晶闸管有那些派生器件
二极管晶闸管及派生器件
二极管的基本工作原理就在于利用 PN结的单向导电性这一主要特征。
9
半导体工作原理
举例1
i
i
2V0 sin t
v
vR
R
0
V0
v
2V0 V0
vR
2V0 sin t
t
10
半导体工作原理
举例2
i
二极管特性设为理想
V0 sin t
v
i
vR
R
V0
V0 sin t
0
v
vR
i
t
11
2.1 电力二极管（续7）
2.3 晶闸管及其派生器件（续8）
（4）关断
• 维持电流IH：是指晶闸管稳定导通以后，逐渐减小通过器 件的阳极电流IA，仍能维持住导通状态不变的最小阳极电 流。 • 当IA <IH时，晶闸管就维持不住导通，而进入阻断状态。 • 维持电流一般很小，几十mA，接近于零。
2.3 晶闸管及其派生器件（续9）
33
晶闸管
2） 动态特性
1) 开通过程
iA 100% 90% 10% 0 td uAK
延迟时间td (0.5~1.5s)
上升时间tr (0.5~3s) 开通时间tgt 以上两者之 和： tgt=td+ tr 2) 关断过程
tr IRM t
O
t
反向阻断恢复时间trr 正向阻断恢复时间tgr 关 断 时 间 tq 以 上 两 者 之和： tq=trr+tgr 普通晶闸管的关断时 间约几百微秒
使用时，应当留有两倍的裕量。
4）反向恢复时间trr
trr= td+ tf
14
功率二极管
5）最高工作结温TJM 结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。
半控型器件-晶闸管
3.门极定额
其他参数 额定结温
——在室温下，阳极直流6V时，晶闸管从断到通所需的最小门极电流。
1) 门极触发电流IGT
01
——产生IGT所需的最小门极电压 以上两个值均为下限值，应用时应适当大于这两个值，当不能超过其峰值IFGM和UFGM。且两者之积也不能超过峰值功率PGM,最好在门极平均功率PG之下。 ——器件正常工作时允许的最高PN结结温。在这个温度以下，一切特性均能保证。
试验项目： 只在AK端加正向电压EA 再在GK端加正向电压EG 断开GK端所加正向电压EG 在AK端加反向电压EA
试验结论：
导通条件：在 AK端承受正向电压，GK端也承受正向电压时， 晶闸管导通，而且晶闸管一旦导通，门极就失去了控制作用，不论门极电压是正还是负，晶闸管保持导通。所以，在实验中，我们发现，门极控制信号只需要一个脉冲即可。
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，广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件
3) 擎住电流 IL
——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对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。
4) 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 。
1.2 晶闸管
1.2.1 晶闸管的结构 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。常 结构、三端引出线 、 、 的器件 的器件。 具有四层 结构 见的外形有两种：螺栓型和平板型。 见的外形有两种：螺栓型和平板型。
图1-4
2、结构和图形符号
P1
N1
J1 J2
P2
N2
J3
图1-4
1.2.2 晶闸管的工作原理
结论
晶闸管在反向阳极电压作用 不论门极为何电压， 下，不论门极为何电压，它 都处于关断状态。 都处于关断状态。 晶闸管在正向阳极电压与正 向门极电压的共同作用下， 向门极电压的共同作用下， 才能导通。 才能导通。
已导通的晶闸管在正向阳极 作用下，门极失去控制作用。 作用下，门极失去控制作用。 晶闸管在导通状态时， 晶闸管在导通状态时，当阳 极电压减小到接近于零时， 极电压减小到接近于零时， 晶闸管关断。 晶闸管关断。
4、晶闸管的导通关断原理 、
当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时， 当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时， 形成了强烈的正反馈，正反馈过程如下： 形成了强烈的正反馈，正反馈过程如下：
IG↑→IB2↑→IC2(IB1)↑→IC1↑→IB2↑
A A P1 IA V1 G IG S EG Ic1 NPN PNP Ic2 V2 IK K b) EA R
Rg
RP
VT
RP
Rg
VT
RP
Rg
EA
EG
EA
EA
（a） (b) (c)
EG
RL
RL
RL
VT
Rg
RP
EG
EA
RL
EA
电力电子器件
3)
4)
——与断态重复峰值电压和反向重复峰值电压对应
5) 浪涌电流ITSM 指由于电路异常情况引起的使结温超过额定结温的不重复性 最大正向过载电流
三、门极触发电流IGT和门极触发电压UGT IGT是室温下，给晶闸管加6V正向阳极电压时，使晶闸 管从断态转入通态所必须的最小门极电流。 UGT为产生IGT所需的最小门极电压 四、动态参数 除开通时间ton和关断时间toff外，还有： 1。断态电压临界上升率du/dt ——指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸 管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。
1.3 晶闸管的工作原理
I c1 1I A I CBO1
I c 2 2 I K I CBO2
（1-1）
（1-2）
（1-3） （1-4）
I K I A IG
I A I c1 I c 2
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 ：
，计算通态平均电流，选取晶闸管。
波形系数：
Kf
有效值
平均值
I Id
额定情况的波形系数：
有效值： I
1 2
0
Im ( I m Sin t ) d (t ) 2
2
1 Im I m Sint d (t ) 平均值：I d IT ( AV ) 2 0 I I 2 m 波形系数： K 1.57 f IT ( AV ) I m 2
trr URRM t gr
晶闸管的开通和关断过程波形
（2）关断过程
反向阻断恢复时间trr：正向电流 降为零到反向恢复电流衰减至接 近于零的时间
1.3 晶闸管的派生器件
1.3 晶闸管的派生器件
I
T1
IG = 0
O
U
G
T2
a)
b)
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
■双向晶闸管（Triode AC 双向晶闸管（ Switch——TRIAC或 或 Bidirectional triode thyristor） ） 可以认为是一对反并联联 ◆可以认为是一对反并联联 的普通晶闸管的集成。 接的普通晶闸管的集成 ◆门极使器件在主电极的正 反两方向均可触发导通， 反两方向均可触发导通，在第 和第III象限有 象限有对称的伏安特 Ｉ和第 象限有对称的伏安特 性。 ◆双向晶闸管通常用在交流 电路中， 电路中，因此不用平均值而用 有效值来表示其额定电流值 来表示其额定电流值。 有效值来表示其额定电流值。
1.3 晶闸管的派生器件 1.快速晶闸管（Fast Switching Thyristor—— 快速晶闸管（ 快速晶闸管 FST） ） 2.双向晶闸管（Triode AC Switch——TRIAC或 双向晶闸管（ 双向晶闸管 或 Bidirectional triode thyristor） ） 3.逆导晶闸管（Reverse Conducting Thyristor— 逆导晶闸管（ 逆导晶闸管 —RCT） ） 4.光控晶闸管（Light Triggered Thyristor—— 光控晶闸管（ 光控晶闸管 LTT） ）
3/21
1.3 晶闸管的派生器件
■逆导晶闸管（Reverse 逆导晶闸管（ Conducting Thyristor—— RCT） ） 是将晶闸管反并联一个 ◆是将晶闸管反并联一个 二极管制作在同一管芯上 二极管制作在同一管芯上 的功率集成器件， 的功率集成器件，不具有 承受反向电压的能力， 反向电压的能力 承受反向电压的能力，一 旦承受反向电压即开通。 旦承受反向电压即开通。 具有正向压降小、 ◆具有正向压降小、关断 时间短、高温特性好、 时间短、高温特性好、额 定结温高等优点， 定结温高等优点，可用于 不需要阻断反向电压的电 路中。 路中。
电力电子技术选择题
1、三相全控桥整流电路的同一相上下两个桥臂晶闸管的触发脉冲依次应相差180度2、α为30度时，三相半波可控整流电路，电阻性负载输出的电压波形，处于连续和断续的临界状态。
3、可实现有源逆变的电路为（三相半波可控整流电路，）。
4、在一般可逆电路中，最小逆变角βmin选在下面那一种范围合理（30º-35º）。
5、快速熔断器熔体额定电流的选择是电流的（有效值）。
6、三相桥式半控整流电路，大电感负载时的移相范围为（0º～180º）。
7、三相半波整流电路，电阻性负载时的移相范围为（0º～150º）。
8、三相桥式全控整流电路，大电感负载时的移相范围为（0º～90º）。
9、单相半控桥电感性负载电路，在负载两端并联一个二极管的作用是（防止失控）。
10、具有锁定效应的电力电子器件是（绝缘栅双极型晶体管）。
10、单相半控桥电感性负载电路，在负载两端并联一个二极管的作用是（防止失控）20、某型号为KP100-10的普通晶闸管工作在单相半波可控整流电路中，晶闸管能通过的电流有效值为（157A ）。
21、图中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，两个波形的电流最大值均相同，则波形的电流有效值I1、I2的关系为：（I2 = 2I1）。
22、下列关于Power MOSFET的描述，哪一项是错误的？也称为绝缘栅极双极型晶管(这是IGBT)23、三相半波整流电路输出波形如图所示，则以下判断正确的是:控制角为0°，电阻性负载，24、下面哪种功能不属于变流的功能（变压器降压 ）25、 三相半波可控整流电路的自然换相点是（本相相电压与邻相电压正半周的交点处。
）。
26、三相电压型逆变器采用的导电方式为 1 8 0º度导电方式。
27、三相电流型逆变器采用的导电方式为 120 度导电方式。
28、可实现有源逆变的电路为 三相半波可控整流电路，29、三相半波可控整流电路在换相时，换相重叠角γ的大小与哪几个参数有关αI d 、 X L 、U 230、α=60 度时，三相全控桥式整流电路带电阻负载电路，31、某电流分解为)5sin 513sin 31(sin 42 +++=ωωωπt t I i d ，其中基波的有效值d I π22 32、逆变角的大小等于（απ- ）A απ+B απ-C απ-2D απ+233、升压斩波电路的电压输入输出关系是（ U0=(T/Toff)E ）34、下图中阴影部分为晶闸管处于一个周期内的电流波形，平均电流是M I )4221(1+π (无图)1、电力电子器件按照器件内部电子与空穴两种载流子参与导电的情况分为：单极型器件、双极型器件和复合型器件三种。
电力电子技术.课后习题答案.南航.丁道宏
第一章第1章 思考题与习题1.1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。
1.2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。
1.3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。
1.4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。
1.5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 +=。
1.6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。
1.7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。
1.8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H A I mA K VI <=Ω=250100，所以不合理。
晶闸管
晶闸管(thyristor)是硅晶体闸流管的简称，俗称可控硅（SCR），其正式名称应是反向阻断三端晶闸管。
除此之外，在普通晶闸管的基础上还派生出许多新型器件，它们是工作频率较高的快速晶闸管(fast switching thyristor，FST)、反向导通的逆导晶闸管(reverse conducting thyristor，RCT)、两个方向都具有开关特性的双向晶闸管(TRIAC)、门极可以自行关断的门极可关断晶闸管（gate turn off thyristor，GTO）、门极辅助关断晶闸管(gate assisted turn off thytistor，GATO)及用光信号触发导通的光控晶闸管(light controlled thyristor，LTT)等。
一、结构与工作原理晶闸管是三端四层半导体开关器件，共有3个PN结，J1、J2、J3，如图1(a)所示。
其电路符号为图1(b)，A(anode)为阳极，K(cathode)为阴极，G(gate)为门极或控制极。
若把晶闸管看成由两个三极管T1(P1N1P2)和T2(N1P2N2)构成，如图1(c)所示，则其等值电路可表示成图1(d)中虚线框内的两个三极管T1和T2。
对三极管T1来说，P1N1为发射结J1，N1P2为集电结J2；对于三极管T2，P2N2为发射结J3，N1P2仍为集电结J2；因此J2（N1P2）为公共的集电结。
当A、K两端加正电压时，J1、J3结为正偏置，中间结J2为反偏置。
当A、K两端加反电压时，J1、J3结为反偏置，中间结J2为正偏置。
晶闸管未导通时，加正压时的外加电压由反偏值的J2结承担，而加反压时的外加电压则由J1、J3结承担。
如果晶闸管接入图1(d)所示外电路，外电源U S正端经负载电阻R引至晶闸管阳极A，电源U S的负端接晶闸管阴极K，一个正值触发控制电压U G经电阻R G后接至晶闸管的门极G，如果T1（P1N1P2）的共基极电流放大系数为α1，T2（N1P2N2）的共基极电流放大系数为α2，那么对T1而言，T1的发射极电流I A的一部分α1I A将穿过集电结J2，此外，J2受反偏电压作用，要流过共基极漏电流i CBO1，因此图1(d)中的I C1可表示为I C1=α1I A+i CBO1。
电力电子与现代控制_电力电子器件_第三部分
P1 N1 P2 N2
K
iG
iK
ts 存储 时间 tf 下降 时间
i tail
ttail 拖尾 时间
电感 L
阴极
GTO关断过程
1、晶闸管工作模式， 门极电流变负，满足关 断条件，此时GTO 中 两个等效三极管开始退 出饱和导通过程，清除 N1和P2区的存储过剩 载流子，所需时间为存 储时间。
2、GTO工作模式， α1+α2 < 1，此时GTO阳极 电压上升，阳极电流下降， 需要采用关断缓冲限制阳 极电压的上升速度，所需 时间为下降时间。
双向晶闸管
逆导晶闸管
光控晶闸管
门极可关断晶闸管
1. 可关断晶闸管的结构 ������ 可关断晶闸管GTO(Gate Turn-Off Thyristor)， GTO的内部包含着数百个共阳极的小
GTO元，可用门极信号控制其关断。目前，GTO的容量水平达6kA/6kV，开关频率<1kHz。
GTO结构，等效电路及符号 2. 可关断晶闸管的工作原理 (1) 开通过程 ������ GTO也可等效成两个晶体管P1N1P2和N1P2N2互连，开通过程与晶闸相同。
栅极
G P
N2
G
绝缘栅
++++++
D
N N2
D
S
源极
N1
D S
N1
J1
J2 空 间 电 荷漏极 区
P
D
G S
G S
符号
J1
导电原理
J2 空 间 电 荷 区
基本结构
MOSFET基本结构，导通原理和符号 MOSFET导通原理： 利用栅极和源极之间的正电压，吸引自由电子堆积在P区上表面层，并使该层反型为N型；之后 N1-N-N2之间电子可以流动导电。 功率MOSFET导通时只有一种极性载流子（多子）参与导电。
晶闸管的派生器件
晶闸管的派生器件*
逆导晶闸管（Reverse Conducting Thyristor，RCT）
➢ 晶闸管反并一个二极管的集成器件 ➢ 额定电流有两个，一个是晶闸管电流，一个是反并联二
极管的电流 ➢ 常应用于各类逆变器和斩波器中。
4
晶闸管的派生器件*
光控晶闸管（Light Triggered Thyristor,LTT）
GTO电气图形符号
6
ห้องสมุดไป่ตู้
电力电子技术
➢ 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，选择通态平均电流时不能忽略其开
关损耗的发热效应
2
晶闸管的派生器件*
双向晶闸管（Triode AC Switch，TRIAC）
➢相当于一对反并联晶闸管的集成，主电极T1和T2，门极G ➢门极正、负脉冲电流均可触发，正、反向均可触发导通 ➢有效值表示额定电流值 ➢交流调压、固态继电器和交流电机调速等领域应用
电力电子技术
晶闸管的派生器件*
快速晶闸管（Fast Switching Thyristor,FST）
➢ 包括所有专为快速应用而设计的晶闸管，有快速晶闸管 和高频晶闸管
➢ 管芯结构和制造工艺进行了改进，开关时间以及du/dt和 di/dt 耐量都有明显改善
➢ 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒， 高频晶闸管10s左右
➢ 又称光触发晶闸管， ➢ 利用一定波长的光照信号触发导通 ➢ 多在高压大功率的场合应用
5
晶闸管的派生器件*
门极可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor，GTO)
➢当UAK>0，UGK>0（或IGK>0），触发导通 ➢门极施加负的脉冲电流（IGK<0）使其关断 ➢全控型器件（控制极可以控制开通、也可以控制关断） ➢在大功率场合仍有较多的应用
晶闸管的派生器件
3、参数及型号
其它参数
等级 du/dt (V/μs)
断态电压临界上升率分级规定
0.2
0.5
2
≥20
≥50
≥200
5 ≥500
等级
di/dt (A/μs)
换向电流临界下降率(di/dt)的规定
0.2
0.5
≥0.2%IT(RSM)
≥0.5%IT(RSM)
1
≥1%IT(RSM)
一、双向晶闸管
3、参数及型号
500
一、双向晶闸管
3、参数及型号
UDRM：断态重复峰值电压 (额定电压) 。应用时通常取两倍的裕量。
等级
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
14
16 18
20
UDRM(V) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1200 1400 1600 1800 2000
一、双向晶闸管
KS
电流临界下降率等级数 断态电压临界上升率级数
断态重复峰值电压级数 额定通态电流值(正弦有效值) 双向 闸流特性
二、逆导晶闸管
将普通晶闸管 和整流二极管集成的器件。
I A
ALeabharlann G KG KIG=0 U
三、快速晶闸管
关断时间为几十微秒。(普通晶闸管为几百微秒)
四、光控晶闸管
利用光照信号来代替电信号对器件进行触发。
Ⅲ
T1为负 T2为正
常用触发 方式：Ⅰ+ 、Ⅲ-
一、双向晶闸管
3、参数及型号
主要参数与普通晶闸管基本一致。 IT(RSM)：额定通态电流。其额定电流是用有效值定义的。
【电力电子技术习题解答】期末考试题库第2章
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2.8所示电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题2.8答：（a ）因为H A I mA K VI <=Ω=250100，所以不合理。
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
电力电子技术习题
1．1什么是电力电子技术？它有几个组成部分？答：电力电子技术是与电能处理相关的技术学科，即，将电子技术与控制技术应用到电力领域，通过电力电子器件组成各种电力变换电路，实现电能的转换与控制，成为电力电子技术，或电力电子学。
电力电子技术包括电力电子器件、电力电子电路（变流电路）和控制技术三个主要组成部分。
1．2从发展过程看，电力电子器件可分为哪几个阶段？简述各阶段的主要标志。
答：第一代电力电子器件：以硅整流管和晶闸管（SCR）为代表，体积小，功耗低。
第二代电力电子器件：超大功率，高频全控器件，如电力晶体管（GTR）、可关断晶闸管（GTO）、电力场控晶体管（功率MOSFET）等。
第三代电力电子器件：高频化、标准模块化、集成化和智能化时代。
1．3电力电子技术的基础与核心分别是什么？答：电力电子器件是电力电子技术的基础，变流电路是电力电子技术的核心。
1．4变流电路的发展经历了哪几个时代？答：（1）整流器时代：20世纪60～70年代，大功率硅整流管和晶闸管大量开发应用。
（2）逆变器时代：20世纪70～80年代，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管和门极可关断晶闸管成为电力电子器件的主角。
（3）变频器时代：20世纪80年代以后，大规模和超大规模集成电路技术迅猛发展，出现了一批全新的全控型功率器件，如MOSFET、IGBT。
1．5传统电力电子技术与现代电力电子技术各自特征是什么？答：（1）传统电力电子技术阶段（1957～1980）器件以半控型晶闸管为主；变流电路以相控电路为主；控制电路以模拟电路为主（2）现代电力电子技术阶段：器件以全控型晶闸管为主；变流电路以脉宽调制（PWM）电路为主；控制电路以数字控制为主。
1．6电力电子技术的发展方向是什么？6答：电力电子技术的发展是从低频技术处理问题为主的传统电力电子技术向以高频技术处理问题为主的现代电力电子技术方向发展。
目前，电力电子技术作为节能、环保、自动化、智能化、机电一体化的基础，正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。
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晶闸管有那些派生器件,并写出他们的关断条件。
1、晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为：
快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管、门极可关断晶闸管
导通与关断条件，晶闸管派生器件有：快速晶闸管；双向晶闸管；逆导晶闸管；光控晶闸管；门极可关断晶闸管
1. 快速晶闸管
可以在400Hz以上频率工作的晶闸管。
视电流容量大小，其开通时间为4～8µs，关断时间为10～60µs。
主要用于较高频率的整流、斩波、逆变和变频电路。
导通条件：阳极加正电压、阴极加负电压、门极和阴极之间加正向触发电压
关断条件：在阳极和阴极之间加上反向电压。
2. 双向晶闸管
双向晶闸双向晶闸管工作原理:双向可控硅具有两个方向轮流导通、关断的特性。
双向可控硅实质上是两个反并联的单向可控硅，是由NPNPN五层半导体形成四个PN结构成、有三个电极的半导体器件。
主电极的构造是对称的（都从N 层引出），它的电极不像单向可控硅那样分别叫阳极和阴极，把与控制极相近的叫做第一电极A1，另一个叫做第二电极A2。
双向可控硅的主要缺点是承受电压
上升率的能力较低。
这是双向可控硅在一个方向导通结束时，硅片在各层中的载流子还没有回到截止的，采取相应的保护措施。
双向可控硅元件主要用于交流控制电路，如温度控制、灯光控制、防爆交流开关以及直流电机调速和换向等电路。
导通条件：阳极和阴极之间加正电压或反电压、在门极上加触发电压不管正或者负都能把双向晶闸管导通。
关断条件：阳极和阴极的电流小于维持电流
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.
RCT(Reverse-Conducting Thyristir)亦称反向导通晶闸管，是一种对负阳极电压没有开关作用，反向时能通过大电流的晶闸管。
其特
逆导晶闸管
点是在晶闸管的阳极与阴极之间反向并联一只二极管，使阳极与阴极的发射结均呈短路状态。
由于这种特殊电路结构，使之具有耐高压、耐高温、关断时间短、通态电压低等优良性能。
例如，逆导晶闸管的关断时间仅几微秒，工作频率达几十千赫，优于快速晶闸管（FSCR）。
该器件适用于开关电源、UPS不间断电源中，一只RCT即可代替晶闸管和续流二极管各一只，不仅使用方便，而且能简化电路设计。
逆导晶闸管是一个反向导通的晶闸管，是由晶闸管个二极管反并联构成的A-K不能导通。
导通条件：阳极加正电压、阴极加负电压、门极和阴极之间加正向触发电压然后承受反向电压就导通
关断条件：阳极和阴极的电流小于维持电流
4光控晶闸管
导通条件：阳极加正电压、阴极加负电压还有光亮度达到能使二极管漏电流增加此电流成为门极触发电流使晶闸管开通。
关断条件：加在阳极和阴极之间的电压为零或反
光控晶闸管的特性
为了使光控晶闸管能在微弱的光照下触发导通，因此必须使光控晶闸管在极小的控制电流下能可靠地导通。
这样光控晶闸管受到了高温和耐压的限制，在目前的条件下，不可能与普通晶闸管一样做成大功率的。
光控晶闸管除了触发信号不同以外，其它特性基本与普通晶闸管是相同的，因此在使用时可按照普通晶闸管选择，只要注意它是光控这个特点就行了。
光控晶闸管对光源的波长有一定的要求，即有选择性。
波长在0.8——0.9um的红外线及波长在1um左右的激光，都是光控晶闸管较为理想的光源。
5门极可关断晶闸管
导通条件：在阳极和阴极之间加正向电压，门极与阴极间加正触发信号。
关断条件：门极与阴极间加负信号。
1.3 可关断晶闸管
可关断晶闸管GTO(Gate Turn-Off Thyristor),可用门极信号控制其关断.
目前,GTO的容量水平达6000A/6000V,频率为1kHZ.
1.3.1 可关断晶闸管的结构和工作原理
1. 可关断晶闸管的结构
GTO的内部包含着数百个共阳极的小GTO元,它们的门极和阴极分别并联在一起,这是为了便于实现门极控制关断所采取的特殊设计.
可关断晶闸管的结构、等效电路和符号
2. 可关断晶闸管的工作原理
(1) 开通过程
GTO也可等效成两个晶体管P1N1P2和N1P2N2互连,GTO与晶闸管最大区别就是导通后回路增益α1+α2数值不同.晶闸管的回路增益α1+α2常为1.15左右,而GTO的α1+α2非常接近1.因而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.
GTO关断时,随着阳极电流的下降,阳极电压逐步上升,因而关断时的瞬时功耗较大,在电感负载条件下,阳极电流与阳极电压有可能同时出现最大值,此时的瞬时关断功耗尤为突出.
由于GTO处于临界饱和状态,用抽走阳极电流的方法破坏临界饱和状态,能使器件关断.而晶闸管导通之后,处于深度饱和状态,用抽走阳极电流的方法不能使其关断.
1.3.2 可关断晶闸管的特性和主要参数
(1) GTO的阳极伏安特性
(2) GTO的开通特性
开通时间ton由延迟时间td和上升时间tr组成,
(3) GTO的关断特性
GTO的关断过程有三个不同的时间,即存储时间ts、下降时间tf及尾部时间tt.
存储时间ts :对应着从关断过程开始,到阳极电流开始下降到90%IA为止的一段时间间隔. 下降时间tf :对应着阳极电流迅速下降,阳极电压不断上升和门极反电压开始建立的过程. 尾部时间tt :则是指从阳极电流降到极小值时开始,直到最终达到维持电流为止的时间.
GTO的关断特性
GTO关断时间的大部分功率损耗出现在尾部时间,在相同的关断条件下,不同型号GTO相应的尾部电流起始值和尾部电流的持续时间均不同.在存储时间内,过大的门极反向关断电流上升率会使尾部时间加长.此外,过高的du/dt会使GTO因瞬时功耗过大而在尾部时间内损坏管子.因此必须设计适当的缓冲电路.
2. 可关断晶闸管的主要参数
GTO有许多参数与晶闸管相同,这里只介绍一些与晶闸管不同的参数.
(1) 最大可关断阳极电流IATO
电流过大时α1+α2稍大于1的条件可能被破坏,使器件饱和程度加深,导致门极关断失败.. offβ(2) 关断增益
off通常只有5左右.βoff为最大可关断阳极电流IATO与门极负电流最大值IgM之比βGTO 的关断增益
1.3.3 可关断晶闸管的安全工作区
GTO安全工作区是指在门极加负脉冲关断信号时,GTO能够可靠关断的阳极电流与阳极电压的轨迹.既然是在一定条件下确定的安全运行范围,如条件改变,比如门极驱动电路或缓冲电路参数改变之后,安全工作区也随之改变,实际实用中应加以注意.
GTO的安全工作区。