电力电子技术 第2章 器件2_SCR.pptVIP

1-12.3 半控器件—晶闸管·引言1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。1957年美国通用电气公司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（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier——SCR） 1-2图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号2.3.1 晶闸管的结构与工作原理外形有螺栓型和平板型两种封装。有三个联接端。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。平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。 1-32.3.1 晶闸管的结构与工作原理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 1-42.3.1 晶闸管的结构与工作原理图2-7 晶闸管的双晶体管模型1、结构：PNPN四层半导体结构，三个PN结。2、P1引出阳极A、N2引出阴极K、P2引出门极K；3、外加电压，晶闸管工作状态。 1-52.3.1 晶闸管的结构与工作原理图2-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a) 双晶体管模型 b) 工作原理 原理可以按照双晶体管模型来解释，根据晶体管的工作原理 ，晶闸管的开通是一个强烈的正反馈过程(开通的机理)。 关断过程。 可以控制其开通，无法控制关断，半控型器件。 1-62.3.1 晶闸管的结构与工作原理式中?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 ：图2-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a) 双晶体管模型 b) 工作原理 定量分析：（1-2）（1-1）（1-3）（1-4）（1-5） 1-72.3.1 晶闸管的结构与工作原理阻断状态：IG=0，?1+?2很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。在低发射极电流下? 是很小的，而当发射极电流建立起来之后，? 迅速增大。 开通状态：注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致?1+?2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA，将趋近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。 1-82.3.1 晶闸管的结构与工作原理阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应阳极电压上升率du/dt过高结温较高光触发光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中，称为光控晶闸管（Light Triggered Thyristor——LTT）。只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。其他几种可能导通的情况： 1-92.3.2 晶闸管的基本特性承受反向电压时，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。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下 。晶闸管正常工作时的特性总结如下： 1-10 晶闸管的基本特性（1）正向特性IG=0时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断状态。正向电压超过正向转折电压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。晶闸管本身的通态压降很小，在1V左右。1） 静态特性图2-8 晶闸管的伏安特性IG2>IG1>IG维持电流IH：通态下若电流小于此值，管关断。挚住电流IL：断态被触发，电流达到此值时撤除触发电流，晶闸管可自动维持通态。常比IH大2～4倍。挚住电流和维持电流都随结温下降而增大。 1-11 晶闸管的基本特性反向特性类似二极管的反向特性。反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。图1-8 晶闸管的伏安特性IG2>IG1>IG（2）反向特性 1-12晶闸管的基本特性1) 开通过程延迟时间td (0.5~1.5?s)上升时间tr (0.5~3?s)开通时间tgt以上两者之和， tgt=td+ tr （1-6）延迟时间随门级电流的增加而减小；与外电路特性有关；提高阳极电压可以提高V2管放大倍数，加快反馈过程，提高开通速度。100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA2） 动态特性图1-9 晶闸管的开通和关断过程波形 1-13晶闸管的基本特性100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA2) 关断过程反向阻断恢复时间trr（与二极管的关断特性相似）正向阻断恢复时间tgr：反向恢复结束后，由于载