2 电力电子器件(3)

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1、2012-9-13产品手册中额定电流为100A的晶闸管可以通过任意波形、有效值为157A的电流，其发热温升正好是允许值。在实际应用中由于电流波形可能既非直流（直流电的平均值与有效值相等）又非半波正弦，因此应按实际电流波形计算其有效值，再将此有效值除以1.57作为选择晶闸管电流额定值的依据。当然由于晶闸管等电力电子半导体开关器件热容量很小，实际电路中的过电流又不可避免，故在设计应用中通常应留有1.5-2.0倍的电流安全裕量。1-1例题：下图为流过晶闸管中的电流波形，其峰值是Im,（1）计算其平均值和有效值；（2）KP100型晶闸管，当这些波形电流流过晶闸管时，晶

2、闸管所能承受的电流平均值和最大值。1-212012-9-13晶闸管的导通工作状态正向偏臵下IA=IC1+IC2+ICO=1IA+2IK+ICOIK=IA+IGα1=IC1/IA：VT1的共基极电流放大倍数；α2=IC2/IK：VT2的共基极电流放大倍数；IG：门极电流；ICO：VT1、VT2的漏电流；IC1、IA：VT1的集电极和发射极电流；IC2、IK：VT2的集电极和发射极电流。1、2由晶闸管的制造工艺决定，并随IA、IK变化。晶闸管的导通工作状态ICO+α2IGIA=1（α1+α2）当门极电流为零时ICOIA=1（α1+α2）由于ICO很小，在

3、很小漏电流情况下，（1+2）<<1，则IA＝ICO，电路处于阻断状态。与前面的分析结果一致。22012-9-13晶闸管的导通工作状态存在IG时。IG注入IKIC2；IC2IA、IC1；IC1IB2、IK。一个强烈的正反馈过程。电流时，α1、α2随之。当（1+2）1时，两晶体三极管饱和导通，反向偏臵时，由于晶体管VT1、VT2即晶闸管由阻断导通。反偏时的电流放大导通后，由于正反馈作用，即便系数很小，故而即无门极电流，依旧保持导通。便有门极电流也不导通。晶闸管的工作原理（小结）门极没有控制信号时，无论正偏、反偏，均阻断。正偏时

4、，门极信号可使其导通。一旦导通，即使失去门极信号，仍然保持导通。反偏时，即使存在门极电流，也不能使其导通。A一种可控的单向导电开关GK32012-9-132.4典型全控型器件2.4.1门极可关断晶闸管2.4.2电力晶体管2.4.3电力场效应晶体管2.4.4绝缘栅双极晶体管1-72.4典型全控型器件·引言门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时代。典型代表——门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。1-842012-9-132.4典型全控型器件·引言常用的典型全控型器件电力MOSFET

5、IGBT单管及模块1-92.4.1门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristor—GTO）晶闸管的一种派生器件。可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。GTO的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。DATASHEET1-1052012-9-132.4.1门极可关断晶闸管1）GTO的结构和工作原理结构：与普通晶闸管的相同点：PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。和普通晶闸管的不同点：GTO是一种多元的功率集成器件。虽然外部同样引出个极，但内部则包含数十个甚至数百个共阳极的小G

6、TO元，这些GTO元的阴极和门极则在器件内部并联在一起。GKGKGANN2P22GN1KP1Aa)b)c)图2-13GTO的内部结构和电气图形符号图1-13a)各单元的阴极、门极间隔排列的图形b)并联单元结构断面示意图c)电气图形符号1-112.4.1门极可关断晶闸管工作原理：与普通晶闸管一样，可以用图2-7所示的双晶体管模型来分析。AAIPAPNP1VNN11IR1c2IGGIGPPc122VNPN2N2SEAIEKGKKa)b)图2-7晶闸管的双晶体管模型及其工作原理由P1N1P2和N1P2N2构成的两个晶体管V1、V2分别具有共基极电流增益和。12+

7、=1是器件临界导通的条件，大于1导通，小于1则关断。121-1262012-9-132.4.1门极可关断晶闸管GTO能够通过门极关断的原因是其与普通晶闸管有如下区别：设计较大，使晶体管V控22A制灵敏，易于GTO。IAPNPV导通时+更接近1，导通1Ic2R12IGGI时接近临界饱和，有利门极c1VNPN2SE控制关断，但导通时管压降AIEKG增大。K多元集成结构，使得P基区b)2横向电阻很小，能从门极抽图2-7晶闸管的工作原理出较大电流。1-132.4.1门极可关断晶闸管由上述分析我们可以得到以下结论：GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度

8、较浅。关断时，给门极加负