2.电力电子器件-(2)---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
电力电子技术复习题
电力电子技术复习题一、单项选择题（请选出1个正确答案填入括号中）。
1．电子技术包括信息电子技术和（）技术两大分支。
A. 电力电子B.通信电子C.模拟电子D.数字电子答案：A2．在下列电力电子器件中属于半控型器件的是（）。
A.SCRB.GTRC. IGBTD. POWER MOSFET 答案：A3．具有擎住效应的全控器件是（）。
A.SCRB.GTRC. IGBTD. POWER MOSFET 答案：C4．电力电子技术中，DC-DC是什么变换？（）A. 整流B. 逆变C. 直流斩波D. 交流变换答案：C5．隔离型DC-DC变换器主要类型有（）、反激、桥式和推挽式。
A. 同向B. 反向C. 正激D. 反相答案：C6．逆变器的三种变换方式为方波变换、阶梯波变换和（）变换。
A. 余弦波B. 正弦波C. 三角波D. 正切波答案：B7．不控整流电路中的整流管为（）。
A. GTRB. 二极管 C . IGBT D. SCR答案：B8．变压器漏感对整流电路输出电压的影响，使得输出电压（）。
A、恒定B、不能确定C、变大 D.变小答案：D9．AC-DC变换器又可分为（）和有源逆变运行两种工作状态。
A、交流调压B、直流斩波C、逆变D、整流答案：D10．交流调压电路一般采用相位控制，其特点是维持（）不变，仅改变输出电压的幅值。
A、初相B、相位C、平均值D、频率答案：D11．按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，电力电子器件分为（）和电压驱动型。
A. 电流驱动型B.电子驱动型C.空穴驱动型D.电荷驱动型答案：A12．电力电子装置中会产生外因过电压和（）过电压。
A. 内因B.电源C. 负载D. 电阻答案：A13．缓冲电路分为关断缓冲电路和（）缓冲电路。
A. 开通B.电源C. 负载D. 吸收答案：A14．电力电子技术中，DC-AC是什么变换？（）A. 整流B. 逆变C. 直流斩波D. 交流变换答案：B15．隔离型DC-DC变换器主要类型有正激、（）、和桥式和推挽式。
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。
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。
电力电子技术的主要内容1
电⼒电⼦技术的主要内容1电⼒电⼦技术的主要内容将电⼦技术和控制技术引⼊传统的电⼒技术领域，利⽤半导体电⼒开关器件组成各种电⼒变换电路实现电能的变换和控制称为电⼒电⼦技术。
电⼒电⼦技术主要包括电⼒电⼦器件、变流电路和控制技术三个部分，其中电⼒电⼦技术是基础，变流电路是电⼒电⼦技术的核⼼。
主要研究电⼒电⼦器件的应⽤、电⼒电⼦电路的电能变换原理以及控制技术及电⼒电⼦装置的开发与应⽤。
1、电⼒电⼦器件1.1电⼒电⼦器件是指可直接⽤于主电路中实现电能变换或控制的电⼦器件，它是电⼦器件的⼀⼤分⽀，能承受⾼电压和⼤电流，是弱电控制强电的纽带。
1.2电⼒电⼦器件的分类1.2.1按可控性分类根据控制信号对器件控制程度可将电⼒电⼦器件分为三类：（1）不可控器件，不能⽤控制信号来控制其导通、关断的电⼒电⼦器件，如电⼒⼆极管。
（2）半控型器件，能⽤控制信号控制其导通，但不能控制其关断的电⼒电⼦器件称为半控型器件，主要有晶闸管及其⼤部分派⽣器件（GTO除外）。
（3）全控型器件，能⽤控制信号控制其导通，⼜能控制其关断的电⼒电⼦器件称为半控型器件，⼜称为⾃关断器件。
如绝缘栅双极晶体管（IGBT）和电⼒场效应晶体管（P-MOSFET）等。
1.2.2按驱动信号类型分类（1）电流驱动型，通过控制极注⼊或抽出电流来实现导通或关断控制的。
如门极可关断晶闸管（GTO）、电⼒晶体管（GTR）。
（2）电压驱动型，通过在控制端和公共端之间加⼀定的电压信号就能实现导通或关断控制的，如电⼒场效应晶体管（P-MOSFET）、集成门集换流晶闸管（IGCT）。
1.2.3按器件内部载流⼦参与导电情况分类（1）单极型器件，由⼀种载流⼦参与导电的器件，如电⼒场效应晶体管（P-MOSFET）、静电感应晶体管（SIT）。
（2）双极型器件，由电⼦和空⽳两种载流⼦参与导电的器件，如电⼒晶体管（GTR）、静电感应晶闸管（SITH）、MOS控制晶闸管（MCT）。
1.3常⽤电⼒电⼦器件1.3.1电⼒⼆极管具有⼀个PN结和阳极A、阴极K的两层两端半导体器件。
2.电力电子器件 (2) - 半控型器件
+
_
IG2 IG1 IG0
U DRM U BO U 正向转折电压 正向特性
IG2 >IG1 >IG0
o
反向转折电压
U
_ +
反向特性
17
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2.3.2 晶闸管的基本特性
(Power Electronics)
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。
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2014-2-28
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
(Power Electronics)
5
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
电压或正向脉冲(正向触发电压)。EG>0 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。
14
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
2014-2-28
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。
7
2014-2-28
电 力 电 子 技 术
2、晶闸管的其它封装形式： 还有塑封和模块式两种封装。
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子简答题考试重点
1.电力电子器件的分类a.按照电力电子器件能被控制电路信号所控制的程度可分为三类：(1)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，因此不需要驱动电路，这就是电力二极管。
只有两个端子，器件的导通和关断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。
（2）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。
晶闸管及其大部分派生器件，器件的关断是由其在主电路中所承受的电压和电流决定的。
(3)全控型器件（自关断器件）：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。
常用的是电力场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(电力晶体管)b.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端间信号的性质分两类：(1)电流驱动型：通过从控制端注入或抽出电流来实现导通或者关断的控制。
（晶闸管、GTO 、GTR ）(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就可实现导通或关断的控制。
（IGBT 、MOSFET ）c.按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况可分三类：（1）单极型器件：由一种载流子参与导电的器件。
（电力MOSFET 、功率SIT 、肖特基二极管）(2)双极型器件：由电子和空穴两种载流子参与导电的器件。
（电力二极管、晶闸管、GTO 、GTR ）(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。
（MCT （MOS 控制晶闸管）、IGBT 、SITH ）d.根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的有效信号波形分类：（1）脉冲触发型（晶闸管及其派生器件）（2）电平控制型（（全控型器件IGBT 、GTO 、MOSFET 、GTR ）2、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。
维持晶闸管导通的条件是：使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。
《电力电子技术》复习资料
《电力电子技术》复习资料一 电力电子器件1. 要点：① 半控器件：晶闸管（SCR ）全控器件：绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）、电力晶体管（GTR ）、 门极关断晶闸管（GTO ）、电力场效应管（MOSEFT ） 不可控器件：电力二极管各器件的导通条件、关断方法、电气符号及特点。
②注意电流有效值与电流平均值的区别： 平均值：整流后得到的直流电压、电流。
有效值：直流电压、电流所对应的交流值。
波形系数：K f =有效值/平均值 。
③电力电子技术器件的保护、串并联及缓冲电路： du /dt ：关断时，采用阻容电路（RC ）。
di/dt ：导通时，采用电感电路。
二 整流电路1. 单相半波电路：① 注意电阻负载、电感负载的区别： ② 有效值与平均值的计算：平均值：整流后得到的直流电压、电流。
21cos 0.452d U U α+=d d U I R=有效值：直流电压、电流所对应的交流值。
U U =U I R = 波形系数：电流有效值与平均值之比。
f dIk I =② 注意计算功率、容量、功率因数时要用有效值。
③ 晶闸管的选型计算：Ⅰ求额度电压：2TM U =，再取1.5~2倍的裕量。
Ⅱ 求额度电流（通态平均电流I T （AV ）） 先求出负载电流的有效值（f d I k I =）； →求晶闸管的电流有效值（I T =I ）；→求晶闸管的电流平均值（()/T AV T f I I k =），再取1.5~2倍裕量。
2. 单相全桥电路负载：①注意电阻负载、电感负载和反电动势负载的区别： ② 电阻负载的计算：α移相范围：0~π负载平均值：整流后得到的直流电压、电流。
（半波的2倍）21cos 0.92d U U α+=d d U I R=负载有效值：直流电压、电流所对应的交流值。
U U =U I R = 晶闸管:电流平均值I dT 、电流有效值I T :dT d12I I =T I =③ 电感负载的计算：Ⅰ加续流二极管时，与电阻负载相同。
电力电子技术_洪乃刚_第二章电力电子器件
返回
2、晶闸管的电流参数 通态平均电流和额定电流 通态平均电流IAV国际规 定是在环境温度为40°C和在规定冷却条件下，稳定结 温不超过额定结温时，晶闸管允许流过的最大正弦半 波电流的平均值。晶闸管以通态平均电流标定为额定 电流。 当通过晶闸管的电流不是正弦半波时，选择额定 电流就需要将实际通过晶闸管电流的有效值IT折算为 正弦半波电流的平均值，其折算过程如下： 通过晶闸管正弦半波电流的平均值 ：
晶闸管开通和关断过程
晶闸管在受反向电压关断时，反向阻断恢复时间 trr，正向电压阻断能力恢复的这段时间称为正向阻断 恢复时间tgr，晶闸管的关断时间toff=trr+tgr，约为 数百微秒。 （2）dv/dt和di/dt限制 晶闸管在断态时，如果加在阳极上的正向电压上 升率dv/dt很大会使晶闸管误导通，因此，对晶闸管正 向电压的dv/dt需要作一定的限制。 晶闸管在导通过程中，如果电流上升率di/dt很 大 会引起局部结面过热使晶闸管烧坏，因此，在晶闸 管导通过程中对di/dt也要有一定的限制。
返回
二、电力二极管的伏安特性
当施加在二极管上的正向电压大于UTO 时， 二极管导通。当二极管受反向电压时，二极管仅 有很小的反向漏电流（也称反向饱和电流）。
二极管的伏安特性
返回
三、电力二极管的主要参数
A、额定电压 B、额定电流 C、结温
电力二极管实物图
返回
A、电力二极管的额定电压 反向重复峰值电压和额定电压： 额定电压即是能够反复施加在二极管上，二极 管不会被击穿的最高反向重复峰值电压URRM，该电压 一般是击穿电压UB的2/3。在使用中额定电压一般取 二极管在电路中可能承受的最高反向电压（在交流 电路中是交流电压峰值），并增加一定的安全裕量。
电力电子课后习题答案-部分
2-11试列举你所知道的电力电子器件，并从不同的角度对这些电力电子器件进行分类。
目前常用的控型电力电子器件有哪些?答：1. 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：（1）半控型器件：晶闸管及其派生器件（2）全控型器件：IGBT,MOSFET，GTO,GTR（3）不可控器件:电力二极管2. 按照驱动信号的波形（电力二极管除外）（1）脉冲触发型：晶闸管及其派生器件（2）电平控制型：（全控型器件）IGBT,MOSFET，GTO,GTR3. 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类：（1）单极型器件：电力 MOSFET，功率 SIT,肖特基二极管（2）双极型器件：GTR,GTO,晶闸管，电力二极管等（3）复合型器件：IGBT,MCT,IGCT 等4.按照驱动电路信号的性质，分为两类：（1）电流驱动型：晶闸管，GTO，GTR 等（2）电压驱动型：电力 MOSFET,IGBT 等常用的控型电力电子器件：门极可关断晶闸管, 电力晶闸管，电力场效应晶体管，绝缘栅双极晶体管。
2-15 对晶闸管触发电路有哪些基本要求？晶闸管触发电路应满足下列要求：１）触发脉冲的宽度应保证晶闸管的可靠导通；２）触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的3-5倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达到1-2A/US。
３）所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠出发区域之内。
４）应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。
2-18 ＩＧＢＴ、ＧＴＲ、ＧＴＯ和电力ＭＯＳＦＥＴ的驱动电路各有什么特点？IGBT驱动电路的特点是：驱动电路具有较小的输出电阻，IGBT是电压驱动型器件，IGBT 的驱动多采用专用的混合集成驱动器。
GTR驱动电路的特点是：驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿，并有一定的过冲，这样可加速开通过程，减小开通损耗；关断时，驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流，并加反偏截止电压，以加速关断速度。
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 ：
12
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
2018/10/8
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。
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
(Power Electronics)
4
2018/10/8
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。
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
(Power Electronics)
6
2018/10/8
电 力 电 子 技 术
《电力电子技术》西安交通大学王兆安第五版第2章电力电子器件 (2)
2.1.3 电力电子器件的分类
■按照载流子参与导电的情况 ◆单极型器件 ☞由一种载流子参与导电。 ◆双极型器件 ☞由电子和空穴两种载流子参与导电。 ◆复合型器件 ☞由单极型器件和双极型器件集成混合而成， 也称混合型器件。
10/89
2.1.4 本章内容和学习要点
■本章内容 ◆按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其 它新型器件的顺序，分别介绍各种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的 一些问题。
■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。
◆使用时，应当留有两倍的裕量。
20/89
2.2.3 电力二极管的主要参数
■最高工作结温TJM ◆结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。 ◆最高工作结温是指在PN结不致损坏的前提下 所能承受的最高平均温度。 ◆TJM通常在125～175C范围之内。
图2-5 电力二极管的伏安特性
17/89
2.2.2 电力二极管的基本特性
IF
UF
d iF
dt
trr
td
tf
t1:反向电 流达最大 值的时刻
tF t0
t0:正向 电流降 为零的 时刻
u i U
FP
t1 t 2
UR
t
d iR
dt
IR UPRP a)
i
F
t2:电流变 化率接近 于零的时 刻
u
2V
F
0
b)
■学习要点 ◆最重要的是掌握其基本特性。 ◆掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性 曲线的使用方法。 ◆了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。 ◆了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。
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
◆电流驱动型
☞ 从控制端注入或者抽出电流来实现器件导通、关断。
◆电压驱动型
☞ 在控制端和公共端之间施加一定的电压信号实现器
件导通或者关
断的控制。
■按照驱动信号的波形（电力二极管除外 ）
◆脉冲触发型
☞ 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。
◆电平控制型
☞ 通过持续在控制端施加一定电平的电压或电流信号使器件开通并维持导通状态
静态特性 ◆正常工作时的特性 ☞ 当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通 。 ☞ 当晶闸管承受正向电压时，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，不论门极触发电流是否还存在，晶
闸管都保持导通 。 ☞ 若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸
态。
与 IF 对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降 UF。
◆承受反向电压时，只有少子 引起的微小而数值恒定的反向漏电流。
■晶闸管的结构
◆从外形上来看，晶闸管也主要有螺栓型和平板型两种封装结构 。
◆引出阳极 A、阴极 K 和门极（控制端）G 三个联接端。
◆内部是 PNPN 四层半导体结构。
除门极触发外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
后，能维持导通所需的最小电流。 ☞ 约为 IH 的 2~4 倍
◆产生逆变的条件 ☞ 要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流侧
的平均电压。 ☞ 要求晶闸管的控制角 > /2，使 Ud 为负值。 ☞ 两者必须同时具备才能实现有源逆变。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
(Power Electronics)
6
2017/8/21
电 力 电 子 技 术
螺 栓 型 晶 闸 管
平板型晶闸管外形及结构
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
(Power Electronics)
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。
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
(Power Electronics)
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2017/8/21
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
(Power Electronics)
5
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
β 2 iG
T2
+ EA _
iC 2 2 iG i B 1 iC 1 β 1 iC 2 1 2 iG i B 2
晶闸管导通后，去掉EG ， 依靠正反馈，仍可维持导 通状态。
武汉科技大学信息科学与工程学院
i B 2 iG
K EA > 0、EG > 0
11
电力电子器件
13
IA实际由外电路决定。
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2017/8/21
2.3.2 晶闸管的基本特性
晶闸管导通的条件：
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 I A
2 I G I CBO1 I CBO2
1 ( 1 2 )
电流。由以上式可得 ：
12
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
(Power Electronics) 电 力 电 子 技 术
第四节
第五节
典型全控型器件
其他新型电力电子器件
第六节
功率集成电路与集成电力电子模块
本章小结及作业
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
(Power Electronics)
3
2017/8/21
电 力 电 子 技 术
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
4
2017/8/21
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
2017/8/21
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。
开通状态：注入触发电流使晶体
IA
2 I G I CBO1 I CBO2
1 ( 1 2 )
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。
在极短时间内使两个三 极管均饱和导通，此过
i B 2 iG
K EA > 0、EG > 0
10
程称触发导通。
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2017/8/21
晶闸管导通的工作原理:
(Power Electronics)
形成正反馈过程
A
β1β2 iG
T1
R
iG
E
G
iB 2
7
2017/8/21
电 力 电 子 技 术
2、晶闸管的其它封装形式： 还有塑封和模块式两种封装。
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2017/8/21
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
(Power Electronics)
8
A 阳极(Anode)
P1
四 层 半 导 体
三 个
电 力 电 子 技 术
2017/8/21
按晶体管的工作原理 ，得：
I c1 1I A I CBO1
I c 2 2 I K I CBO2
（2-1） （2-2） （2-3） （2-4）
(Power Electronics)
I K I A IG
I A I c1 I c 2
电力电子器件
(Power Electronics)
1
2017/8/21
电 力 电 子 技 术
第2章 电力电子器件
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
(Power Electronics)
2
2017/8/21
电 力 电 子 技 术
第一节
电力电子器件概述
第二节
第三节
不可控器件——电力二极管
半控型器件——晶闸管
G
P
G
IG
IK _K
晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
电 力 电 子 技 术
2017/8/21
晶闸管导通的工作原理:
(Power Electronics)
形成正反馈过程
A
β 1β 2 iG
T1 G
R
iG
EG
iB 2
β 2 iG
+ T2 EA _
iC 2 2 iG i B 1 iC 1 β 1 iC 2 1 2 iG i B 2
PN
N1
P2
结
G 控制极(Gate)
符号
N2
K 阴极(Kathode)
结构
武汉科技大学信息科学与工程学院
电力电子器件
2017/8/21
A
电 力 电 子 技 术
A
P N
双晶体管模型
G
(Power Electronics)
9
+
A N1 T1 P2 N2 N1 T2
P1
IA
N P N K
P1 P2
N1
P2 N2 K