2.1.2晶闸管 教师习题20190306

教师习题20190306一、填空题1、晶闸管（Thyristor）：又称晶体闸流管，可控硅整流器（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，晶闸管20世纪80年代以来，开始被性能更好的（全控型）全控型器件取代。

2、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（如：双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等）3、晶闸管的结构外形有（螺栓型）和（平板型）两种封装，引出阳极A、阴极K 和门极（控制端）G三个联接端，对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便，平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。

二、简答题1、为什么说SCR是一种电流控制型的电力电子器件：晶闸管基本工作特性归纳：承受反向电压时(U<0)，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；AK>0，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(即UAK >0才能开通)；晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用；要使晶闸管关断，只IGK能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值(维持电流)以下。

从这个角度可以看出，SCR是一种电流控制型的电力电子器件三、名词解释：晶闸管开通过程1、延迟时间t：门极电流阶跃时刻开始到阳极电流上升到稳态值的10%的时间d2、上升时间t r ：阳极电流从10%上升到稳态值的90%所需的时间3、开通时间t gt ：以上两者之和， t gt =t d + t r 普通晶闸管延迟时间为0.5~1.5μs ，上升时间为0.5~3μs关断过程4、反向阻断恢复时间t rr ：正向电流降为零到反向恢复电流衰减至近于零的时间5、正向阻断恢复时间t gr ：晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间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实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作6、关断时间t q ：t rr 与t gr 之和，即 t q =t rr +t gr普通晶闸管的关断时间约几百微秒，这是设计反向电压设计时间的依据四、看图分析（一）、看教材图2--3分析1、当SCR 的阳极和阴极电压， 时，无论门极G 是否有电流， SCR 始终处于关断状态； 当 时，只要门极没有电流 ，SCR 仍然处于关断状态； 说明SCR 没有门极电流触发时，具有正向阻断能力；当满足，条件时可以导通。

2、 SCR 一旦导通，此时去掉E G （即再令），白炽灯仍保持点亮，说明SCR 仍保持导通状态。

导通后SCR 的管压降为1V 左右，主电路中的电流I A 由白炽灯内阻、R W 和E A 的大小决定。

3、 在I A 逐渐降低（通过调整R W ）至某一个小数值时，刚刚能够维持SCR 导通；此时如果继续降低I A ，则SCR 会关断，该小电流称为SCR 的维持电流。

4、晶闸管承受反向电压时(UAK <0)，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；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(即UAK >0， IGK >0才能开通)；晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用；要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值(维持电流)以下 ，从这个角度可以看出，SCR 是一种电流控制型的电力电子器件。

5、晶闸管的工作机理，在分析SCR 的工作原理时，常将其等效为两个晶体管V1和V2串级而成。

其工作过程如下：UGK>0 → 产生IG → V2通→产生IC2 → V1通→ IC1↗ → IC2 ↗ → 出现强烈的正反馈，G 极失去控制作用，V1和V2完全饱和，SCR 饱和导通。

晶闸管导通后，即使去掉门极电流，仍能维持导通。

（二）、看教材图2-4分析晶闸管的工作机理在分析SCR 的工作原理时，常将其等效为两个晶体管V1和V2串级而成。

其工作过程如下：U GK >0 → 产生I G → V 2通→产生I C2 → V1通→ I C1↗ → I C2 ↗ → 出现强烈的正反馈，G 极失去控制作用，V 1和V 2完全饱和，SCR 饱和导通。

晶闸管导通后，即使去掉门极电流，仍能维持导通。

（三）、看教材图2-5分析晶闸管的静态伏安特性第I 象限的是正向特性有阻断状态和导通状态之分。

在正向阻断状态时，晶闸管的伏安特性是一组随门极电流的增加而不同的曲线簇。

当I G 足够大时，晶闸管的正向转折电压很小，可以看成与一般二极管一样第III 象限的是反向特性晶闸管的反向特性与一般二极管的反向特性相似。

门极I=0时，器件两端G施加正向电压，为正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压U，则漏电流急剧增大，器件开通。

bo➢随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低➢导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿，晶闸管本身的压降很小，在1V左右导通期间，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称为维持电流。

以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。

IH➢晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性➢晶闸管的门极G触发电流从门极流入晶闸管，从阴极K流出➢阴极K是晶闸管主电路与控制电路的公共端➢门极G触发电流也往往是通过触发电路在门极G和阴极K之间施加触发电压而产生的➢晶闸管的门极G和阴极K之间是PN结J，其伏安特性称为门极伏安3特性。

为保证可靠、安全的触发，触发电路所提供的触发电压、电流和功率应限制在可靠触发区。

五、晶闸管主要参数解释1.额定电压1)断态重复峰值电压U：在门极断路而结温为额定值时，允许重复正向加在DRM器件上的正向峰值电压,一般为正向转折电压的80％。

2)反向重复峰值电压U——在门极断路而结温为额定值时，允许重复RRM加在器件上的反向峰值电压，一般为反向击穿电压的80％。

3) 通态（峰值）电压U TM —— 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（一般为2V ）。

4）晶闸管的额定电压：通常取晶闸管的U DRM 和U RRM 中较小的标值作为该器件的额定电压。

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。

2. 额定电流1) 通态平均电流（额定电流） I T(AV)：晶闸管在环境温度为40︒C 和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许连续流过的单相工频正弦半波电流的最大平均值。

使用时应按实际电流与通态平均电流有效值相等的原则来选取晶闸管额定电流。

实际使用时应留一定的裕量，一般取1.5 ~2倍。

1）、对于一只额定电流（通态平均电流）I T(AV)=100A 的晶闸管，允许的电流有效值应该为157A （考虑正弦半波波形系数K=有效值T/平均值DT=1.57）。

对于特定电流波形，其有效值和平均值的比值成为波形系数K f =I rms /I AV ，按有效值相等原则选择晶闸管时遵循：当三个不同的电流波形，分别流经额定电流为 I T(AV )= 100A 的晶闸管时，其允许的电流平均值为I AV 不同。

这时100A 的器件只能当作70A (平均值)使用，只能当作90A (平均值)使用. 只能当作140A (平均值)使用2) 维持电流 I H—晶闸管处于通态时，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，与结温有关，结温越高，则I H越小 3) 擎住电流 I L—— 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I L 约为I H的2~4倍 4) 浪涌电流I TSM ——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3、动态参数（1）晶闸管的开通时间t gt 与关断时间 t q|开通与关断时间的含义如前所述 （2）断态电压临界上升率d u /d t ：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。

（2）通态电流临界上升率d i /d t ：指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。

如果电流上升太快，则晶闸管刚一开通，便会有 很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而使晶闸管损坏。

六、晶闸管触发导通和可靠关断的条件是什么？1、触发导通条件：U AK >0，U GK >0（或I GK >0） ，并有足够的触发功率。

一旦器件导通，门极电流就不再具有控制作用。

因此，门极触发电流可用脉冲电流，无需用直流。

2、晶闸管的关断方法：自然关断：在导通期间，如果要求器件返回到正向阻断状态，必 须令门极电流为零，且将阳极电流降低到一个称为维持电流的临界极限值以下，并保持一段时间。

强迫关断：通过加一反向电压U AK <0，并保持一段时间使其关断。

在实际电路中是采用阳极电压反向、减小阳极电压、增大回路阻抗等方式，使阳极电流小于维持电流，使晶闸管关断。

3、晶闸管可靠关断的条件：关断时间t q ：恢复晶闸管电压阻断能力所需的最小电路换流反压时间。

电路换流反压时间t β：正向电流过零点与重新施加正向电压的起点之间的时间间隔。

可靠关断的条件：U AK <0 (或I A <I H )，并保持一段时间t β > t q 。

由于在触发导通时积累的非平衡载流子需要恢复时间，使其可靠关断，因此需要在t β> t q 之后再施加正向电压而不会导通。

2019年3月6日。