电力电子器件半控型器件
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
电力电子技术器件的分类
1.1不可控器件电力二极管功率二极管是开通与关断均不可控的半导体开关器件，其电压、电流定额较大，也称为半导体电力二极管。
1.2功率二极管的结构和工作原理与普通二极管相比，工作原理和特性相似，具有单向导电性。
在面积较大的PN 结上加装引线以及封装形成，主要有螺栓式和平板式。
1.3功率二极管的基本特征1) 静态特性主要指其伏安特性1.门槛电压U TO，正向电流I F开始明显增加所对应的电压。
2.与I F对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降U F。
3.承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。
2) 动态特性功率二极管通态和断态之间转换过程的开关特性。
1.二极管正向偏置形成内部PN结的扩散电容。
此时突加反向电压，二极管并不能立即关断。
当结电容上的电荷复合掉以后，二极管才能恢复反向阻断能力，进入截止状态。
2.二极管处于反向偏置状态突加正向电压时，也需要一定的时间，才会有正向电流流过，称为正向恢复时间。
1.4功率二极管的主要参数1．额定正向平均电流I F（AV）——在规定的管壳温度和散热条件下，功率二极管长期运行时允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
2.反向重复峰值电压U RRM——功率二极管反向所能承受的重复施加的最高峰值电压。
3.正向管压降U F——功率二极管在规定的壳温和正向电流下工作对应的正向导通压降。
4.最高允许结温T jM——结温（T j）是管芯PN结的平均温度，最高允许结温（T jM）是PN结正常工作时所能承受的最高平均温度。
1.5功率二极管的主要类型1) 普通二极管（General Purpose Diode ） 又称整流二极管（Rectifier Diode ）多用于开关频率不高（1kHz 以下）的整流电路其反向恢复时间较长正向电流定额和反向电压定额可以达到很高2) 快恢复二极管（Fast Recovery Diode ——FRD ）简称快速二极管 快恢复外延二极管（Fast Recovery Epitaxial Diodes ——FRED ），其t rr 更短（可低于50ns ）， U F 也很低（0.9V 左右），但其反向耐压多在1200V 以下。
半控型电力电子器件晶闸管
晶闸管在电力系统中的应用场景
电力系统
• 发电 • 输电 • 变电 • 配电
应用场景
• 断路器：用于控制电路的通断 • 变压器：用于调节电压等级 • 电容器：用于无功补偿和平衡电网 • 电动机：用于变频调速和电气传动 • 整流器：用于交流电到直流电的转换
02
半控型晶闸管的特点及性能
半控型晶闸管的结构特点及性能优势
应用
• 半控型晶闸管作为变频器的开关元件，实现电机的变频 调速 • 通过PWM技术控制晶闸管的导通和关断，实现电机的精 确控制
半控型晶闸管在无功补偿装置中的应用
无功补偿装置
• 用于补偿电力系统的无功功率，提高功率因数 • 通过调节电容器的投切，实现无功功率的补偿
应用
• 半控型晶闸管作为无功补偿装置的开关元件，实现电容 器的投切 • 通过控制算法控制晶闸管的导通和关断，实现无功功率 的精确补偿
晶闸管驱动与控制技 术的发展趋势
• 发展趋势 • 提高驱动器的性能和可靠性，满足电力系统的需求 • 降低驱动器的成本，提高市场竞争力 • 开发新型驱动器和控制方法，拓展应用领域 • 实现驱动器和控制器的集成，提高系统性能
04
半控型晶闸管在电力电子设备中的应用
半控型晶闸管在变频器中的应用
变频器
• 用于交流电机的变频调速 • 通过改变电机的供电频率，实现电机的转速调节
发展趋势
• 提高晶闸管的容量和性能，满足电力系统的需求 • 降低晶闸管的成本，提高市场竞争力 • 开发新型晶闸管，拓展应用领域
03
半控型晶闸管的驱动与控制技术
晶闸管驱动器的分类及特点
特点
• 直接驱动：驱动器直接与晶闸管栅极连接，驱动速度快，但抗干扰能力较弱 • 间接驱动：驱动器通过隔离器件与晶闸管栅极连接，抗干扰能力强，但驱动速度较慢 • 模拟控制：驱动器采用模拟电路进行控制，控制简单，但精度较低 • 数字控制：驱动器采用数字电路进行控制，控制精度高，但成本较高
电力电子复资料
第一章 电力电子器件1、电力电子器件一般工作在( 开关状态 ) 。
2、按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类： ( 半控型器件)、(全控型器件)、(不可控器件)。
3、半控型电力电子器件控制极只能控制器件的（ 导通 ），而不能控制器件的( 关断 )4、电力二极管的主要类型有( 普通二极管 )，( 快恢复二极管 )和(肖特基二极管)5、晶闸管的三极为( 阳极 )、 ( 阴极 )、( 门极 )。
6、晶闸管是硅晶体闸流管的简称，常用的外形有( 螺栓型 )与( 平板型 )。
7、晶闸管一般工作在( 开关 )状态。
晶闸管由( 四 )层半导体构成；有( 3 )个PN 结。
8、晶闸管的电气符号是A AG G K Kb)c)a)A GK K G A P 1N 1P 2N 2J 1J 2J 3 。
9、晶闸管导通的条件是在 ( 阳 )极加正向电压，在 ( 门 )极加正向触发电压。
10、给晶闸管阳极加上一定的( 正向 )电压；在门极加上( 正向门极 )电压，并形成足够的( 门极触发 )电流，晶闸管才能导通。
11、晶闸管的非正常导通方式有 ( 硬导通 ) 和 ( 误导通 ) 两种。
12、晶闸管在触发开通过程中，当阳极电流小于( 擎住 )电流之前，如去掉( 触发 )脉冲，晶闸管又会关断。
13、要使晶闸管重新关断，必须将（ 阳极 ）电流减小到低于（ 维持 ）电流。
14、同一晶闸管，维持电流I H 与掣住电流I L 在数值大小上有I L ( 大于 )I H 。
15、晶闸管的额定电流是指（ 平均 ）值；。
16、由波形系数可知，晶闸管在额定情况下的有效值电流I T 等于（ 1.57 ）倍I T （AV ），如果I T （AV ）=100安培，则它允许的有效电流为（ 157 ）安培。
通常在选择晶闸管时还要留出 （1.5～2 ）倍的裕量。
17、型号为KP100-8的晶闸管表示其额定电压为 ( 800 ) 伏额定有效电流为( 100 ) 安。
电力电子技术
电力电子技术（区分）电力电子器件按照控制特性分类：1）不可控型器件（不具有开关性能）：功率二极管；2）半控型器（只能控制导通不能控制其关断）：晶闸管及其大部分晶闸管派生器件；3）全控型器件（既能控制导通又能控制其关断）：可关断晶闸管、双极型功率晶体管、功率场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管等。
变换器按照电能变换功能分为：1）交流—直流变换器（AD-DC Converter）；2）直流—交流变换器（DC-AD Converter）；3）交流—交流变换器（AD-AD Converter）；4）直流—直流变换器（DC-DC Converter）。
晶闸管导通需要具备的条件：1）在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压（即在阳极加正向电压）；2）在晶闸管的门极与阴极之间加上正向电压和电流（即在门极加正控制信号）。
区分维持电流和擎住电流：1）维持电流I H：在室温和门极断路时，晶闸管已经处于通态后，从较大的通态电流降至维持通态所必需的最小阳极电流。
2）擎住电流I L：晶闸管从断态转换到通态时移去的触发信号之后，要保持器件维持通态所需要的最小阳极电流。
对于同一个晶闸管来说，通常擎住电流为维持电流的（2~4）倍。
晶闸管的通态平均电流I T(AV)和正弦电流最大值I m之间的关系：I T(AV)= ;正弦半波电流的有效值I T：I T= 。
绝缘栅双极型晶体管IGBT兼有MOSFET的快速响应、高输入阻抗和BJT的低通态压降、高电流密度的特性。
由栅极电压来控制IGBT的导通或关断。
晶闸管对驱动电路的基本要求：1）驱动信号可以是交流、直流或脉冲；2）驱动信号应有足够的功率；3）驱动信号应有足够的宽度和陡度。
晶闸管串联时必须解决其均压问题，均压包括静态均压和动态均压两种。
器件的容量从高到低的顺序：SCR、GTO、IGBT、BJT、功率MOSFET；器件的频率从高到低的顺序：功率MOSFET、IGBT、BJT、GTO、SCR。
第二章：触发角a也称触发延迟角或控制角，是指晶闸管从承受电压开始到导通之间角度。
常用电力电子器件
2.按驱动电路加在器件控制端和公共端之间信 号的性质分类
1）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。常见的有普通晶闸管、门极可关断 晶闸管GTO等。
2）电压驱动型 通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号
（2）关断过程包括反向阻断恢复时间和正向阻断恢复 时间。
关断时间tq是反向阻断恢复时间与正向阻断恢复时间 之和，即 tq=trr+tgr。普通晶闸管的关断时间约几百微秒， 快速晶闸管的关断时间为几微秒到几十微秒。
6.晶闸管的主要参数 晶闸管的主要参数包括电压定额、电流定额、动 态参数和门极参数等。 1）电压定额 电压定额包括断态重复峰值电压、反向重复峰值
电压、通态（峰值）电压、额定电压和通态平均电压 等。
（1）正向重复峰值电压。断态重复峰值电压 UDRM是指在门极断开而结温为额定值时，允许重 复加在器件上的正向峰值电压。
（2）反向重复峰值电压。反向重复峰值电压 URRM是指在门极断开而结温为额定值时，允许重 复加在器件上的反向峰值电压。
（3）通态（峰值）电压。通态（峰值）电压 UTM是指晶闸管通以π倍的或某一规定倍数的额定 通态平均电流时的瞬态峰值电压。从减小器件损 耗和发热的角度应选用UTM较小的晶闸管。
其他几种可能导通的情况：
（1）阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应， 即硬开通。 （2）阳极电压上升率du/dt过高。 （3）结温较高。 （4）光直接照射晶体管硅片上，即光触发。
5.晶闸管的基本特性 晶闸管的基本特性包括静态特性和动态特性。
1）晶闸管的静态特性 （1）晶闸管的阳极伏安特性。晶闸管的阳极伏安特 性是指晶闸管阳极电流和阳极电压之间的关系曲线，如图 2-5所示。其中，第I象限的是正向特性；第III象限的是反 向特性。
电力电子器件
晶闸管为数十微秒，而高频晶闸管则为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，选择快速晶闸管和高频晶闸管的 通态平均电流时不能忽略其开关损耗的发热效应。
2.3.4 晶闸管的派生器件
I
■双向晶闸管（Triode AC
2.3.3 晶闸管的主要参数
■电压定额 ◆断态重复峰值电压UDRM ☞是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器 件上的正向峰值电压。 ☞国标规定断态重复峰值电压UDRM为断态不重复峰值 电压（即断态最大瞬时电压）UDSM的90%。 ☞断态不重复峰值电压应低于正向转折电压Ubo。 ◆反向重复峰值电压URRM ☞是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器 件上的反向峰值电压。 ☞规定反向重复峰值电压URRM为反向不重复峰值电压 （即反向最大瞬态电压）URSM的90%。 ☞反向不重复峰值电压应低于反向击穿电压。
电子器件
2.6 功率集成电路与集成电力电子模块
■基本概念 ◆ 20世纪80年代中后期开始，模块化趋势，将多
个器件封装在一个模块中，称为功率模块。 ◆可缩小装置体积，降低成本，提高可靠性。 ◆对工作频率高的电路，可大大减小线路电感，
从而简化对保护和缓冲电路的要求。 ◆将器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自
时间短、高温特性好、额 定结温高等优点，可用于 不需要阻断反向电压的电 路中。
K G
A
I O
IG=0 U
a)
b)
图2-12 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
2.3.4 晶闸管的派生器件
■光控晶闸管（Light
2.电力电子器件 (2) - 半控型器件解析
1 ( 1 2 )
电流。由以上式可得 ：
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(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
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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。
求。它具有体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维护
简单、操作方便和寿命长等特点，获得了广泛的应用。 晶闸管也有许多派生器件，如快速晶闸管（FST）、双 向晶闸管（TRIAC）、逆导晶闸管（RCT）和光控晶闸 管（LCT）等。
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(Power Electronics)
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电 力 电 子 技 术
2.3 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
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。
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电力电子器件-半控型器件
E
晶闸管导通后，去掉EG ，
G
依靠正反馈，仍可维持导
K
通状态。
EA > 0、EG > 0
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电力电子器件
按晶体管的工作原理 ，得：
Ic1 1I A ICBO1
（2-1）
Ic2 2 I K ICBO2
IK IA IG I A Ic1 Ic2
晶闸管伏安特性 (I f (U )曲线)
I 正向平均电流
IF
+_
擎住电流
维持电流 IL
UBR URRM
IH
o
反向转折电压
U
_+
IG2 >IG1 >IG0
IG2 IG1 IG0
U DRM UBO U 正向转折电压
反向特性
正向特性
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电力电子器件
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2.3.3 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：
电力电子技术 (Power Electronics)
1. 电压定额
1) 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。
2) 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。
3) 通态（峰值）电压UTM——晶闸管通以某一规定倍数
电力电子器件分类？
电力电子器件分类？按电力电子开关器件可控性分类：不可控件、半可控件、全控性器件。
电力电子控件很多，所谓半控件指只能控制开启，不能控制关断；全可控件即可以控制开启，也可控制关断。
搞懂这些器件的特性和用途，对电子设备及产品的维修极为重要，小编总结了一下，希望能给大家一些帮助。
特性对比表一、晶闸管1、别名：可控硅是一种大功率半导体器件，常用做交流开关，触发电流>50毫安2、特点：体积小、重量轻、无噪声、寿命长、容量大、耐高压、耐大电流、大功率3、主要应用领域：整流、逆变、变频、斩波（直流-直流）单向可控硅双向可控硅BTA06-600C、BTA12-600B、BTA16-600B、BTA二、MOS(MOSFET)管1、作用：MOS管多被用作电子开关，用在控制回路中控制负载的通断。
栅极有电容效应，即使断开了电源，栅极上可能仍保持着电压。
2、特性：MOSFET高输入阻抗、驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。
N沟道开启电压一般在2~4V；P沟道开启电压一般在-2~-4V。
3、辨别NNOS、PMOS方法：借助寄生二极管来辨别。
将万用表档位拨至二极管档，红表笔接S，黑表笔接D，有数值显示，反过来接无数值，说明是N沟道；若情况相反是P沟道。
4、应用领域：步进马达驱动、电钻工具、工业开关电源、新能源领域、光伏逆变、充电桩、无人机、交通运输领域、车载逆变器、汽车HID安定器、电动自行车、绿色照明领域、CCFL节能灯、LED照明电源、金卤灯镇流器。
Trench /SGT /Super Junction MOSFETMOS管工作原理三、IGBT1、名称：绝缘栅双极型晶体管，是MOS管和三极管的结合体，主要作用是逆变和变频，俗称电力电子装置的“CPU”。
2、特点：兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点,驱动功率小而饱和压降低。
呈7大特性：1、80%IGBT带阻尼二极管，且可以替代不带阻尼管使用；2、可以理解为大功率三极管和场效应管组成，但不能简单代替使用；3、检测方式可以是蜂鸣档，也可以是二极管档位；4、继承了场效应管的高阻抗和三极管的高反压的优点，耐电压、耐电流，低功耗；5、应用范围管：电流10-3300A、电压600-6500V、工作频率10-30Kh；6、可做高速开关使用；7、启动电压低3V左右，饱和导通电压较高为5-15V。
电力电子技术
填空1、电力电子电路中能实现电能变换的半导体电子器件称为电力电子器件。
2、电力电子器件按器件的开关控制特性可分为：（1）不可控器件（电力二极管）（2）半控型器件（晶闸管及其大部分派生器件）（3）全控型器件（门极可关断晶闸管、功率场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管等）。
3、电力电子器件按控制信号的性质不同分类：（1）电流控制型器件（晶闸管、门极可关断晶闸管、功率晶体管、IGCT 等）（2）电压控制型半导体器件（MOSFET 管和IGBT 管）4、简写：电力二极管（SR ）晶闸管（SCR ）可关断晶闸管（GTO ）电力晶体管（GTR ）电力场效晶体管（MOSFET ）绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）5、电流波形系数电流平均值电流有效值 f K 6、在I g =0时，依靠增大阳极电压而强迫晶闸管导通的方式称为硬开通。
7.、规定从晶闸管的门极获得触发信号时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的10%的时间称为延时时间t d ；阳极电流从10%上升在稳态值的90%所需的时间称为上升时间t r ，以上两者之和就是晶闸管的开通时间t gt 。
8、关断时间是由反向阻断恢复时间和正向阻断恢复时间组成。
9、在室温下，门极断开时，元件从较大的通态电流降至刚好能保持导通的最小阳极电流称为维持电流I H 。
维持电流与元件容量、结温等因素有关。
当元件刚从阻断状态转为导通状态就撤除触发电压，此时元件维持导通所需要的最小阳极电流称为掣住电流I t 。
10、电力电子器件的换流方式可分为：（1）器件换流（2）电网换流（3）负载换流（4）脉冲换流。
11、散热系统一般有三种冷却方式：（1）自然冷却；只是用与小功率应用场合（2）风扇冷却：适用于中等功率应用场合，如IGBT 应用电路（3）水冷却：适用于大功率应用场合，如大功率GTO ，IGCT ，SCR 等应用电路。
12、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。
半控型器件
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被称为半控型器件，这类器件主要是晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。
电力二极管电力二极管（Power Diode）在20世纪50年代初期就获得应用，当时也被称为半导体整流器；它的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管是一样的，都以半导体PN结为基础，实现正向导通、反向截止的功能；其重要类型有：普通二极管，快恢复二极管，肖特基二极管。
晶闸管晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上第一晶闸管产品，并于1958年使其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生器件有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。
它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。
晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
晶闸管的种类晶闸管有多种分类方法。
（一）按关断、导通及控制方式分类晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。
（二）按引脚和极性分类晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。
（三）按封装形式分类晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。
其中，金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。
（四）按电流容量分类晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。
通常，大功率晶闸管多采用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装。
电力电子器件的种类
电力电子器件的种类
电力电子器件的种类很多，按照不同方法可以分成不同类型。
一、按照能够被控制电路信号所控制的程度
1.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。
主要是指晶闸管及其大部分派生器件。
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。
目前最常用的是IGBT和Power MOSFET。
3.不可控器件
器件本身没有没有导通、关断控制功能，而是需要根据外电路条件决定其导通、关断状态的器件称为不可控器件。
电力二极管就是典型的不可控器件。
二、按照驱动信号的性质
1.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。
代表性器件有晶闸管、门极可关断晶闸管、功率晶体管、IGBT等。
2.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。
代表性器件为MOSFET管和IGBT管。
3.脉冲触发型
通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控制。
4.电平控制型
必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件开通。
第二章电力电子器件
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2.1 电力电子器件概述
电力电子器件的使用特点 从使用角度出发，主要可从以下五个方面考察电力电子器件的性能特点。 (1)导通压降。电力电子器件工作在饱和导通状态时仍产生一定的管耗，管耗 与器件导通压降成正比。 (2)运行频率。受到开关损耗和系统控制分辨率的限制，器件的开关时间越短， 器件可运行的频率越高。 (3)器件容量。器件容量包括输出功率、电压及电流等级、功率损耗等参数。 (4)耐冲击能力。这主要是指器件短时间内承受过电流的能力。半控型器件的 耐冲击能力远高于全控型器件。 (5)可靠性。这主要是指器件防止误导通的能力。
普通二极管(Conventional Diode)又称整流二极管(Rectifier Diode)， 多用于开关频率不高(1kHz以下)的整流电路中 2. 快速恢复二极管
恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短(一般在5ms以下)的二极管被称 为快速恢复二极管(Fast Recovery Diode，FRD)，简称快速二极管。 3. 肖特基势垒二极管
2.3 半控型器件—晶闸管及其派生器件
2. 晶闸管的工作原理 按图2.12所示电路 (1) 当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极承受何种电压，晶闸管都处
于关断状态。 (2) 当晶闸管承受正向阳极电压时，若门极不施加电压，晶闸管也处于关
断状态。即晶闸管具有正向阻断能力。 (3) 要使晶闸管由阻断变为导通，必须在晶闸管承受正向阳极电压时，同
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2.2 电力二极管
电力二极管的工作原理和基本特性
电力二极管的基本结构都是以半导体PN结为基础。电力二极管实际上是 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。图2.7所示为电力二极 管的外形、结构和电气图形符号。从外形上看，电力二极管主要有螺栓型和 平板型两种封装。
半控型电力电子器件晶闸管
半控型电力电子器件晶闸管1. 简介晶闸管是一种半控型电力电子器件，用于控制大功率电流的开关。
它由一个PN结、一个控制端和一个负载端组成。
晶闸管具有可控性和开关性能，广泛应用于各种电力电子系统中。
晶闸管的工作原理是基于双向导电特性的触发和保持机制。
通过对控制端施加一个触发脉冲电压，晶闸管可以从关断状态变为导通状态。
一旦晶闸管被触发，它会维持导通状态，直到负载电流低于其保持电流。
本文将介绍晶闸管的结构、工作原理以及应用领域。
2. 结构晶闸管的结构包括PN结、控制端和负载端。
PN结是晶闸管的主要组成部分，它由P型和N型的半导体材料堆叠而成。
PN 结之间的边界被称为结口。
晶闸管的导通状态是通过在结口施加一定的偏置电压来实现的。
控制端是晶闸管的触发端，用于施加一个触发脉冲电压。
当控制端施加的电压高于晶闸管的触发电压，晶闸管会从关断状态变为导通状态。
负载端是晶闸管的输出端，连接到需要控制的负载电路。
负载端负责传递电流，并控制电路的开关行为。
3. 工作原理晶闸管的工作原理可以分为以下几个步骤：1.处于关断状态：晶闸管的PN结被正向偏置，处于关断状态。
2.施加触发脉冲：通过控制端施加一个触发脉冲电压。
触发脉冲电压的幅值必须高于晶闸管的触发电压。
3.触发导通：当触发脉冲电压高于触发电压时，晶闸管的PN结上出现称为触发层的导电区域。
这导致晶闸管开始导通。
4.维持导通：一旦晶闸管被触发，触发层将继续维持导通状态，直到负载电流降至保持电流以下。
此时，晶闸管处于导通状态。
5.关断：当负载电流低于保持电流时，触发层停止维持导通状态，晶闸管回到关断状态。
4. 应用领域晶闸管在各种电力电子系统中都得到了广泛的应用。
以下是晶闸管的几个主要应用领域：1.电力调节器：晶闸管可以用作电力调节器，控制交流电源输出的电压和频率。
通过改变触发脉冲的时间和幅度，可以调整输出电压和频率。
2.交流电动机控制：晶闸管可以用于控制交流电动机的启动、停止和转速调节。
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开通状态：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，
将趋近于无穷大，实现饱和导通。
IA实际由外电路决定。
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电力电子器件半控型器件
•2.3.2 晶闸管的基本特性
•晶闸管导通的条件：
• 1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电 压（EA>0）。 • 2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)施加正向 电压或正向脉冲(正向触发电压)。EG>0
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•晶闸管伏安特 性
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•2.3.2 晶闸管的基本特性
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。
四 层 半 导 体
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•
•三
•P
•个
1 •N1
PN
结
•P2
•G
•控制极(Gate)
•N2
•K 阴极(Kathode)
•结构2020/12/1
•符号
电力电子器件半控型器件
•A•
•A •双晶体管模型
•G
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•P 1 •N1
•P2 •G •N2
•P •N •N •P •P
•N
•K •K
电力电子器件-半控型器 件
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电力电子器件半控型器件
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
电力电子器件概述 不可控器件——电力二极管 半控型器件——晶闸管 典型全控型器件 其他新型电力电子器件 功率集成电路与集成电力电子模块 本章小结及作业
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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 ：
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电力电子器件半控型器件
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。
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。
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
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电力电子器件半控型器件
•2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
1、晶闸管的结构
具有四层PNPN结构、三端引出线(A、K、G)的器件。
✓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。
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•2.3 半控型器件—晶闸管
晶闸管是一种能够用控制信号控制其导通，但不能控 制其关断的半控型器件。其导通时刻可控，满足了调压 要求。它具有体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维 护简单、操作方便和寿命长等特点，获得了广泛的应用。
晶闸管也有许多派生器件，如快速晶闸管（FST）、 双向晶闸管（TRIAC）、逆导晶闸管（RCT）和光控晶 闸管（LCT）等。
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•2.3 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
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•2.3.2 晶闸管的基本特性
2. 动态特性
1) 开通过程
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。
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为以上两者之和，
• 晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正 反馈，晶闸管仍可维持导通状态。
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•晶闸管关断的条件：
• 1. 必须使可控硅阳极电流减小,直 到正反馈效应不能维持。 • 2. 将阳极电源断开或者在晶闸管 的阳极和阴极间加反相电压。
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•晶闸管导通的工作原理:
•A
•形成正反馈过程
• T1
•R
•T2
•E•+ A •_
•E
G
•K •EA > 0、EG > 0
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• 晶闸管导通后，去掉EG ， 依靠正反馈，仍可维持导 通状态。
电力电子器件半控型器件
按晶体管的工作原理 ，得：
•（2-1） •（2-2） •（2-3） •（2-4）
电力电子器件半控型器件
•螺 栓 型 晶 闸 管
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•平板型晶闸管外形及结构
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电力电子器件半控型器件
•2、晶闸管的其它封装形式： • 还有塑封和模块式两种封装。
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电力电子器件半控型器件
•2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
•A•阳极(Anode)
•晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
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电力电子器件半控型器件
•晶闸管导通的工作原理:
•A
• T1
•R
•G •EG
•T2•EA••_+
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•K •EA > 0、EG > 0
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•形成正反馈过程
•在极短时间内使两个三 极管均饱和导通，此过 程称触发导通。
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•2.3.2 晶闸管的基本特性
1. 静态特性
➢ 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；伏安特性类似二极管的反向特 性;
➢ 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，只有使晶闸管承受反向电压， 或使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。