静电感应晶闸管
第二章 - 5_IGBT(电力电子技术)
主要解决挚 住效应
改善饱和压降和开 关特性：N+缓冲 层、P+层浓度、 厚度最佳化、新 寿命控制，饱和 压降、下降时间 微细化工艺 均降低了30%以 上。
有选择的寿命控制，饱 和压降和关断时间 下降到1.5V/0.1ms。
沟槽技术
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2.5 其他新型电力电子器件
2.5.1 MOS控制晶闸管MCT 2.5.2 静电感应晶体管SIT 2.5.3 静电感应晶闸管SITH 2.5.4 集成门极换流晶闸管IGCT 2.5.5 基于宽禁带半导体材料的电力 电子器件
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2.4.4 绝缘栅双极晶体管
■IGBT的主要参数 ◆前面提到的各参数。 ◆最大集射极间电压UCES ☞由器件内部的PNP晶体管所能承受的击穿 电压所确定的。 ◆最大集电极电流 ☞包括额定直流电流IC和1ms脉宽最大电流ICP。 ◆最大集电极功耗PCM ☞在正常工作温度下允许的最大耗散功率。
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正向电流密度（A/sp.cm)
1000
IGBT
100 10 1 0.1 0 1 2
300V 600V 1200V 300V 600V 1200V
MOSFET
正向压降（V） 16
3
温度特性
功率MOSFET 导通时温升沟道电阻速增，200度时可达室温时的3倍。考 虑温升必须降电流定额使用。 IGBT 可在近200度下连续运行。导通时，MOS段的N通 道电阻具有正温度系数，Q2的射基结具有负温度系数，总 通态压降受温度影响非常小。
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IGBT_5SNS 0300U120100
主要参数： • VCES 1200V • IC(DC) 300A • Tc(OP) -40~125oC • VCESAT IC300A ,VGE15V: 1.9V 25oC,2.1V125oC
晶闸管的发展及其应用
目 录第一章 电力电子技术简介及其器件发展 (1)第二章 晶闸管 (2)2.1 晶闸管的产生及符号 (2)2.2晶闸管的导通与关断条件 (3)2.3 晶闸管的工作原理 (4)2.4 晶闸管的阳极伏安特性 (5)2.5 晶闸管的主要参数 (6)2.5.1 晶闸管的重复峰值电压 (7)2.5.2晶闸管的额定通态平均电流额定电流T I （AV ） (7)2.6 通态平均电压T U （AV ） (8)2.7 门极触发电压GT U 和门极触发电流GT I (8)2.8 维持电流H T (9)2.8 掣住电流L I (9)2.9 断态电压临界上升率du ／dt (9)2.10 通态电流临界上升率di ／dt (10)第三章 双向晶闸管及其派生晶闸管 (11)3.1 双向晶闸管 (11)3.2 快速晶闸管 (12)3.4 光控晶闸管 (13)第四章 晶闸管的保护与串并联使用 (14)4.1 过电压保护 (14)4.1.1操作过电压 (14)4.1.2雷击过电压 (15)4.1.3换相过电压 (15)4.1.4关断过电压 (15)4.2 过电压保护措施 (15)4.2.1操作过电压的保护 (15)4.2.2浪涌（雷击）过电压的保护 (15)4.2.3 过电流保护 (17)4.4 晶闸管的串、并联 (18)第五章 晶闸管应用实例 (19)5.1 单相全控桥式整流电路 (19)5.2 三相全控桥式整流电路 (20)总结 (22)参考文献 (23)第一章电力电子技术简介及其器件发展第一章电力电子技术简介及其器件发展电力电子技术，即由国际电工委员会命名的，一门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进而实现电能的变换和控制的完整学科。
突出对“电力”的变换，变换的功率可以大到数百甚至数千兆瓦，也可以小到几瓦或更小。
电力电子技术包括电力电子器件、变流电路和控制技术3个部分，其中电力电子器件是基础，变流电路是电力电子技术的核心。
第2章 全控型电力电子器件
第2章
电力场效应晶体管的特性与主要参数
1、静态输出特性 在不同的UGS下，漏极电 流ID 与漏极电压UDS 间的关系 1）截止区：当UGS＜UT(UT的典型 曲线族称为VDMOS的输出特性 曲线 。如图2.6.2所示，它可以 值为2~4V)时； 分为四个区域： 2）线性(导通)区：当UGS＞UT且
当栅极电压为零时漏 源极之间就存在导电 沟道；
3） 电力MOSFET
P沟道 N沟道
对于N（P）沟道器件, 栅极电压大于（小于） 零时才存在导电沟道
4）特点：输入阻抗高(可达40MΩ 以上)、开关速度快，工作频率高(开
关频率可达1000kHz)、驱动电路简单，需要的驱动功率小、热稳定性好、 无二次击穿问题、安全工作区(SOA)宽；电流容量小，耐压低，一般只适 用功率不超过10kW的电力电子装置。
GTO导通压降较大，一般为2～3V，门极触发电流较大，所以
GTO的导通功耗与门极功耗均较普通晶闸管大。 导通：同晶闸管，阳极与阴极之间承受 正向电压，门极与阴极间加正脉冲信号 关断：门极加上足够大的负脉冲电流 电力电子技术
主讲：李建文
3.特点
全控型 容量大
off较小 电流控制型
电流关断增益off ： 最大可关断 阳极电流与门极负脉冲电流最大 值IGM之比称为电流关断增益
IGBT：绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor) 。 兼具功率MOSFET高速开关特性和GTR的低导通压 降特性两者优点的一种复合器件。 IGBT于1982年开始研制，1986年投产，是发展最 快而且很有前途的一种混合型器件。 目前IGBT产品已系列化，最大电流容量达1800A， 最高电压等级达4500V，工作频率达50kHZ。 在电机控制、中频电源、各种开关电源以及其它 高速低损耗的中小功率领域，IGBT取代了GTR和 一部分MOSFET的市场。 电力电子技术
静电感应晶体管
静电感应晶体管静电感应器件自从七十年代产生以来，由于它自身特有的优势，在八十年代取得了迅速的发展。
在这期间出现了许多形形色色的静电感应器件，其中就有静电感应晶体管（SIT）、双极型静电感应晶体管（BSIT）、静电感应晶闸管（SITH）这三种比较有价值的器件，这类器件均具有噪声低，线性度好，失真小等优点，现已广泛应用于电子行业。
2.1 静电感应晶体管的基本类型由于SIT、BSIT、SITH是静电感应器件中有代表性的三种器件，在此对它们作以简单介绍。
1、静电感应晶体管（SIT）SIT作为唯一一种具有类三极管特性的半导体器件，一般为常开型器件。
主要有以下特点[4]：（1）是单极性器件，所以工作速度比较快；（2）栅极是利用pn结的反偏控制，沟道中没有来自栅极的少子注入，器件的高速开关特性优异；（3）器件是垂直沟道，相比于场效应晶体管，沟道更短更窄；（4）电压控制型器件，驱动功率小；（5）栅电阻小，高频信号损失小，因此高频特性优异；（6）无电流集中，所以耐击穿强度比较高。
2、双极型静电感应晶体管（BSIT）与SIT不同，BSIT工作在正栅压下，具有饱和类五极管特性，一般是常关型器件，与其他功率器件相比，具有以下优点[4]：（1） BSIT是多子导电器件，相比于双极型器件，稳定性更好；（2）与MOSFET相比，通态电阻较低；（3）与IGBT相比，稳定性好，工艺简单，关断时间短；（4）与GTO相比，关断时间短。
另外，BSIT在很宽的电流范围内都具有很高的电流放大倍数，能实现对大功率电路的控制。
3、静电感应晶闸管（SITH）与SIT和BSIT不同，SITH有常开型和常关型两种类型，它的结构相当于在SIT的阳极串联了一个二极管。
主要有以下特点[4]：（1）栅极也是应用pn结反偏控制的，所以器件的开关速度比较高；（2）导通沟道大部分为耗尽区占据，正向导通压降低；（3）电流电压容量大，阻断增益高，工作频率高。
2.2 静电感应晶体管的基本结构根据静电感应晶体管栅体结构、分布和制造工艺的不同，静电感应晶体管的基本结构可分为：埋栅型、表面栅型、复合栅型、介质盖栅型、槽栅型和双栅型结构等。
电力电子器件的最新发展现状
静电感应晶体管 SIT是一种电压控制器件。在零栅压或很小旳负栅压 时，沟道区已全部耗尽，呈夹断状态，接近源极一侧旳沟道中出现呈马 鞍形分布旳势垒，由源极流向漏极旳电流完全受此势垒旳控制。在漏极 上加一定旳电压后，势垒下降，源漏电流开始流动。漏压越高,越大,亦即 SIT旳源漏极之间是靠漏电压旳静电感应保持其连接旳,所以称为静电感 应晶体管。
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和双极型晶体管相比,SIT具有下列旳优点：①线性好、噪声小。用 SIT制成旳功率放大器,在音质、音色等方面均优于双极型晶体管。②输 入阻抗高、输出阻抗低，可直接构成OTL电路。③SIT是一种无基区晶体 管，没有基区少数载流子存储效应，开关速度快。④它是一种多子器件， 在大电流下具有负温度系数，器件本身有温度自平衡作用，抗烧毁能力 强。⑤无二次击穿效应，可靠性高。⑥低温性能好，在-19℃下工作正常。 ⑦抗辐照能力比双极晶体管高50倍以上。
电子技术旳开端。今后，晶闸管(SCR)旳派生器件越来越多， 到了70年代
3
已经派生了迅速晶ห้องสมุดไป่ตู้管、逆导晶闸管、双向晶闸管、不对称晶闸管等半 控型器件，功率越来越大，性能日益完善。但是因为晶闸管本身工作频 率较低（一般低于400Hz），大大限制了它旳应用。另外，关断这些器 件，需要逼迫换相电路，使得整体重量和体积增大、效率和可靠性降低。 全控型器件——第二代电力电子器件
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器件中是最高旳。另外，MCT可承受极高旳di/dt和du/dt， 使得其保护电路能够简化。MCT旳开关速度超高GTR,开关 损耗也小。
MCT曾一度被以为是一种最有发展前途旳电力电子器件 。所以，20世纪80年代以来一度成为研究旳热点。但经过十 数年旳 研 究 ，其关键技术问题没有大旳突破，电压和电流容 量都远未到达预期旳数值，未能投入实际应用。而其竞争对 手IGBT却进展飞速，所以，目前从事MCT研究旳人不是诸 多。
静电感应晶体管(SIT)
也称GCT（Gate-Commutated Thyristor）。
• 20世纪90年代后期出现。结合了IGBT与GTO的优点， 容量与GTO相当，开关速度快10倍，且可省去GTO庞大而 复杂的缓冲电路，只不过所需的驱动功率仍很大；
五、 其它新型电力电子器件
➢ 一、静电感应晶体管（SIT）
➢ 它是一种多子导电的单极型器件，具有输出功率大、输 入阻抗高、开关特性好、热稳定性好、抗辐射能力强等优 点；
➢ 广泛用于高频感应加热设备(例如200kHz、200kW的高 频感应加热电源)。并适用于高音质音频放大器、大功率 中频广播发射机、电视发射机、差转机微波以及空间技术 等领域。
第1 4-5 其它新型电力电子器（SITH）
2、SITH的特性：
• 栅极负压-UGK可控制阳极电流关断，已关断的 SITH，A-K间只有很小的漏电流存在。 • SITH 为场控双极器件，其动态特性比GTO优越。其 通态电阻比SIT小、压降低、电流大，但因器件内有大量 的存储电荷， 所以其关断时间比SIT要长、工作频率要低。
的恶性循环；T0C ↑→ID↓ ➢ SIT的漏极电流通路上不存在PN结,一般不会发生热不稳定 性和二次击穿现象,其安全工作区范围较宽； ➢ 栅极驱动电路简单：关断SIT需加数十伏的负栅压-UGS；导
通时，也可加5～6V的正栅偏压&#
4-5 缓冲电路
➢ 1）原因： 电力电子器件断态时承受高电压，通态时承载大电
流，而开通和关断过程中开关器件可能同时承受过压、 过流、过大的du／dt和di／dt 以及过大的瞬时功率。
➢ 2）缓冲电路作用：防止高电压和大电流可能使器件 工作点超出安全工作区而损坏器件。
GTR (2)
理想的基极 驱动电流波形
3、GTR驱动电路实例
1）抗饱和电路
3、具有自保护功能的基极驱动电路
（1）信号隔离电路 ：V1、B （2）工作状态检测与信号综合电路 ：VD、LM311 （3）输出级： V4 、 V5 、 V6 、VD7
4．GTR的双电源驱动电路
图1.9.8 双电源驱动电路
UAA4002组成的GTR驱动电路
四、 GTR驱动电路
1、驱动电路的基本任务：
• 将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换 为加在电力电子器件控制端和公共端之间、可以使其开通 或关断的信号。 对半控型器件只需提供开通控制信号。 对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关
断控制信号。
在高压变换电路中，需要在控制系统和主电路之间进 行电气隔离，这可以通过脉冲变压器或光耦来实现。
电力电子器件分类
不控型器件
按开关控制性能分 半控型器件 全控型器件 单极型 功率MOSFET SIT（静电感应晶体管） GTR 按参与导电的载流子不同 双极型 混合型 GTO SITH（静电感应晶闸管） IGBT
MCT（MOS控制晶闸管）
一、电力晶体管及其工作原理
•
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 。
GTR的主要参数 GTR的主要参数有：电流放大倍数b、直流电流增益hFE、集射极间漏电流Iceo、集射极 间饱和压降Uces、开通时间ton和关断时间toff。 此外还有： 1\最高工作电压 :GTR上电压超过规定值时会发生击穿。击穿电压不仅和晶体管本身特性 有关，还与外电路接法有关： BUcbo> BUcex> BUces> BUcer> Buceo 实际使用时，为确保安全，最高工作电压要比BUceo低得多。 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。 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GTR的二次击穿现象与安全 工作区。 1）一次击穿 集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大，出现雪崩击穿。只要Ic不超过限度，GTR一 般不会损坏，工作特性也不变。 2）二次击穿 一次击穿发生时Ic增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降。常常立 即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变。 3）安全工作区（Safe Operating Area——SOA） 最高电压UceM、集电极最大电流IcM、最大耗散功率PcM、二次击穿临界线限定。
电力电子技术答案
第2章 思考题与习题2.1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。
2.2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。
2.3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。
2.4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。
2.5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 +=。
2.6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。
2.7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。
2.8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HA I mA K VI <=Ω=250100，所以不合理。
《电力电子技术》姚为正--浣喜明--(第二版)--习题解答
《电力电子技术》习题解答第2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 VI <=Ω=250100，所以不合理。
电力电子技术题库
电力电子技术题库 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】南通大学电气工程学院电力电子技术题库第二章电力电子器件一、填空题1、若晶闸管电流有效值是157A，则其额定电流为100A。
若该晶闸管阳、阴间电压为60sinwtV，则其额定电压应为60V。
（不考虑晶闸管的电流、电压安全裕量。
）2、功率开关管的损耗包括两方面，一方面是导通损耗；另一方是开关损耗。
3、在电力电子电路中，常设置缓冲电路，其作用是抑制电力电子器件的内因过电压、du/dt或者过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。
4、缓冲电路可分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。
5、电力开关管由于承受过电流，过电压的能力太差。
所以其控制电路必须设有过流和过压保护电路。
二、判断题1、“电力电子技术”的特点之一是以小信息输入驱动控制大功率输出。
（√）2、某晶闸管，若其断态重复峰值电压为500V，反向重复峰值电压为700V，则该晶闸管的额定电压是700V。
（×）3、晶闸管导通后，流过晶闸管的电流大小由管子本身电特性决定。
（×）4、尖脉冲、矩形脉冲、强触发脉冲等都可以作为晶闸管的门极控制信号。
（√）5、在晶闸管的电流上升至其维护电流后，去掉门极触发信号，晶闸管级能维护导通。
（×）6、在GTR 的驱动电路设计中，为了使GTR 快速导通，应尽可能使其基极极驱动电流大些。
（×）7、达林顿复合管和电力晶体管属电流驱动型开关管；而电力场效应晶体管和绝缘栅极双极型晶体管则属电压驱动型开关管。
（√）8、IGBT 相比MOSFET，其通态电阻较大，因而导通损耗也较大。
（×）9、整流二级管、晶闸管、双向晶闸管及可关断晶闸管均属半控型器件。
（×）10、导致开关管损坏的原因可能有过流、过压、过热或驱动电路故障等。
（√）三、选择题1、下列元器件中，（ BH ）属于不控型，（ DEFIJKLM）属于全控型,（ ACG ）属于半控型。
静电感应晶闸管的I-V特性物理分析
摘要 ： 考虑到寿命不等 时的双 注入效应 、 载流子寿 命 ， 别是少子 空穴寿命 的变 化 、 特 电导调制效应 、 双注入 空间． 电荷
限制效应等因素 ， 对静 电感应 晶闸管 （ｔｔ ｄ ｃ ｏ ｈ ｒｔｒ简称 ｓＴ 在正 向阻断态 的整个 Ｉ ＳａｃＩ ｕ ｔ ｎＴ ｙｉｏ， ｉｎ ｉ ｓ ＩＨ） － 性进行 了分段 Ｖ特
第４ ２卷 第 １ ２期 ２０ ０ ８年 １ ２月
电力 电子 技 术
Ｐ ｗｅ ｌ ｃｒ ｎ ｃ ｏ ｒＥ ｅ ｔ ｉｓ ｏ
Ｖｏｌ ２ Ｎｏ １ ＿ ４ ．２
Ｄｅ ｅ ｅ ， ０ ８ ｃ ｍｂ ｒ ２ ０
静 电感应晶闸管的 Ｉ － Ｖ特性物理分析
魏 万印 ，刘 肃 ，李海 蓉
１ 引 言
静 电感 应 晶 闸 管 （ＩＨ） 静 电 感 应 器 件 系 列 ＳＴ 是 中的一种 新 型 电力器件 ， 它具有 很 多优 异性 能 ， 栅 如
极 强迫 关 断 、 耐压 、 电流 、 压 降 、 功耗 、 速 高 大 低 低 高
增 高 到一 定 程 度 时 ，— 性 会 出现 负 阻 转折 现 Ｉ Ｖ特
象 ， 至 ＳＴ 导通 ， 图 ２ 示 。对 于 Ｇ０的情 直 ＩＨ 如 ｃ所 ＜
况， 将从 Ｓ Ｈ的作用机制出发 ， Ｉ Ｔ 考虑各种效应的影
响 ， ＳＴ 的 Ｉ 对 ＩＨ ． 性给 予分 析和 解释 。 Ｖ特
度 、 良的动 态性 能等 ， 优 因此应 用前 景广 阔【 ｌ Ｊ 。 从 ＳＴ 的 作 用机 理 和 结 构特 点 出发 ，考 虑 到 ＩＨ 寿命 不等 时 的双注 入 效应 、载 流 子寿命 特 别 是少 子 空穴 寿命 的变 化 、 电导 调制 效应 等 因素 。 合 实验 观 结 测 ， 其 正 向阻 断态 Ｉ 对 — 性 进行 了分 析 。 Ｖ特
电力电子技术2 全控型电力电子器件
2．1 门极可关断晶闸管（GTO）
一、GTO的工作原理 GTO的内部结构与普通晶闸管相
同，是PNPN四层三端结构，但在 制作时采用特殊工艺使管子导通 后处于临界饱和，这样可以用门 极负脉冲电流破坏临界饱和使其 关断。 GTO主要用于直流变换和逆变等 需要元件强迫关断的地方。其开 关时间在几µs-25µs之间，工作 电压高达6000V，电流大6000A， 适用于开关频率为数百Hz至 10kHz的大功率场合。
2、VDMOS的主要参数
（区进1）入通饱态和电区阻时R漏on：极在至确源定极的间栅的源直电流压电U阻GS下称，为V通DM态OS电由阻可。调电阻
（压称2）为阈阈值值电电压压U。T：沟道体区表面发生强反型所需的最低栅源电
（3）跨导gm：gm=ΔID/ΔUGS，它表示UGS对ID的控制能力的大小。
有 一外般接不电会阻引限起制GT电R的流特IC性的变增坏大。，
如 大 时 （负继， ，阻续U当CE效增I突C上应大然升）U下C到E，降，A这，又点个而不（现限I临C象继制界称续I值C为的增）二大增
次击穿。
2．2 电力晶体管
（2）安全工作区(SOA)：指在输 出特性曲线图上GTR能够安全运 行的电流电压的极限范围。
C图中，导通与关断用两个独立 电源，开关元件少，电路简单。
电力电子技术题库..
南通大学电气工程学院电力电子技术题库第二章电力电子器件一、填空题1、若晶闸管电流有效值是157A，则其额定电流为100A。
若该晶闸管阳、阴间电压为60sinwtV，则其额定电压应为60V。
（不考虑晶闸管的电流、电压安全裕量。
）2、功率开关管的损耗包括两方面，一方面是导通损耗；另一方是开关损耗。
3、在电力电子电路中，常设置缓冲电路，其作用是抑制电力电子器件的内因过电压、du/dt或者过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。
4、缓冲电路可分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。
5、电力开关管由于承受过电流，过电压的能力太差。
所以其控制电路必须设有过流和过压保护电路。
二、判断题1、“电力电子技术”的特点之一是以小信息输入驱动控制大功率输出。
（√）2、某晶闸管，若其断态重复峰值电压为500V，反向重复峰值电压为700V，则该晶闸管的额定电压是700V。
（×）3、晶闸管导通后，流过晶闸管的电流大小由管子本身电特性决定。
（×）4、尖脉冲、矩形脉冲、强触发脉冲等都可以作为晶闸管的门极控制信号。
（√）5、在晶闸管的电流上升至其维护电流后，去掉门极触发信号，晶闸管级能维护导通。
（×）6、在GTR 的驱动电路设计中，为了使GTR 快速导通，应尽可能使其基极极驱动电流大些。
（×）7、达林顿复合管和电力晶体管属电流驱动型开关管；而电力场效应晶体管和绝缘栅极双极型晶体管则属电压驱动型开关管。
（√）8、IGBT 相比MOSFET，其通态电阻较大，因而导通损耗也较大。
（×）9、整流二级管、晶闸管、双向晶闸管及可关断晶闸管均属半控型器件。
（×）10、导致开关管损坏的原因可能有过流、过压、过热或驱动电路故障等。
（√）三、选择题1、下列元器件中，（ BH ）属于不控型，（ DEFIJKLM）属于全控型,（ ACG ）属于半控型。
A、普通晶闸管B、整流二极管C、逆导晶闸管D、大功率晶体管E、绝缘栅场效应晶体管F、达林顿复合管G、双向晶闸管H、肖特基二极管I、可关断晶闸管J、绝缘栅极双极型晶体管K、MOS 控制晶闸管L、静电感应晶闸管 M、静电感应晶体管2、下列器件中，（ c ）最适合用在小功率，高开关频率的变换器中。
晶闸管特性、作用
③最大可关断阳极电流 I A T O ——GTO额定电流。 ④ 电流关断增益off ——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电 流最大值IGM 之比称为电流关断增益。
o ff
I ATO I GM
off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。
⑵ GTO的动态特性
开通过程：与普通晶闸管相同 关断过程：与普通晶闸管有所不同 储存时间 t ，使等效晶体退出饱 s 和 。 下降时间 t ， f
iG
O
t
尾部时间 —残存载流子复 t 合。
t
iA IA 90%IA
td
tr
ts
tf
tt
10%IA 0
t0
t1
t2
t3
t4
t5
t6
t
图1.14
GTO的开通和关断过程电流波形
⑴GTR的结构和工作原理
在应用中，GTR一般采用共发射极接法。 集电极电流与基极电流之比为
ic ib
——GTR的电流放大系数，反映了基极电流对集电
极电流的控制能力 。
当考虑到集电极和发射极间的漏电流时，
ic i iceo b
单管GTR的 值比小功率的晶体管小得多，通常为10左 右，采用达林顿接法可有效增大电流增益。
截止区
②动态特性
开通过程 90% I b1 延迟时间 t d 和上升时间 ， 10% I b1 t 二者之和为开通时间 。 0 on tr 加快开通过程的办法 。 关断过程 储存时间 和下降时间 ts 二者之和为关断时间 tf 加快关断速度的办法。 t o ff 。
90% ，Ics
静电感应晶闸管的负阻转折特性
度很高， 电流和电压的瞬态耐量大， 损耗小 ， 热稳定性 好， 并且具有高耐压、 低功耗、 工作频率高的优点， 因 此备受关注． 在其作用机制、 结构特点、 制造技术以及 卜一 特性等方面我们进行了大量 的研究ｒ］其中包 １． 括对静电感应 晶闸管的负阻转折特性的研究． 本文从
ＳＴ Ｉ Ｈ的作用机理出发， 考虑到了寿命不等时的双注 入效应 、 载流子寿命（ 特别是少子空穴寿命） 的变化 ， 对 ＳＴ Ｉ Ｈ的负阻转折现象作 出了进一步的研究 ， 并对
ＳＴ Ｉ Ｈ工作时， 阳极接正 的高 电压 ， 器件处 于正 向工作状态． 正栅压时， ＞０ 器件进入以大 ，
电流 、 低压降为特征的正向导通状态 ， 特性基本上与
基金项 目： 甘肃省 自然科学 基金 资助项 目（Ｚ ｏ ｌＡ２—３ ） ３ Ｓ ５— ５０ ４ 作者 简介 ： 唐 刘 莹（ ９ １）女 ， １ ８一 ， 博士研究生 ， ｎ ｙｎ ００ ＠１３ ｃｒ，ａｇ ｉ０ ＠ｓ．ｚ．ｄ ．ｎ ｔ ｇ ｉｇ ５ １ ６ ．ｏ ｔｎ ｙｎ ２ ｔＩ ｅ ｕ ｃｌ ａ ｎ ｕ 肃（ ９ ３）男 ， １ ５ 一， 教授 ， 主要研究方 向为电力 电子 器件、 宽禁带半导体材料与器件以及集成 电路设计等．
文 献标识 码 ： Ａ
文 章编号 ：０ ５９ ９ （ ０ ７ ０ ．０ ４ｏ １ ０ －４ ０ ２ ０ ） １ｏ ５ ．３
静电感应晶闸管（Ｉ Ｈ） ＳＴ 是一种新型功率器件，
其开 通所需 的 门极 电流很 小 ， 开关 速 度快 ， 开通 灵敏
极 ‘ 结相串结， 从而达到控制 Ｓ Ｈ导通和关断的目 Ｉ Ｔ 的． 在阻断态， Ｔ未导通， Ｉ Ｓ 阳极二极管虽在正偏， 但不能 发挥正向注＾ 作用 但当Ｓ ． Ｉ Ｔ导通后， 阳极二极管就开始 起作用， 向衬底和 ｎ区注 ＾ － 大量空穴 高电平注入的电子 和空穴在高阻区的积累和运动形成了 卜一 Ｖ特性的负阻 转折， 并使器件最终进入 导通态．
电力电子题库(第一章~第四章)
《电力电子技术》机械工业出版社命题人马宏松第一章功率二极管和晶闸管知识点：●功率二极管的符号，特性，参数●晶闸管的符号、特性、参数、工作原理●双向晶闸管的符号、特性、参数、工作原理●可关断晶闸管的符号、特性、参数、工作原理一、填空题1、自从_1956__ __ 年美国研制出第一只晶闸管。
2、晶闸管具有体积小、重量轻、损耗小、控制特性好等特点。
3、晶闸管的三个极分别为阳极、阴极、门极。
4、晶闸管导通的条件：在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时在它的阴极和门极间也加正向电压，两者缺一不可。
5、晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用。
6、晶闸管的关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。
7、双向晶闸管的四种触发方式：I+ 触发方式 I-触发方式Ⅲ+触发方式Ⅲ-触发方式。
8、GTO的开通时间由延迟时间和上升时间组成。
9、GTO的关断时间由存储时间、下降时间、和尾部时间。
10、功率二极管的导通条件：加正向电压导通，加反向电压截止。
11、对同一晶闸管，维持电流I H 与擎住电流I L在数值大小上有I L___>_____I H。
12、晶闸管断态不重复电压U DSM与转折电压U BO数值大小上应为，U DSM__<______U BO13、普通晶闸管内部有两个PN结,，外部有三个电极，分别是阳极A极阴极K 极和门极G极。
14、晶闸管在其阳极与阴极之间加上正向电压的同时，门极上加上触发电压，晶闸管就导通。
15、、晶闸管的工作状态有正向阻断状态，正向导通状态和反向阻断状态。
16、某半导体器件的型号为KP50—7的，其中KP表示该器件的名称为普通晶闸管，50表示额定电流50A，7表示额定电压700V。
17、只有当阳极电流小于维持电流电流时，晶闸管才会由导通转为截止。
18、当增大晶闸管可控整流的控制角α，负载上得到的直流电压平均值会减小。
二、判断题1、第一只晶闸管是1960年诞生的。
（错）2、1957年至1980年称为现代电力电子技术阶段。
晶闸管及其工作原理
1.9 、电力电子器件的驱动与保护
• （1）电力电子开关管的驱动：驱动器接收控制系统输出 的控制信号，经处理后发出驱动信号给开关管，控制开关 器件的通、断状态。 • （2）过流、过压保护：包括器件保护和系统保护两个方 面。检测开关器件的电流、电压，保护主电路中的开关器 件，防止过流、过压损坏开关器件。检测系统电源输入、 输出以及负载的电流、电压，实时保护系统，防止系统崩 溃而造成事故。 • （3）缓冲器：在开通和关断过程中防止开关管过压和过 • 流，减小开关损耗。
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1.8.2 静电感应晶闸管（SITH）
它自1972年开始研制并生产； 优点：与GTO相比，SITH的通态电阻小、通态压 降低、开关速度快、损耗小及耐量高等； 应用：应用在直流调速系统，高频加热电源和开 关电源等领域；
缺点：SITH制造工艺复杂，成本高；
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1.8.3 MOS控制晶闸管（MCT）
1.9.1 电力电子器件的换流方式
定义：电流从一个臂向另一个臂转移的 过程称为换流（或换相）。
电力半导体器件可以用切断或接通电流 的开关表示。 • 在图1.9.1中，T1、T2表示由两个电力 半导体器件组成的导电臂，当T1关断，T2 导通时，电流流过T2；当T2关断，T1导通时， 电流i从T2转移到T1。 图1.9.1
模块一 调光灯
项目一 认识晶闸管和单结晶体管
• 1.1.1 晶闸管及其工作原理 • 1.1.2 晶闸管的特性与主要参数 • 1.1.3 晶闸管的派生器件
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1.1 、晶闸管
晶闸管 (Thyristor) 包括：普通晶闸管 (SCR) 、快速 晶 闸 管 (FST) 、 双 向 晶 闸 管 (TRIAC) 、 逆 导 晶 闸 管 (RCT) 、可关断晶闸管(GTO) 和光控晶闸管等。 普 通 晶 闸 管 ： 也 称 可 控 硅 整 流 管 (Silicon Controlled Rectifier), 简称SCR。 由于它电流容量大 , 电压耐量高以及开通的可控性 (目前生产水平： 4500A/8000V)已被广泛应用于相控整 流、逆变、交流调压、直流变换等领域, 成为特大功率 低频(200Hz以下)装置中的主要器件。
SITH静电感应晶闸管通态特性分析
SITH静电感应晶闸管通态特性分析摘要：静电感应晶闸管（Static Induction Thyristors）简称SITH，是20世纪70年代出现的一种新型半导体电力器件。
静电感应晶闸管（SITH）是一种依靠静电感应机制工作的功率半导体器件，即依靠栅偏压和阳（漏）偏压的静电感应作用控制沟道势垒高度从而实现器件的开通和关断。
相对于其它种类的功率半导体器件（如SCR、GTO、IGBT、VDMOS等），SITH最明显的特点是具有明确的阻断态和导通态，具有通态压降低（1.0~3.5V）开关速度快（0.5~1.5MHz）电流密度高（800A/cm2）功率处理能力强（10~15kVA）转换效率高（>90%）等一系列优点，兼顾了速度和功率两方面的要求，更适合于作为大功率开关器件使用。
这对传统的电力系统的效能提升、模式改造、以及民用节能具有重要的技术、经济意义。
关键词：SITH；通态特性；电学特性前言：本文主要研究了静电感应晶闸管（SITH）的器件结构、原理、参数及各种特性，并利用SGFramework和Origin软件重点模拟分析了静电感应晶闸管（SITH）的电学特性以及通态特性，给出模拟结果，并且和理论结果进行比较，阐述其作用机理。
针对SITH的导通态，提出并建立了类PIN作用模型，认为导通态的SITH其实质是一个由p+阳极－n-漂移区－n+阴极构成的一个PIN二极管，成功地解释了导通态低压大电流的特征。
其次还介绍了半导体器件模拟理论得相关内容。
一静电感应晶闸管（SITH）简介静电感应晶闸管（Static Induction Thyristor）简称SITH。
它属于双极型开关器件，自1972年开始研制并生产，发展至今已初步趋于成熟，有些已经商品化。
与GTO相比，SITH有许多优点，比如通态电阻小，通态压降低，开关速度快，损耗小，di/dt及du/dt耐量高等，现有产品容量已达1000 A/2500 V、2200 A/450 V、400 A/4500 V，工作频率可达100 kHz以上。
电力电子变流技术(下)题库
《电力电子变流技术》机械工业出版社命题人王翠平第六章晶闸管的串并联和保护知识点：●晶闸管的串联●晶闸管的并联●晶闸管的过电压保护●晶闸管的过电流保护一、填空题1、多个晶闸管相并联时必须考虑均流的问题，解决的方法是串专用均流电抗器。
2、型号为KS100-8的元件表示双向晶闸管晶闸管、它的额定电压为800V伏、额定有效电流为 100A。
3、常用的过电流保护措施有快速熔断器、串进线电抗器、接入直流快速开关、控制快速移相使输出电压下降。
（写出四种即可）4、在电力晶闸管电路中，常用的过电流保护有快速熔断器；电路串电抗器；过流时快速移相；和直流快速开关等几种。
5、和门极G。
6、晶闸管的导通条件阳极加正电压、门极加正向电压；关断条件是阳极电流大于掣住电流、阳极电流小于维持电流或加反向电压。
7、一般操作过电压都是瞬时引起的尖峰电压，经常使用的保护方法是阻容保护而对于能量较大的过电压，还需要设置非线性电阻保护，目前常用的方法有压敏电阻和硒堆。
8、晶闸管的过电流能力比较差，必须采用保护措施，常见的快速熔断器、过流继电器、直流快速开关、、限流与脉冲移相保护。
二、判断题1、晶闸管串联使用时，必须注意均流问题。
（×）2、晶闸管并联使用时，必须注意均压问题。
（×）3、两个以上晶闸管串联使用，是为了解决自身额定电压偏低，不能胜用电路电压要求，而采取的一种解决方法，但必须采取均压措施。
（√）4、并联谐振逆变器必须是略呈电容性电路。
（√）5、给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。
（×）6、有源逆变指的是把直流电能转变成交流电能送给负载。
（×）7、晶闸管一旦导通，门极没有失去控制作用。
（×）8、加在晶闸管门极上的触发电压，最高不得超过100V。
×9、双向晶闸管额定电流的定义，与普通晶闸管的定义相同。
（√）10、逆变角太小会造成逆变失败。
（√）11、设置补偿电容可以提高变流装置的功率因数。
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静电感应晶闸管
静电感应晶闸管SITH（Static Induction Thyristor）诞生于1972年，是在SIT的漏极层上附加一层与漏极层导电类型不同的发射极层而得到的。
因为其工作原理也与SIT类似，门极和阳极电压均能通过电场控制阳极电流，因此SITH又被称为场控晶闸管（Field Controlled Thyristor--FCT)。
由于比SIT多了一个具有少子注入功能的PN结，因而SITH是两种载流子导电的双极型器件，具有电导调制效应，通态压降低、通流能力强。
其很多特性与GTO类似，但开关速度比GTO高得多，是大容量的快速器件。
SITH一般也是正常导通型，但也有正常关断型。
此外，其制造工艺比GTO复杂得多，电流关断增益较小，因而其应用范围还有待拓展。