12电力电子技术-晶闸管2008(肖岚)

有效值与平均值的定义
• f(θ)为表示电压或电流的周期函数，则它在θ 1~ θ 2期间的平均值和有效值：
θ2 1 平均值＝ ∫θ 1 f (θ )d θ θ 2－ θ 1 θ2 1 2 有效值＝ ∫θ 1 f (θ )d θ θ 2－ θ 1
12
• 流过晶闸管的工频正 弦半波电流平均值
电流波形有效值：
不可触发
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G
可靠触发
不可靠
门极和参数定额 3）可靠触发： ABCGFED
UGFM—门极正向峰值电压 IGFM —门极正向峰值电流 PGav —门极平均功率 PGM —门极峰值功率
34
小 结
伏安特性曲线：正向特性－5点； 伏安特性曲线：正向特性－5点； 反向特性—2点。 反向特性—2点。 电压：额定电压等 电压：额定电压等 电流： II 电流： T(AV) ★、IH、 II ★、I 、 L
10% 0 td uAK
tr
t
IRM
O
t
trr
URRM t gr
晶闸管的开通和关断过程波形
31
第一章 晶闸管
1.2 晶闸管的特性和主要参数 1.2.1 晶闸管的伏安特性 1.2.2 晶闸管的主要参数 1.2.3 门极和参数定额
32
门极和参数定额
门极伏安特性：
U GK = f ( I g )
与二极管相似： 1）不可触发区： 0--- UGD—IGD （IGD不触发电流、UGD不触发电压） —干扰信号应限制在该区 2）不可靠触发：ABCJIH （IGT触发电流、UGT触发电压） 3）可靠触发： ABCGFED
14
非正弦波形的电流额定值计算！
• 实际电路中，流过晶闸管的波形可能是任意的 非正弦半波波形 • 对于这些波形，应根据电流有效值相等即发热 相同的原则 • 将非正弦半波电流的有效值IT折合成等效的正 弦半波电流平均值去选择晶闸管额定值 IT=KfId ITav=IT/1.57
• 晶闸管元件热容量小，过载能力低，实际选用 时取1.5－2倍的安全裕量 Kf Id 15 ITav = (1.5~ 2) 1.57
晶闸管的主要参数 2、电流参数 1）ITav—通态平均电流（额定电流） 总结：
ITav = (1.5~ 2)
Kf Id 1.57
I T = K f I d = 1 .57 I Tav /(1 .5 ~ 2 )
IT为应用电流的有效值；Id为应用电流的平均值； Kf为应用电流的波形系数；ITav为额定电流 • 用法一：对于任意波形应用，在知道具体电流大小，求 解晶闸管的额定电流取值 • 用法二：对于任意波形应用，给定晶闸管的额定电流 后，求解任意波形的平均值最大允许值 20
26
晶闸管的主要参数
（3）tON---门极控制开通时间 tON =td(延时)+tr(上升)
iA 100% 90%
10% 0 uAK
td
tr
从门极脉冲前 沿的10%到阳 极电压下降到 10%的时间间 隔。 产生原因： 载流子积累和 电流上升时造 成。
27
O
晶闸管的主要参数 • 开通过程
延迟时间td：门极电流阶跃时 刻开始，到阳极电压降到 10%的时间间隔。 上升时间tr：阳极电压从90% 的到10%的所需时间。 开通时间tgt tgt=td+ tr
8
晶闸管的主要参数
IA
1、电压参数
URSM URRM IH O
导通状态 阻断状态
I g2
I g1 UDRM
I g =0 UBO UAK
UDSM
3）反向不重复峰值电压URSM
门极开路，对应反向伏安特性曲线急剧弯曲处的电压。不能重复、短时 加、反向脉冲电压。
4)反向重复峰值电压URRM
在门极断路而结温为额定值时，允许 50HZ、t≤10ms重复加在器件上的反 向峰值电压。 URRM=80%URSM
导状 通态 阻状 断态
USMURM R R
IH O
Ig2
Ig1 Ig=0 U RM UO UK D A B U SM D
3
图1-8 晶闸管的伏安特性
晶闸管的伏安特性 （1）正向伏安特性
IA
导 状 通 态 阻 状 断 态
II =0,UAK<UBO（正向转折电压）,很小的 gg=0,UAK<UBO（正向转折电压）,很小的 正向漏电流，正向阻断 正向漏电流，正向阻断 UAK>UBO,,漏电流急剧增大突然on UAK>UBO 漏电流急剧增大突然on (雪崩击穿/非正常导通） (雪崩击穿/非正常导通） II ↑→转折点左移 gg↑→转折点左移 II 足够大，很小的UAK，SCR就on gg足够大，很小的UAK，SCR就on →触发导通（压降很小，1V左右） →触发导通（压降很小，1V左右） II < II ,恢复阻断 A < H ,恢复阻断
9
晶闸管的主要参数 5）额定电压
(和SCR选用有关）
min(UDRM ，URRM)取整
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
6）UON—通态平均电压（管压降）：
通过正弦半波的额定通态平均电流和额定结温 时，A-K电压降平均值。 （0.4V～1.2V）
10
晶闸管的主要参数 2、电流参数
iA 100% 90%
10% 0 td uAK
tr
t
IRM
O
t
trr
URRM t gr
晶闸管的开通和关断过程波形
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晶闸管的主要参数
iA 100% 90%
关断时间： tof=trr+tgr • 普通晶闸管的关断时间约 几百微秒。 • 在Tof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，SCR承受反 压时间必须大于Tof
1）ITav—通态平均电流（额定电流）：
★
A 定义：允许通过的工频正弦半波电流的平均值 （环境温度+40度，规定的冷却条件下，额定结 温时，导通角不小于170度阻性负载电路） 之所以通态平均电流来标定是因为整流电路输出端常用 平均电流来表征 B 影响SCR发热的是电流有效值，有效值等、发热相 11 同，选取型号相同。
UDRM UBO UAK UDSM
在门极开路时而结温为额定值时，对应正向伏安特性曲线急剧弯曲处的 正向峰值电压，不能重复、持续时间小于10ms、脉冲电压。
2) 断态重复峰值电压UDRM
在门极开路而结温为额定值时，允许50Hz、t≤10ms重复加在器件上的正 向峰值电压。
（ UDRM=80%UDSM ）
例题
• 例 （P13）流经晶闸管的电流波形如图 所示，试计算该电流波形的平均值、有 效值及波形系数。若取安全系数为2，问 额定电流为100A的晶闸管，其允许通过 的电流平均值和最大值为多少?
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例题求解
电流波形的平均值
Id I = ： d
有效值
∫
T
0
f ( t ) dt T
=
∫π
π
/3
I m ⋅ sin ω t ⋅ d (ω t ) 2π
第一章 晶闸管
1.2 晶闸管的特性和主要参数 1.2.1 晶闸管的伏安特性 1.2.2 晶闸管的主要参数 1.2.3 门极和参数定额
1
晶闸管的选用
特点：可控 单向导电 如何使用？ 导通 阻断 阻断到导通
2
晶闸管的伏安特性
UAK与IA之间的变化关系曲线
第I象限：正向特性 第III象限：反向特性
IA
1 1 π 2 2 IT = ∫0 I m ⋅sin ωt ⋅ d(ωt) = Im 2π 2π 1−cos2ωt Im ∫0 ⋅( 2 )⋅ d(ωt) = 2
π
13
正弦半波的波形系数 • 波形系数：有效值/平均值
★（记住）
• 额定电流为100A的晶闸管，允许通过的 电流有效值为 1.57×100＝157A
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晶闸管的主要参数
（2）di/dt---通态电流临界上升率 在规定条件下，SCR门极触发开通时，SCR能承 受的不会导致损坏的通态电流最大上升率
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晶闸管的主要参数
dI/dt过大会局部过热而使SCR损坏
电流集中！
限制方法：在阳极电路串一小电感； 快速上升的强触发脉冲可提高di/dt承 受能力
A
雪崩 击穿
-IA
5
晶闸管的伏安特性
IA
导通状态 阻断状态
SCR有线性 区吗？
I g1 UDRM UDSM I g =0 UBO UAK
URSM URRM
IH O
I g2
Ig 、Ig1 、 Ig2大小 关系？
因SCR固有的正反馈机理， 因SCR固有的正反馈机理， 只能稳定工作在导通与 只能稳定工作在导通与 关断两个状态。 关断两个状态。
4
IH O
Ig2
Ig1 Ig=0 U RM U U K D BO A U SM D
晶闸管的伏安特性 （2）反向特性
IA 正向 导通
UAK<0，反向阻断，只有 极小的反向漏电流 当反向电压达到反向击穿 电压后，雪崩击穿。 类似二极管的反向特性。
UA
URSMURRM
IH O
IG2
IG1 IG=0 UDRM Ubo +UA UDSM
通常IL约为IH的2～4倍。
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晶闸管的主要参数 2、电流参数
4)断态重复平均电流IDR和反向重复平均电流IRR
门极开路额定结温时，对应断态重复峰值电压和反向重复峰值电压时的 平均漏电流。
5）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 工频正弦半周期内所允许的最大过载峰值电流。 持续时间更短,用I2t表示允许通过浪涌电流的能力。
π
2 m 2
=
π I m ⋅( − cos ω t ) π / 3
2π
π
2 m
=
I m ⋅(1 + 0.5) = 0.24I m 2π
IT ： = IT
∫
T
0
1− cos2ωt f (t)dt ∫ I ⋅sin ωt ⋅ d(ωt) ∫π /3 I ⋅( 2 ) ⋅ d(ωt) π /3 = = T 2π 2π
T(AV) H
一、晶闸管的伏安特性
L
二、晶闸管的主要参数
动态：断态电压临界上升率、通态电 动态：断态电压临界上升率、通态电 流临界上升率、 tt 流临界上升率、 OF、 tt ON
OF、 ON
三、门极和参数定额
三个区域 三个区域
了解特性，能结合电路选用器 件，知道应用的注意要点
晶闸管的主要参数 2、电流参数
2) 维持电流IH（ON→OFF）△ 晶闸管导通后，在室温和门极开路条件下，减小阳极电流， 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IH越小。 3) 擎住电流IL（OFF→ON→ON）（有动态的含义）△ 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 需的最小阳极电流，（要求正反馈进行到一定深度）。
iA 100% 90%
10% 0 uAK
td
Leabharlann Baidu
tr
普通晶闸管: 延迟时间为0.5~1.5μs 上升时间为0.5~3μs。
O
晶闸管的开通和关断过程波形
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晶闸管的主要参数 （4）tOF---电路换向关断时间 ：
tOF =trr(反向恢复)+tgr(门极恢复)
29
晶闸管的主要参数
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 J1、J3恢复阻断能力需要 的载流子复合时间 门极恢复时间tgr ：J2结 两侧载流子复合完毕， 晶闸管完全关断的时间 关断时间： tof=trr+tgr
Kf Id 1.57
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例题求解(纠错）
•
例 （P13）流 经晶闸管的电 流波形如图所 示，试计算该 电流波形的平 均值、有效值 及波形系数。 若取安全系数 为2，问额定电 流为100A的晶 闸管，其允许 通过的该波形 电流平均值和 最大值为多少?
ITav = (1.5~ 2) 19 1.57
Kf Id
2
2 t 2 1 − cos ω Im ⋅( ) ⋅ d(ωt) ∫π /3 2 = = 2π
π
I m ⋅(ωt −
2
sin 2ωt π ) π /3 2 4π
=
I m ⋅(
2
2π 3 ) + 3 4 = I ⋅ 1 + 3 = 0.46 I m m 4π 6 16π
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例题求解
波形系数
ITav = (1.5~ 2)
6
II >Ig1>Ig g2 >Ig1>Ig g2
第一章 晶闸管
1.2 晶闸管的特性和主要参数 1.2.1 晶闸管的伏安特性 1.2.2 晶闸管的主要参数 1.2.3 门极和参数定额
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晶闸管的主要参数
IA
1、电压参数
IH O
导通状态 阻断状态
URSM URRM
Ig2
Ig1
Ig=0
1）断态不重复峰值电压UDSM
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晶闸管的主要参数 3.动态参数
（1）du/dt---断态电压临界上升率
条件：额定结温，门极开路 使SCR保持断态所能承受的最大电压上升率 du/dt条件过大SCR误导通
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晶闸管的主要参数
du/dt超过会误导通的原因：J2结电容效应---位移 电流 限制方法：在SCR A-K两端并RC (防止截止期间误导通)