电力电子技术SCR.pptxVIP

1-1 2.3 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。 1-3 2.3.1 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 1-4 普通Thyristor(SCR)结构特点 脉冲触发导通。脉宽仅需持续到进入导通状态。 具有最好的正向导通特性（压降低）和大功率处理能力 最优工作频率范围500Hz。 1-5 2.3.1 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 按晶体管的工作原理 ，得： 1-6 2.3.1 晶闸管的结构与工作原理 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。 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。 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。 1-7 2.3.1 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： 1-8 2.3.2 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： 1-9 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 IG2IG1IG 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。 1-10 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 IG2IG1IG （2）反向特性 1-11 晶闸管的开通特性 门极正偏，Q2、Q1导通，再生正反馈。电流超挚住电流后，门极脉冲可去。（一维开通）。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。 td:门极正脉冲使正反馈建立耗时。阳极电流＝0，阴极电流＝控制极电流。 tr: 阳极电流指数升到接近稳态耗时。 ts:门极位于阴极晶片中心，靠门极部先导通，然后扩展到全体阴极的耗时。耐压越高扩展越慢。（二维开通） 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，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。 1-12 晶闸管的关断问题 导通后因门极面积远小于阴极，加负门极电流不能影响阴极主体，不能关断。 关断： 电流低于维持电流。 阳极电压反极性。 1-13 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