晶闸管的工作原理与应用演示教学

1.1.1 晶闸管及其工作原理
1、晶闸管的结构：
图1.1.1 晶闸管的外型及符号
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
2、晶闸管的工作原理
晶闸管(单向导电性),导通条件为阳极正偏和门极加正向触发电流。
图1.1.3 晶闸管的内部结构和等效电路
(1)导通：阳极施加正向电压;
（5）维持电流ＩＨ 和掣住电流ＩL
• 1）维持电流ＩＨ： 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为维持电流ＩH 。 • 2）掣住电流ＩL ：
给晶闸管门极加上触发电压，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掣住电流ＩL。
门极G也加正向电压
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1.3.2 晶闸管的特性与主要参数
１. 晶闸管的伏安特性 ：
定义：晶闸管阳极与阴极之 间的电压Ua与阳极电流Ia 的关系曲线称为晶闸管的 伏安特性。
第一象限是正向特性、第 三象限是反向特性。
• 图1.3.4 晶闸管阳极伏安特性
2. 晶闸管的开关特性
1.3.5 晶闸管的开通和关断过程波形
4. 光控晶闸管(LTT)
1)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。 2）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，因此目前在高压大功率的场合， 如高压直流输电和高压核聚变装置中，占据重要的地位。返
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1.4 可关断晶闸管
➢ 可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor)简称GTO。
2） IT(AV)计算方法：
根据额定电流的定义可知，额定通态平均电流是指在通以单相 工频正弦波电流时的允许最大平均电流。
额定电流(平均电流)为：
IT ( AV )

1
2
0
Im
sin tdt

Im

（1.3.3）
正弦半波电流的峰值
额定电流有效值为：
IT
1 2

(Im
0
sint)2 dt

Im 2
（1.3.4）
（3）门极触发电流IGT和门极触发电压 UGT
在室温下，晶闸管加6V正向阳极电压时，使 元件完全导通所必须的最小门极电流，称为门极触 发极电触流发I电GT压。U对G应T。于门极触发电流的门极电压称为门
（4）通态平均电压UT(AV )
在规定环境温度、标准散热条件下， 元件通以 正弦半波额定电流时，阳极与阴极间电压降的平均值， 称通态平均电压(又称管压降)
2. 双向晶闸管(TRIAC)
个门有极两G个。主电极T1和T2，一
➢ 正反两方向均可触发导通， 所以双向晶闸管在第Ｉ和 第III象限Baidu Nhomakorabea对称的伏安特性。
图1.3.6 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 (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。
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。
(c) 电气图形符号
• 2、可关断晶闸管的工作原理
1）GTO的导通机理与SCR是相同的。
2）在关断机理上与SCR是不同的。门极加负脉 冲即从门极抽出电流(即抽取饱和导通时储存 的大量载流子)，强烈正反馈使器件退出饱和 而关断。
3、可关断晶闸管的应用
GTO主要用于直流变换和逆变等需要元件强迫关断的地 方，电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，达到兆瓦 级的数量级。
（2）晶闸管的额定通态平均电流─额定电流IT(AV)
➢1）定义：在环境温度为40℃和规定的冷却条件下, 晶 闸管在电阻性负载导通角不小于170°的单相工频正弦 半波电路中, 当结温稳定且不超过额定结温时所允许的 最大通态平均电流。
➢ 在选用晶闸管额定电流时，根据实际最大的电流计算 后至少还要乘以1.5～2的安全系数，使其有一定的电 流裕量。
❖ 用门极正脉冲可使GTO开通， 用门极负脉冲可以使 其关断， 这是GTO最大的优点。 但要使GTO关断的门极 反向电流比较大， 约为阳极电流的１/５左右。
❖ GTO有能承受反压和不能承受反压两种类型， 在使 用时要特别注意。
➢ 它具有普通晶闸管的全部优点，如耐 压高，电流大等。同时它又是全控型器件， 即在门极正脉冲电流触发下导通，在负脉 冲电流触发下关断。
1、可关断晶闸管的结构 PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门 极
图1.4.1 GTO的内部结构和电气图形符号 (a) 各单元的阴极、门极间隔排列的图形 ( b) 并联单元结构断面示意图
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1.3.3 晶闸管的派生器件
1. 快速晶闸管(Fast Switching Thyristor—FST
➢ 可允许开关频率在400HZ以上工作的晶闸管称为快速晶
闸管(Fast Switching Thyristor，简称FST)，开关频率 在10KHZ 以上的称为高频晶闸管。 ➢ 快速晶闸管为了提高开关速度，其硅片厚度做得比普通 晶闸管薄，因此承受正反向阻断重复峰值电压较低，一 般在2000V以下。
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。
3. 晶闸管的主要特性参数
（1）晶闸管的重复峰值电压─额定电压Ute 1）正向重复峰值电压UDRM : 2）反向重复峰值电压URRM : 3 ） 晶 闸 管 铭 牌 标 注 的 额 定 电 压 通 常 取 UDRM
与URRM中的最小值, 选用时，额定电压要留有 一定裕量,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。