電力電子-課件01晶閘管

第一章晶閘管NUAA晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器（SiliconControlledRectifier——SCR）1956年美國貝爾實驗室（BellLaboratories）發(fā)明了晶閘管1957年美國通用電氣公司（GeneralElectricCompany）開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品1958年商業(yè)化(16A/300V)開辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時代20世紀80年代以來，開始逐步為全控型器件取代能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，在大容量的場合具有重要地位，目前在許多工業(yè)領(lǐng)域仍在廣泛使用2NUAA第一章晶閘管3NUAA第一章晶閘管第一節(jié)

晶閘管的結(jié)構(gòu)和工作原理一.晶閘管的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)符號封裝(外形)舉例4D2Pak(SMD-220)

TO-247AC

TO-200AB(A-Puk)

TO-118

INT-A-PAK5NUAA第一章晶閘管二.晶閘管的工作原理等效電路a)AGKP1N1P2N2J1J2J36NUAA第一章晶閘管關(guān)斷過程：

打破自鎖條件Ig→Ib2

→Ic2

(Ib1)→Ic1

正反饋,自鎖Ib2Ib1令I(lǐng)A＝0導(dǎo)通過程7

電路分析（P8,自學(xué))NUAA第一章晶閘管

阻斷狀態(tài)：IG=0，1+2很小。流過晶閘管的電流近似為J2結(jié)反向漏電流。開通狀態(tài)：注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致1+2趨近于1的話，IA會急劇上升，晶閘管由正阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)為正向?qū)顟B(tài)，電流大小僅取決于外部主回路8

導(dǎo)通和關(guān)斷的原理分析（P8)

晶體管的共基極電流放大系數(shù)

在低發(fā)射極電流下很小，當(dāng)發(fā)射極電流建立起來之后，迅速增大

NUAA第一章晶閘管9NUAA第一章晶閘管斷通:1.陽極和陰極之間加正向陽極電壓且

2.門和陰極之間加適當(dāng)?shù)恼蜷T極電壓★三.晶閘管的通斷條件維持導(dǎo)通:陽極和陰極之間的電流大于維持電流(此時門極電壓不起作用)通斷:陽極和陰極之間的電流小于維持電流脈沖觸發(fā)10NUAA第一章晶閘管正向反向阻斷反向擊穿第二節(jié)晶閘管的特性和主要參數(shù)一、晶閘管的伏安特性I象限：正向特性III象限：反向特性（1）正向伏安特性IG=0時：正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UBoUDSMUDRMURRMURSMNUAA第一章晶閘管器件兩端施加正向電壓，只有很小的正向漏電流，為正向阻斷狀態(tài)。正向電壓超過正向轉(zhuǎn)折電壓UBo，則漏電流急劇增大，器件開通。(雪崩擊穿/非正常導(dǎo)通)IG增大時：較小的UAK即可導(dǎo)通，導(dǎo)通壓降?。ㄔ?V左右）導(dǎo)通后IA取決于外部電路IA<IH時關(guān)斷正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSMNUAA第一章晶閘管晶閘管的伏安特性IG2>IG1>IG類似二極管的反向特性反向阻斷狀態(tài)時，只有極小的反向漏電流流過當(dāng)反向電壓達到反向擊穿電壓后，可能導(dǎo)致晶閘管雪崩擊穿正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM（2）反向特性NUAA第一章晶閘管NUAA第一章晶閘管這些參數(shù)代表：1）安全工作范圍；或2）正常工作時的特性電壓參數(shù):P11重要：額定電壓;通態(tài)平均電壓（通態(tài)正向壓降）動態(tài)參數(shù):P14電流電壓變化率；開通關(guān)斷時間2.電流參數(shù):P13重要：通態(tài)平均電流;維持電流;掣住電流二、晶閘管的參數(shù)斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM

——在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓UDSM ——在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許不重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓1電壓參數(shù)NUAA第一章晶閘管反向重復(fù)峰值電壓URRM ——在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。反向不重復(fù)峰值電壓URSM——在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許不重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。NUAA第一章晶閘管UDSM—斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓UDRM—斷態(tài)重復(fù)峰值電壓URSM—反向不重復(fù)峰值電壓URRM—反向重復(fù)峰值電壓額定電壓：min(UDRMURRM)取整選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓2~3倍----------------安全裕度NUAA第一章晶閘管18UON—通態(tài)平均電壓（管壓降）NUAA第一章晶閘管通過正弦半波的額定通態(tài)平均電流和額定結(jié)溫時，A-K電壓降平均值●ITav—通態(tài)平均電流（額定電流）

允許通過的工頻正弦半波電流的平均值（環(huán)境溫度+40度和規(guī)定的冷卻條件下導(dǎo)通角不小于170度阻性負載電路）

(之所以通態(tài)平均電流來標定是因為整流電路輸出端常用平均電流來表征)決定晶閘管的最大電流->管芯半導(dǎo)體結(jié)溫->流過電流的有效值（相同的電流有效值條件下，其發(fā)熱情況相同，選取型號相同）192電流參數(shù)NUAA第一章晶閘管20對于周期性函數(shù)f(t):平均值的定義有效值的定義

NUAA第一章晶閘管正弦半波的電流平均值與有效值21NUAA第一章晶閘管22波形系數(shù)Kf=有效值/平均值如果額定電流為100A的晶閘管其允許通過的電流有效值為1.57×100＝157ANUAA第一章晶閘管通過非正弦波形的電流時晶閘管額定電流如何計算？電流有效值相等即發(fā)熱相同的原則將非正弦半波電流的有效值IT折合成等效的正弦半波電流平均值去選擇晶閘管額定值在實際選用時，一般取1.5—2倍的安全裕量IT=KfIdITav=IT/1.57NUAA第一章晶閘管可以認為，額定有效值電流為1.57ITav24用法一：對于任意波形應(yīng)用，在知道具體電流大小，求解晶閘管的額定電流取值用法二：對于任意波形應(yīng)用，給定晶閘管的額定電流后，求解任意波形的平均值最大允許值NUAA第一章晶閘管●維持電流IH

——使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流●擎住電流IL

——晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導(dǎo)通所需的最小電流對同一個晶閘管來說，通常IL約為IH的2~4倍●浪涌電流ITSM——指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫不超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流NUAA第一章晶閘管超過會誤導(dǎo)通：

J2結(jié)電容效應(yīng)---位移電流限制方法：在SCRA-K兩端并RC(防止截止期間誤導(dǎo)通)263動態(tài)參數(shù)●

du/dt---斷態(tài)電壓臨界上升率

條件：額定結(jié)溫，門極開路使SCR保持斷態(tài)所能承受的最大電壓上升率NUAA第一章晶閘管27●di/dt---通態(tài)電流臨界上升率在規(guī)定條件下，SCR門極觸發(fā)開通時，SCR能承受的不會導(dǎo)致?lián)p壞的通態(tài)電流最大上升率di/dt超過會引起過熱損壞：電流集中！限制方法：在陽極電路串一小電感；快速上升的強觸發(fā)脈沖可提高di/dt承受能力NUAA第一章晶閘管28●tON---門極控制開通時間

tON=td(延時)+tr(上升)NUAA第一章晶閘管29●tOF---電路換向關(guān)斷時間

tOF=trr(反向恢復(fù))+tgr(門極恢復(fù)) SCR承受反壓時間必須大于ToFNUAA第一章晶閘管動態(tài)特性晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形NUAA第一章晶閘管門極伏安特性：

UGK--Ig關(guān)系。與二極管相似三個區(qū)：不觸發(fā)區(qū)：0---UGD—IGDUGD—不觸發(fā)電壓

IGD—不觸發(fā)電流可靠觸發(fā)區(qū)：ABCGFEDUGT—觸發(fā)電壓

IGT—觸發(fā)電流不可靠觸發(fā)區(qū)：ABCJIH31G三、門極伏安特性和參數(shù)定額NUAA第一章晶閘管UGFM—門極的正向峰值電壓IGFM—門極的正向峰值電流PGav—門極的平均功率PGM—門極的峰值功率32可靠觸發(fā)不能過功率NUAA第一章晶閘管NUAA第一章晶閘管四、晶閘管器件的電壓電流定額計算

-----根據(jù)電路容量選器件器件手冊上所給的器件定額參數(shù)：額定電壓URM

正弦半波條件下的平均電流ITavNUAA第一章晶閘管1.電壓參數(shù)計算器件承受的最大正/反向電壓2.電流參數(shù)計算

電流過大則過熱燒毀，所以要限制電流有效值IT

依據(jù)“任何波形下電流有效值相等即發(fā)熱相同的原則”，將非正弦半波電流的有效值IT或平均值Id折合成等效的正弦半波電流平均值------據(jù)此計算電流定額NUAA第一章晶閘管電流定額的計算過程：

確定晶閘管在具體電路條件下（即某種波形下）的電流有效值IT

計算該IT對應(yīng)的額定電流（即在正弦半波條件下的平均電流）:Itav＝1.57IT

留裕量；查手冊選器件舉例：書P13

例1（P13）流經(jīng)晶閘管的電流波形如圖所示，試計算該電流波形的平均值、有效值及波形系數(shù)。若取安全系數(shù)為2，問額定電流為100A的晶閘管，其允許通過的該波形電流平均值和最大值為多少?NUAA第一章晶閘管NUAA第一章晶閘管額定100A的晶閘管允許流過的電流有效值：IT=(1.57×100)/2＝78.5(A)代入(2)，得Im=…再代入(1)，得Id＝…(1)(2)

例2流經(jīng)晶閘管的電流波形如圖所示，流過得電流均值不超過50A，若取安全系數(shù)為2，請問所需晶閘管的電流額定為多少?NUAA第一章晶閘管NUAA第一章晶閘管由(1)，均值50A對應(yīng)的峰值：Im=50/0.24＝208(A)代入(2)，得有效值Im=95.8A對應(yīng)的所需額定電流IdTav＝95.8/1.57=61.0(A)留兩倍裕量后：61.0×2＝122.2A查手冊，滿足要求的晶閘管其電流定額為？？A(1)(2)第一章學(xué)習(xí)要求掌握晶閘管的：電工符號，三個極名稱；基本特性；開通和關(guān)斷條件伏安特性主要參數(shù)；額定電流，額定電壓選擇和使用中應(yīng)注意的一些問題了解：內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)成及工作原理；門極可靠觸發(fā)區(qū)選取NUAA第一章晶閘管晶閘管的選取方法主要包括額定電壓、額定電流參數(shù)兩部分。額定電壓參數(shù)的選取主要是根據(jù)晶閘管所承受的最大電壓，再根據(jù)要求乘以電壓安全裕量系數(shù)；額定電流參數(shù)的選取主要是根據(jù)晶閘管電流的通態(tài)平均值，再根據(jù)要求乘以電流安全裕量系數(shù)即可。根據(jù)計算的電壓和電流的數(shù)值，及生產(chǎn)廠家提供的晶閘管的參數(shù)表，就可確定所選晶聞管的型號。41NUAA第一章晶閘管42NUAA第一章晶閘管作業(yè):P171,2,3,4,5(c),6(c)43NUAA第一章晶閘管BackupNUAA第一章晶閘管已給額定電流ITav→指定波形下允許的電流平均值（解釋式1-9：確定給定器件的