～9000100～1400正向阻断电压范围（V）500～450000200～2500500～6500<50反向电压阻断能力（V）导通/关断导通/关断阻断阻断阻断阻断常态电压电压电压电压电流电流控制方式S.ITHS.ITVDMOSIGBTGTOBJT器件名称2.7电力电子器件的相关技术1串并联技术图2-47直流输电用晶闸管变换装置的一个模块（桥式电路的一个臂）该模块均衡电路由以下几部分构成。
电力电子技术(第二版)》课后习题及解答
《电力电子技术》习题及解答第1章思考题与习题晶闸管的导通条件是什么导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。
导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压U A决定。
晶闸管的关断条件是什么如何实现晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流I A减小，I A下降到维持电流I H以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。
进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压U A决定。
温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流I H会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。
晶闸管的非正常导通方式有哪几种答：非正常导通方式有：(1) I g=0，阳极电压升高至相当高的数值；(1) 阳极电压上升率du/dt过高；(3) 结温过高。
请简述晶闸管的关断时间定义。
答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。
即gr rr q t t t +=。
试说明晶闸管有哪些派生器件答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。
请简述光控晶闸管的有关特征。
答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，在光的照射下，光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。
主要用于高压大功率场合。
型号为KP100-3，维持电流I H =4mA 的晶闸管，使用在图题所示电路中是否合理，为什么(暂不考虑电压电流裕量)图题答：（a ）因为H A I mA K V I <=Ω=250100，所以不合理。
(b) 因为A V I A 2010200=Ω=, KP100的电流额定值为100Ａ，裕量达５倍，太大了。
电力电子技术 第2节 器件2_SCR资料
门极电流对正向
击穿
阻断电压的影响
图1-8 晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
1-11
晶闸管的基本特性
2） 动态特性
1) 开通过程
iA
延迟时间td (0.5~1.5s)
100% 90%
上升时间tr (0.5~3s)
10%
开 通 时 间 tgt 以 上 两 者 之 和 ，
0 uAK
td
tr
tgt=td+ tr
IA
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
（1-5）
图2-7 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
1-6
2.3.1 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。
IG3 IG2 IG1 IG=0 U UB O AK
门极电流对正向
击穿
阻断电压的影响
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。
图2-8 晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
随着门极电流幅值的增大，
正向转折电压降低。 晶闸管本身的通态压降很
维持电流IH：通态下若电 流小于此值，管关断。
例：某晶闸管实际承担电流波形有效值为400A，则可选 额定电流为400/1.57=255A,考虑裕量，实际选额定 电流为500A的晶闸管。
1-18
晶闸管的主要参数
3）动态参数
除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：
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。
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图1-10 双向晶闸管的电气 图形符号和伏安特性
a) 电气图形符号 b) 伏安特性
电力电子技术第2章器件2SCR
晶闸管的派生器件
3) 逆 导 晶 闸 管 （ Reverse Conducting
Thyristor——RCT）
I
将晶闸管反并联一 个二极管制作在同 一管芯上的功率集 成器件。
K G
A
IG=0
偿、高压变频】。MV·A级性能优。 8kA/4kV，6kA/6kV光触发可得到。 • 无二次击穿问题。 • 导通压降具有负温度系数，不易并联。 • 半控，控制线路复杂。 • 工作频率较低。一般在500Hz内。 • 通态峰值压降较低，平均1V左右，随阳 极电流增大略为增加，一般小于2V。
电力电子技术第2章器件2SCR
图2-7 晶闸管的双晶体管模型
电力电子技术第2章器件2SCR
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
原理可以按照双 晶体管模型来解释， 根据晶体管的工作 原理 ，晶闸管的开 通是一个强烈的正 反馈过程(开通的机 理)。
关断过程。
可以控制其开通，图2-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
无法控制关断，半
a) 双晶体管模型 b) 工作原理
近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。
电力电子技术第2章器件2SCR
2.3.1 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（Light Triggered Thyristor——LTT）。
——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。
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。对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。
——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，晶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。
电力电子技术第2章器件2SCR
2.3.4 晶闸管的派生器件
1）快速晶闸管（Fast Switching Thyristor—— FST)
IRM
关断时间tq以上两者之和
tq=trr+tgr
（1-7)
O
t
普通晶闸管的关断时间约 几百微秒。
trr URRM tgr
图1-9 晶闸管的开通和关断过程波形
电力电子技术第2章器件2SCR
晶闸管的开通特性
•
注发t心s:入，射门触靠极极发门位电电极于部流流阴先极使增导晶晶大通片体，以中管
的 致
t•r:t建阴流现d阳然耗慢:立极1门I饱后时。+极A耗电极将和扩 。 （电2时 流正趋导趋展 耐 二。 ＝流脉近到 压 维通近阳 控冲指于全 越 开。于极 制使无体高通I1电极正A阴扩）的穷实流电反极展话大际＝流馈的越，，由。0，实外电
电力电子技术第2章器件2SCR
2.3.1 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
电力电子技术第2章器件2SCR
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
1、结构：PNPN四层半导体 结构，三个PN结。 2、P1引出阳极A、N2引出阴 极K、P2引出门极K； 3、外加电压，晶闸管工作状 态。
因载流子复合较慢，过早加正压会引起 误导通。管关断后须加足够时间反压，
反向阻断恢复时间trr（与 二极管的关断特性相似）
保证管恢复阻断能力。 iA 100%
90%
正向阻断恢复时间tgr：反
向恢复结束后，由于载流 子复合过程较慢，晶闸管
10% 0 td tr
t
要恢复对正向电压的阻断
uAK
能力还需要一段时间。
• 额定电流为10A的晶闸管能否承受长期通过15A的直流 负载电流而不过热？
• 图中阴影部分为一个2p周期中晶闸管的电流波形。若 最大值为100A，试计算电流的平均值和有效值。若考 虑两倍裕量，应选择多大额定电流的晶闸管？
电力电子技术第2章器件2SCR
1.4 典型全控型器件·引言
门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久 出现。 20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一 个崭新时代。 典型代表——门极可关断晶闸管、电力晶体 管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。
是利用一定波长的光
照信号触发导通的晶
G
闸管。
K
光强度
强
弱
O
U AK
光触发保证了主电路 与控制电路之间的绝 缘，且可避免电磁干 扰的影响。
用于高压大功率的场 合。
a)
b)
图1-12 光控晶闸管的电气 图形符号和伏安特性
a) 电气图形符号 b) 伏安特性
电力电子技术第2章器件2SCR
晶闸管应用特点
• 价低、控制线路成熟、可靠性高。 • 中、大功率应用广泛【HVDC、无功补
电力电子技术第2章器件 2SCR
2020/11/27
电力电子技术第2章器件2SCR
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
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
外形有螺栓型和平板型两种封装。 有三个联接端。 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。
O
U
具有正向压降小、 关断时间短、高温 特性好、额定结温 高等优点。
a)
b)
图1-11 逆导晶闸管的电气 图形符号和伏安特性
a) 电气图形符号 b) 伏安特性
电力电子技术第2章器件2SCR
晶闸管的派生器件
4) 光控晶闸管（Light Triggered Thyristor— —LTT）
IA
又称光触发晶闸管， A
2）双向晶闸管（Triode AC Switch——TRIAC 或Bidirectional triode thyristor）
可认为是一对反并联联 接的普通晶闸管的集成。 T1
有两个主电极T1和T2，
一个门极G。
G
T2
I O
IG =0 U
在第Ｉ和第III象限有对
a)
b)
称的伏安特性。
不用平均值而用有效值 来表示其额定电流值。
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 。
电力电子技术第2章器件2SCR
例：晶闸管额定电流的选择
• 设正弦电流峰值为Im,则正弦半波电流的平均值为
正弦半波电流的有效值为
即额定电流为100A的晶闸管能承受157A的有效值电流， 对非正弦电流应按实际电流波形计算有效值除以1.57作 为选择晶闸管电流额定值的依据。设计一般应留1.5~2 倍的安全裕量。
有快速晶闸管和高频晶闸管。 开关时间以及du/dt和di/dt耐量都有明显改善。 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒， 高频晶闸管10s左右。 高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。 由于工作频率较高，不能忽略其开关损耗的发热效应。
电力电子技术第2章器件2SCR
晶闸管的派生器件
• 关断： ➢ 电流低于维持电
流。
➢ 阳极电压反极性。
电力电子技术第2章器件2SCR
2.3.3 晶闸管的主要参数
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。
本节要点
• 晶闸管原理、特性, 导通、关断条件 • 典型工作频率范围 • 典型导通压降 • 晶闸管的选择
电力电子技术第2章器件2SCR
思考题
• 说明晶闸管的基本工作原理。在哪些情况下，晶闸管 可以从断态转变为通态？已导通的晶闸管，撤出门极 驱动电流为什么不能关断？怎样才能关断？
• 晶闸管在关断状态为什么要对器件两端的du/dt进行有 效控制？
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。
图1-8 晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
电力电子技术第2章器件2SCR
晶闸管的基本特性
2） 动态特性
1) 开通过程
iA
延迟时间td (0.5~1.5s)
100% 90%
上升时间tr (0.5~3s)
10%
开 通 时 间 tgt 以 上 两 者 之 和 ，
例：某晶闸管实际承担电流波形有效值为400A，则可选 额定电流为400/1.57=255A,考虑裕量，实际选额定 电流为500A的晶闸管。
电力电子技术第2章器件2SCR
晶闸管的主要参数
3）动态参数
除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：
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。
图2-8 晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
随着门极电流幅值的增大，
正向转折电压降低。 晶闸管本身的通态压降很
维持电流IH：通态下若电 流小于此值，管关断。
小，在1V左右。
电力电子技术第2章器件2SCR