第三讲电力电子器件ppt课件.ppt

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1、电力电子技术PowerElectronicTechnology电力电子器件_晶闸管、GTO3.1概述晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流器（SiliconControlledRectifier——SCR）1956年美国贝尔实验室（BellLab）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20世纪80年代以来，开始被性能更好的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

2、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3.2晶闸管的结构与工作原理图1-6晶闸管的外形、结构和电气图形符号a)外形b)结构c)电气图形符号外形有螺栓型和平板型两种封装引出阳极(Anode)A、阴极(Kathode)K和门极(Gate)（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。3.2晶闸管的结构与工作原理晶闸管内部是PNPN四层半导体结构，四个区形

3、成J1、J2、J3三个PN结。如果正向电压（阳极高于阴极）加到器件上，则J2处于反向偏置状态，器件A、K之间处于阻断状态。若反向电压加到器件上，则J1、J3反偏，该器件也处于阻断状态。3.2晶闸管的结构与工作原理图1-7晶闸管的双晶体管模型及其工作原理在分析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。此时，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。3.2晶闸管的结

4、构与工作原理Ic1=1IA+ICBO1（1-1）Ic2=2IK+ICBO2（1-2）IK=IA+IG（1-3）IA=Ic1+Ic2（1-4）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（1-1）-（1-4）可得（1-5）3.2晶闸管的结构与工作原理晶体管的特性是：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（门极触

5、发）：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（阳极电流）将趋近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。3.2晶闸管的结构与工作原理其他几种可能导通的情况：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过高结温较高光直接照射硅片，即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（LightTriggeredThyristor——LTT）只有门极触发（包括光触发）是最精确、迅速而可靠的控制手

6、段,其它都因不易控制而难以应用于实践3.3晶闸管的基本特性静态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，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下3.3晶闸管的基本特性晶闸管的阳极伏安特性第I象限的是正向特性第III象限的是反向特性图1-8晶闸管阳极伏安特性IG2>IG1>IGIG=0时，器件两端施加正向电压，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

7、正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。这种开通叫“硬开通”，一般不允许硬开通。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3.3晶闸管的基本特性导通期间，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以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。IH称为维持电流。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阴极(K)是晶闸管主电路与控制电路的公共端晶闸管的门极触发电流是通过触发电路在门极(G)和阴极(K)之间施加

8、触发电压，而产生的触发电流从门极流入晶闸管，从阴极流出3.3晶闸管的基本特性UDRM、URRM—正、反向断态重复峰值电压；UDSM、URSM—正、反向断态不重复峰值电压；门极断开，元件处于额定结温时，正向阳极电压为正向阻断不重复峰值电压UDSM（此电压不可连续施加）的90％所对应的电压称为正向重复峰值电压UDRM（此电压可重复施加，其重复频率为50Hz，每次持续时间不大于10ms）。元件承受反向电压时，阳极电压为反向不重复峰值电压URSM的90％所对应的电压，称为反向重复峰值电压URRM。3.3