2第1章 电力电子器件
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
电力电子技术答案第五版(全)
电子电力课后习题答案第一章电力电子器件1、1 使晶闸管导通得条件就是什么？答:使晶闸管导通得条件就是:晶闸管承受正相阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。
或者UAK >0且UGK>01、2 维持晶闸管导通得条件就是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答:维持晶闸管导通得条件就是使晶闸管得电流大于能保持晶闸管导通得最小电流,即维持电流。
1、3 图1－43中阴影部分为晶闸管处于通态区间得电流波形,各波形得电流最大值均为Im ,试计算各波形得电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。
解:a) Id1=I1=b) Id2=I2=c) Id3=I3=1、4、上题中如果不考虑安全裕量,问100A得晶阐管能送出得平均电流Id1、Id2、Id3各为多少?这时,相应得电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少?解:额定电流IT(AV)=100A得晶闸管,允许得电流有效值I=157A,由上题计算结果知a) Im1A, Id10、2717Im189、48Ab) Im2 Id2c) Im3=2I=314 Id3=1、5、GTO与普通晶闸管同为PNPN结构,为什么GTO能够自关断,而普通晶闸管不能?答:GTO与普通晶阐管同为PNPN结构,由P1N1P2与N1P2N2构成两个晶体管V1、V2,分别具有共基极电流增益与,由普通晶阐管得分析可得,就是器件临界导通得条件。
两个等效晶体管过饱与而导通;不能维持饱与导通而关断。
GTO之所以能够自行关断,而普通晶闸管不能,就是因为GTO与普通晶闸管在设计与工艺方面有以下几点不同:l)GTO在设计时较大,这样晶体管V2控制灵敏,易于GTO关断;2)GTO导通时得更接近于l,普通晶闸管,而GTO则为,GTO得饱与程度不深,接近于临界饱与,这样为门极控制关断提供了有利条件;3)多元集成结构使每个GTO元阴极面积很小,门极与阴极间得距离大为缩短,使得P2极区所谓得横向电阻很小,从而使从门极抽出较大得电流成为可能。
修改稿 第1章 电力电子器件
三 、晶闸管
晶闸管及其工作原理 2 晶闸管的特性与主要参数 3 晶闸管的派生器件
1
晶闸管
晶闸管(Thirsted)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。 由于普通晶闸管面世早，应用极为广泛, 因此在无特别 说明的情况下,本书所说的晶闸管都为普通晶闸管。 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。
图1.2.2
电力二极管的伏安特性曲线
PN结的电容效应：
PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ， 又称为微分电容。
二、 电力二极管
1 2
电力二极管及其工作原理 电力二极管的特性与参数
2
电力二极管的特性与参数
（1）电力二极管的伏安特性 （2）电力二极管的开关特性 （3）电力二极管的主要参数
电力二极管的主要类型：
（1）普通二极管：普通二极管又称整流管（Rectifier Diode），多用于开关频率在１KHZ以下的整流电路中， 其反向恢复时间在５us以上，额定电流达数千安，额定 电压达数千伏以上。 （2）快恢复二极管：反向恢复时间在５us以下的称为快恢复 二极管（Fast Recovery Diode简称FDR）。快恢复二极 管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者 反向恢复时间为数百纳秒以上，后者则在100ns以下，其 容量可达1200V/200A的水平, 多用于高频整流和逆变电 路中。 （3）肖特基二极管：肖特基二极管是一种金属同半导体相接 触形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型值为 0.4～0.6V，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但 反向耐压在200Ｖ以下。它常被用于高频低压开关电路或 高频低压整流电路中。
《电力电子技术》习题答案(第四版,
第1章电力电子器件1. 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。
2. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：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。
要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
第2章整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L＝20mH，U2＝100V，求当α＝0和60时的负载电流Id，并画出ud与id波形。
解：α＝0时，在电源电压u2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。
在电源电压u2的负半周期，负载电感L 释放能量，晶闸管继续导通。
因此，在电源电压u2的一个周期里，以下方程均成立：考虑到初始条件：当ωt＝0时id＝0可解方程得：==22.51(A)ud与id的波形如下图：当α＝60°时，在u2正半周期60~180期间晶闸管导通使电感L储能，电感L储藏的能量在u2负半周期180~300期间释放，因此在u2一个周期中60~300期间以下微分方程成立：考虑初始条件：当ωt＝60时id＝0可解方程得：其平均值为==11.25(A)此时ud与id的波形如下图：2．图2-9为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁化问题吗？试说明：①晶闸管承受的最大反向电压为2；②当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。
答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化的问题。
因为单相全波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。
以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。
电力电子器件-电子课件
第一章 电力电子器件
波形系数Kf ：有效值/平均值，反应周期
交流量波形性质。
如果额定电流为100A的晶闸管 其允许通过的电流有效值为1.57×100＝157A
第一章 电力电子器件
选择晶闸管额定电流时，要依据实际波形的电流
有效值与额定电流IT（AV)有效值相等的原则（即管芯结
温一样）进行换算。即：
由于晶闸管的过载能力差，一般选用时取1.5～2倍 的安全裕量。
第一章 电力电子器件
3.通态平均电压UT(AV)
当流过正弦半波的电流为额定电流，并达到稳定 的额定结温时，晶闸管阳极与阴极之间电压降的平均 值，称为通态平均电压。
第一章 电力电子器件
电力电子器件在电力设备或电力系统中，直接 承担电能变换和控制任务的电路称为主电路。
电力电子器件就是可直接用于主电路中实现电 能的变换和控制的电子器件。
电力电子器件则是电力电子电路的基础。 目前常用的电力电子器件都是用半导体材料制 成的，主要分为半控型器件和全控型器件。
第一章 电力电子器件
门极可关断晶闸管实物、图形 和文字符号
GTO在牵引电力机车和斩波器中的应用
第一章 电力电子器件
二、功率晶体管GTR
大功率晶体管（Giant Transistor）简称GTR， 又称为电力晶体管。因为有PNP和NPN两种结构，因此 又称双极型晶体管BJT。
功率晶体管GTR实物、图形和文字符号
第一章 电力电子器件
为晶闸管的额定电压值，用电压等级来表示。
第一章 电力电子器件
2.额定电流IT（AV)
又称为额定通态平均电流。 是指在环境温度小于40℃和标准散热及全导通的条 件下，晶闸管可以连续导通的工频正弦半波电流的平均 值。 晶闸管的额定电流参数系列：1A、5A、10A、20A、 30A、50A、100A、200A、300A。
电力电子技术期末考试及标准答案
电力电子技术试题第1章电力电子器件1.电力电子器件一般工作在__开关__状态。
2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为__通态损耗__，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为__开关损耗__。
3.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__。
4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_单极型器件_、_双极型器件_、_复合型器件_三类。
5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。
6.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_。
7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。
8.晶闸管的基本工作特性可概括为__正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__。
9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流I L在数值大小上有I L__大于__IH。
10.晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDSM_大于__Ubo。
11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。
12.GTO的__多元集成__结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。
13.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的__放大区__、前者的非饱和区对应后者的_饱和区__。
14.电力MOSFET的通态电阻具有__正__温度系数。
15.IGBT 的开启电压UGE（th）随温度升高而_略有下降__，开关速度__小于__电力MOSFET 。
16.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电压驱动型_和_电流驱动型_两类。
17.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有__负___温度系数，在1/2或1/3额定电流以上区段具有__正___温度系数。
电力电子技术期末考试试题及答案(史上最全)
电力电子技术期末考试试题及答案(史上最全)电力电子技术试题第1章电力电子器件1.电力电子器件普通工作在__开关__状态。
2.在通常事情下，电力电子器件功率损耗要紧为__通态损耗__，而当器件开关频率较高时，功率损耗要紧为__开关损耗__。
3.电力电子器件组成的系统，普通由__操纵电路__、_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_爱护电路__。
4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的事情，电力电子器件可分为_单极型器件_ 、 _双极型器件_ 、_复合型器件_三类。
5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。
6.电力二极管的要紧类型有_一般二极管_、_快恢复二极管_、 _肖特基二极管_。
7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。
8.晶闸管的基本工作特性可概括为 __正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__ 。
9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL__大于__IH 。
10.晶闸管断态别重复电压UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDSM_大于__Ubo。
11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（怎么连接）在同一管芯上的功率集成器件。
的__多元集成__结构是为了便于实现门极操纵关断而设计的。
的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的__放大区__、前者的非饱和区对应后者的_饱和区__。
14.电力MOSFET的通态电阻具有__正__温度系数。
的开启电压UGE（th）随温度升高而_略有下落__，开关速度__小于__电力MOSFET 。
16.按照驱动电路加在电力电子器件操纵端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电压驱动型_和_电流驱动型_两类。
的通态压落在1/2或1/3额定电流以下区段具有__负___温度系数，在1/2或1/3额定电流以上区段具有__正___温度系数。
电力电子技术(6).ppt
➢ 电力电子器件（Power Electronic Device） — 可直接用于主电路中，实现电能的变 换或控制的电子器件。
➢ 主电路（Main Power Circuit） — 电气设备或电力系统中，直接承担电 能的变换或控制任务的电路。
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
三相交流电源
接近于零,而电流由外电路决定 ；阻断时（断态） 阻抗很大，接近于断路，电流接近于零,管子两端 电压由外电路决定 。
➢ 电力电子器件一般需要由电子电路来控制和驱动。 ➢ 电力电子器件自身的功率损耗远大于电子器件，
一般都要安装散热器。
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
3.电力电子器件的损耗
3）保护电路
保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行
4）检测电路
由信息电路组成，检测主电路或应用现场信号
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
1.1.3 电力电子器件的分类
➢ 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
1. 半控型器件
— 通过控制信号可以控制其导通来自不能控制其关断。 -- SCR及派生器件
3. PN结加反向电压( 反向偏置)
外电场
1) PN结反向偏置时, PN 结仅流过很小 的反向饱和电流， PN 结反向截止。 PN 结表现为高阻 态.
2020年9月26日星期六
第一章 电力电子器件
2) 反向恢复过程
漂移运动达动态平
－ － －－ －－ ++ ++ ++ ++
衡, 在P区和N区的
－ － －－ －－ ++ ++ ++ ++少子飘移交界面处构成空间
电力电子技术(第4版)第4讲 电力电子器件讲解
电力电子技术
第1章： 电力电子器件
⑴IGBT的结构和工作原理
①三端器件：栅极G、集电极C和发射极E
发射极 栅极
E
G
N+ P N+
N+ P N+
J3 J2
电力电子技术
第1章： 电力电子器件
⑵IGBT的基本特性
①IGBT的静态特性
IC
输出特性
IC
有源区
•分 为 三 个 区 域 ： 正向阻断区、有 源区和饱和区。
饱 和 区
URM 反向阻断区
O UGE(th)
UGE
O
正向阻断区
a)
b)
转UG移E间特的性关—系—(I开C与启电
图1.24 IGBT的转移特性和输出特性 a) 转移特性 b) 输出特性
压UGE(th))
UGE增加 UGE(th) UFM UCE
电力电子技术
第1章： 电力电子器件
② IGBT的动态特性
U GE 90% U GEM
U GEM
IGBT的开通过程 与MOSFET的相似
10% U GEM
0 IC 90% I CM
t d(on)
I CM tr
t d(off)
t tf
开通延迟时间td(on)
电力电子技术
第1章： 电力电子器件
③电力MOSFET的工作原理
截止：漏源极间加正电源，栅 源极间电压为零。
–P 基 区 与 N 漂 移 区 之 间 形 成
的PN结J1反偏，漏源极之间
电力电子技术复习习题解析华北电力大学
第一章电力电子器件一、本章主要）。
A 晶闸管属于电流驱动双极型器件 C 晶闸管触发导通后，门极就失去了控制作用B 晶闸管具有单向导电性 D 晶闸管的擎住电流大于维持电流【答案】A、B、C、D【解析】本题主要考察对晶闸管特性的熟悉程度，四个选项的描述均正确。
A 选项考察晶闸管的分类；B选项考察半导体器件的特点；C选项考察晶闸管的开关特性；D 选项考察晶闸管的主要参数例1-2 双向晶闸管的额定电流是以（）定义的；GTO的额定电流是以（）定义的。
A 平均值B 有效值C 最大值D 瞬时值【答案】B，C【解析】本题主要考察双向晶闸管与GTO额定电流的定义，双向晶闸管的正向伏安特性与反向伏安特性相同，用于交流电路中，其额定电流是以有效值定义的。
GTO的阳极电流如过大，可能会出现无法由门极控制关断的情况，因此其额定电流是以最大可关断阳极电流定义的。
例1-3 下列电力电子器件中，存在电导调制效应的是（）。
A GTOB GTRC PowerMOSFETD IGBT【答案】A、B、D【解析】本题主要考察对电导调制效应的理解，电导调制效应仅在双极型器件中起作用，单极型器件仅有一种载流子参与导电，因此不存在电导调制效应。
题目中所列选项仅PowerMOSFET为单极型器件，故为排除项。
例1-4 下列电力电子器件中，电流容量最大的是（）；开关频率最高的是（）。
A GTOB GTRC PowerMOSFETD IGBT【答案】A，C【解析】本题主要考察全控型电力电子器件的特点，GTO导通时饱和程度较深，适用于高压大容量场合，PowerMOSFET属于单极型器件，没有少子的存储效应，因此开关速度较快，适用于高频电路。
例1-5 下列电力电子器件中，（）的驱动功率较小。
A SCRB GTOC GTRD IGBT【答案】D【解析】本题主要考察对电压型驱动电路与电流型驱动电路的区别，电压型驱动电路的输入阻抗高，要求的驱动功率小，驱动电路简单，上述器件中仅有IGBT为电压驱动型器件。
电力电子器件试题
组成一个系统。
3、按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可以将电力电子器件分为( )、( )、
( )；按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，又可以将电力电子器件
（电力二极管除外）分为( )和(
)。
4、通常取晶闸管的断态重复峰值电压 UDRM 和反向重复峰值电压 URRM 中( )标值作为该器件的 额定电压。选用时，额定电压要留有一点裕量，一般取额定电压为正常工作时的晶闸管所承受峰
第一章 电力电子器件
一、选择题
1、电力电子器件功率损耗的主要原因是（ ）。
A、通态损耗 B、断态损耗 C、开通损耗 D、关断损耗
2、晶闸管一旦导通，门极就( )控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都( )导通。
A、失去 停止 B、失去 保持 C、保持 停止 D、保持 保持
3、哪一种方法不能关断晶闸管？（ ）
）IH。
7、在电力电子电路中，GTR 工作在开关状态，即工作在（ ）和（
）。
A、截止 B、饱和 C、放大
8、当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极加何种极性触发电压，管子都将工作在( )
A、导通状态
B、关断状态
C、饱和状态
D、不定
9、晶闸管的触发电路中，触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，对变流器的起动，双星形带平
A、去掉阳极所加的正向电压；
B、给阳极施加发向电压
C、使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下；D、去掉外电路注入门极的触发电流
4、下面哪个是绝缘栅双极晶体管的简称（ ）。
A、GTO B、GTR C、IGBT D、MOSFET
5、晶闸管被称为（ ）型器件。
A、IH 与擎住电流 IL 的数值大小上有 IL（ A、大于 B、小于 C、等于
第1章电力电子器件
电源电压反向后，从正向电流降为零起到能重新
施加正向电压为止定义为器件的电路换向关断时
间toff。反向阻断恢复时间trr与正向阻断恢复时间 tgr之和。
toff=trr+tgr
1.2.4 晶闸管的主要参数
1、额定电压UTn
（1）正向重复峰值电压UDRM 在控制极断路和正向阻断条件下，可重复加在晶闸管两端 的 正 向峰值 电 压 。 规 定 此电压 为 正向不 重 复峰值 电 压 UDSM的80%。 在控制极断路时，以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压。 此电压取反向不重复峰值电压URSM的80%。
GTO处于临界饱和状态。这为门极负脉冲关断阳
极电流提供有利条件。
（2）关断过程
当GTO已处于导通状态时，对门极加负的关断脉冲，形 成－IG ，相当于将IC1 的电流抽出，使晶体管N1P2N2 的基 极电流减小，使IC2 和IK 随之减小，IC2 减小又使IA 和IC1 减 小，这是一个正反馈过程。当IC2和IC1的减小使α1+α2<1时， 等效晶体管N1P2N2 和P1N1P2 退出饱和，GTO不满足维持 导通条件，阳极电流下降到零而关断。
1.1 功率二极管
1.1.1 功率二极管的结构和工作原理 1、功率二极管的结构
2、功率二极管的工作原理
由于PN结具有单向导电性，所以二极管是一个正方向单 向导电、反方向阻断的电力电子器件。
1.1.2 功率二极管的伏安特性
ID
U R0 U RSMU RRM
0
I RR I RS
UD
I dD
1.1.3 功率二极管的主要参数
倍的安全裕量。
3、维持电流IH
电力电子技术第四版王兆安答案
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第
1章电力电子器件
1. 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
I
b) Im2 .. 232.90, Id2 . 0.5434 Im2 . 126.56
0.6741
1
c) Im3=2 I = 314, Id3= Im3=78.5
4
5. GTO和普通晶闸管同为
PNPN结构，为什么
GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？
答：GTO和普通晶闸管同为
5章逆变电路················································································31
第
6章
PWM控制技术·····································································35
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。
GTO驱动电路的特点是：GTO要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅
值和陡度，且一般需要在整个导通期间施加正门极电流，关断需施加负门极电流，幅值和
答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化的问题。
因为单相全波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向
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1.2.2 晶闸管的工作特性及主要参数
+ IA
☞反向特性
正向 导通
正向转 折电压 Ubo
IG1 IG=0
√其伏安特性类似二极管 的反向特性。 √晶闸管处于反向阻断状 态时，只有极小的反向漏电 流通过。
URSM U RRM
IH O
IG2
-UA
U DRM U bo + UA U DSM
雪崩 击穿
☞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，而不 是受门极电流控制而导通。
IRM
O
t
尖峰电压
trr
U RRM
tgr
图1-4 晶闸管的开通 和关断过程波形
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1.2.2 晶闸管的工作特性及主要参数
3.晶闸管的主要参数—电压定额 ◆断态不重复峰值电压UDSM ☞晶闸管在门极开路时，施加 于晶闸管的正向阳极电压上升 到正向伏安特性曲线急剧弯曲 处所对应的电压值。 ☞它是一个不能重复且每次持 续时间不大于10ms的断态最大 脉冲电压。 ☞UDSM值小于转折电压Ubo，其 差值大小，由晶闸管制造厂自 定。
① ②
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1.2.2 晶闸管的工作特性及主要参数
(1) 晶闸管的伏安特性 晶闸管的伏安特性是晶闸管阳极与阴极间 电压UAK和晶闸管阳极电流IA之间的关系特性。
+ IA 正向 导通
正向转 折电压 Ubo
IG1 IG=0
URSM U RRM -UA
IH O
IG2
U DRM U bo + UA U DSM
1.2.1 晶闸管的结构和工作原理
1.晶闸管的结构
晶闸管是具有四层PNPN结构、三端引出线(A、K、G)的器件。
图1-2 晶闸管的外形、结构和符号
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1.2.1 晶闸管的结构和工作原理
2.晶闸管的工作原理
IG↑→Ib2↑→IC2(Ib1)↑→IC1↑
图1-2 晶闸管的双晶体管模型与工作电路图
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1.1
电力电子器件的特点与分类-分类
根据器件内部带电粒子参与导电的种类不同，电力电子器件又可分为 单极型、双极型和复合型三类。
（1）单极型器件。器件内部只有一种带电粒子参与导电的称为单极型器件，如 Power MOSFET； （2）双权型器件。器件内有电子和空穴两种带电粒子参与导电的称为双极型器 件，如GTR和GTO； （3）复合型器件。由双极型器件与单极型器件复合而成的新器件称为复合型器 件，也称混合型器件。如IGBT等。
iA
◆关断过程 ☞由于外电路电感的存在，原 处于导通状态的晶闸管当外加 电压突然由正向变为反向时， 其阳极电流在衰减时必然也是 有过渡过程的。
90%
反向恢复电 流最大值
10% uAK 0 td tr t
☞反向阻断恢复时间trr 正向阻断恢复时间tgr 关断时间tq=trr+tgr ☞关断时间约几百微秒。
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1.3 派生晶闸管器件
(2)双向晶闸管 双向晶闸管不论从结构还是从特性 方面来说，都可以看成是一对反向并 联的普通晶闸管。在主电极的正、反 两个方向均可用交流或直流电流触发 导通。
双向晶闸管在第Ⅰ和第Ⅲ象限有 对称的伏安特性。
图1-8 双向晶闸管等效电路及符号
图1-9 双向晶闸管的伏安特性
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1.3 派生晶闸管器件
(3)逆导晶闸管 逆导晶闸管是将晶闸管和整流管制作在同一管芯上的集成元件。 由于逆导晶闸管等效于 反并联的普通晶闸管和整 流管，因此在使用时，使 器件的数目减少、装置体 积缩小、重量减轻、价格 降低和配线简单，特别是 消除了整流管的配线电感 ，使晶闸管承受的反向偏 置时间增加。
第一章 电力电子器件
1
1.1
电力电子器件的特点与分类-特点
电力电子器件在电力电子电路中一般都工作在开关状态。
关断时承受一定的电压，但基本无电流流过；导通时流过一定的电流，但器件只有很小的导通压降。电 力电子器件工作时在导通和关断之间不断切换，其动态特性是器件的重要特性。
电力电子器件处理的功率较大，具有较高的导通电流和阻断电压。
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1.2.1 晶闸管的结构和工作原理
欲使晶闸管导通需具备两个条件： 应在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压。 应在晶闸管的门极与阴极之间也加上正向电压和电流。 晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，故晶闸管为半控型器件。 为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一定数值以下，这只有 用使阳极电压减小到零或反向的方法来实现。
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1.2 晶闸管及派生器件源自晶闸管(Thyristor)就是硅晶体闸流管，普通晶闸管也称为可控硅整 流器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）, 普通晶闸 管是一种具有开关作用的大功率半导体器件。 大电流平板式
晶闸管的外形
小电流塑封式
小电流螺旋式 大电流螺旋式 图形符号 7/133
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1.2.2 晶闸管的工作特性及主要参数
◆维持电流IH ☞维持电流是指使晶闸管维持导通所必需的最小电流， 一般为几十到几百毫安。 ☞结温越高，则IH越小。 ◆擎住电流IL ☞擎住电流是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。 ☞约为IH的2~4倍 ◆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。
◆反向不重复峰值电压URSM
+ IA 正向 导通
IH
O
IG2
正向 转折 电压 IG1 UboI =0
G
UDRM U bo +U A UDSM
- IA
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1.2.2 晶闸管的工作特性及主要参数
◆通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。
选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。 ■电流定额 ◆通态平均电流 IT(AV） ☞国标规定通态平均电流为晶闸管在环境温度为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。 ☞ 按照正向电流造成的器件本身的通态损耗的发热效应来定义的。 ☞一般取其通态平均电流为按发热效应相等（即有效值相等）的 原则所得计算结果的1.5~2倍。
正向 导通
IH O
IG2
正向 转折 电压 IG1 UboI =0
G
U DRM U bo + UA UDSM
- IA
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1.2.2 晶闸管的工作特性及主要参数
晶闸管门极开路，晶闸管承受反向电 压时，对应于10ms的反向最大脉冲电 压。 ◆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 U RSM URR M ☞规定反向重复峰值电压URRM为反向不 -UA 重复峰值电压（即反向最大瞬态电压） URSM的90%。 雪崩 击穿 ☞反向不重复峰值电压应低于反向击 穿电压。 ◆通态（峰值）电压UT ☞晶闸管通以某一规定倍数的额定通 态平均电流时的瞬态峰值电压。
雪崩 击穿
图1-3 晶闸管的伏安特性
- IA
IG2>IG1>IG
☞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。
√当反向电压超过一定限 度，到反向击穿电压后，外 电路如无限制措施，则反向 漏电流急剧增大，导致晶闸
管发热损坏。
图1-3 晶闸管的伏安特性
- IA
IG2>IG1>IG
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1.2.2 晶闸管的工作特性及主要参数
A (2) 晶闸管的动态特性 100% 晶闸管开通与关断过程中的伏 90% 安特性变化关系称为晶闸管的动态特性 ◆开通过程 10% 0 ☞由于晶闸管内部的正反馈 uAK 过程需要时间，再加上外电路 电感的限制，晶闸管受到触发 后，其阳极电流的增长不可能 是瞬时的。 O ☞延迟时间td (0.5~1.5s) 上升时间tr (0.5~3s) 开通时间tgt=td+tr
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1.1
电力电子器件的特点与分类-分类
按照驱动信号的波形（电力二极管除外 ）
（1）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。
（2）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并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态。
i
阳极电流稳态 值的90% 阳极电流稳态 值的10%
td
tr
t
IRM
t
☞延迟时间随门极电流的增大而减小,上升时间除反映
trr
U RRM
tgr
晶闸管本身特性外，还受到外电路电感的严重影响。 提高阳极电压,延迟时间和 上升时间都可显著缩短。
图1-4 晶闸管的开通 和关断过程波形
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1.2.2 晶闸管的工作特性及主要参数
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1.3 派生晶闸管器件
(1)快速晶闸管 快速晶闸管的关断时间≤50µ s，常在较高频率(400Hz)的整流、逆变和 变频等电路中使用，它的基本结构和伏安特性与普通晶闸管相同。 目前国内已能提供最大平均电流1200A、最高断态电压1500 V的快速 晶闸管系列，关断时间与电压有关，约为25µ s～50µ s。