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文檔簡介
1.3半控器件—晶閘管1.3.1晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理1.3.2晶閘管的基本特性1.3.3晶閘管的主要參數(shù)1.3.4晶閘管的派生器件1.3半控器件—晶閘管·引言1956年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶閘管。1957年美國通用電氣公司開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品。1958年商業(yè)化。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(shí)代。20世紀(jì)80年代以來,開始被全控型器件取代。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。晶閘管(Thyristor):晶體閘流管,可控硅整流器(SiliconControlledRectifier——SCR)圖1-6晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號a)外形b)結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號1.3.1
晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理外形有螺栓型和平板型兩種封裝。有三個(gè)聯(lián)接端。螺栓型封裝,通常螺栓是其陽極,能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便。平板型晶閘管可由兩個(gè)散熱器將其夾在中間。1.3.1
晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理式中1和2分別是晶體管V1和V2的共基極電流增益;ICBO1和ICBO2分別是V1和V2的共基極漏電流。由以上式可得:圖1-7晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理a)雙晶體管模型b)工作原理按晶體管的工作原理,得:(1-2)(1-1)(1-3)(1-4)(1-5)1.3.1
晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理在低發(fā)射極電流下是很小的,而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來之后,迅速增大。
阻斷狀態(tài):IG=0,1+2很小。流過晶閘管的漏電流稍大于兩個(gè)晶體管漏電流之和。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,流過晶閘管的電流IA,將趨近于無窮大,實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通。IA實(shí)際由外電路決定。1.3.1
晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)陽極電壓上升率du/dt過高結(jié)溫較高光觸發(fā)光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路之間的良好絕緣而應(yīng)用于高壓電力設(shè)備中,稱為光控晶閘管(LightTriggeredThyristor——LTT)。只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的控制手段。其他幾種可能導(dǎo)通的情況:1.3.2晶閘管的基本特性反向特性類似二極管的反向特性。反向阻斷狀態(tài)時(shí),只有極小的反相漏電流流過。當(dāng)反向電壓達(dá)到反向擊穿電壓后,可能導(dǎo)致晶閘管發(fā)熱損壞。圖1-8晶閘管的伏安特性IG2>IG1>IG正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM(2)反向特性1.3.2晶閘管的基本特性1)
開通過程延遲時(shí)間td(0.5~1.5s)上升時(shí)間tr
(0.5~3s)開通時(shí)間tgt以上兩者之和,tgt=td+tr
(1-6)100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA2)
關(guān)斷過程反向阻斷恢復(fù)時(shí)間trr正向阻斷恢復(fù)時(shí)間tgr關(guān)斷時(shí)間tq以上兩者之和tq=trr+tgr
(1-7)普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約幾百微秒2)
動態(tài)特性圖1-9晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形1.3.3
晶閘管的主要參數(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(shí),允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。反向重復(fù)峰值電壓URRM
——在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí),允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。通態(tài)(峰值)電壓UT——晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。選用時(shí),一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓2~3倍。使用注意:1)電壓定額1.3.3
晶閘管的主要參數(shù)
除開通時(shí)間tgt和關(guān)斷時(shí)間tq外,還有:斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt
——指在額定結(jié)溫和門極開路的情況下,不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率。
——電壓上升率過大,使充電電流足夠大,就會使晶閘管誤導(dǎo)通。
通態(tài)電流臨界上升率di/dt
——指在規(guī)定條件下,晶閘管能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率。
——如果電流上升太快,可能造成局部過熱而使晶閘管損壞。3)動態(tài)參數(shù)1.3.4晶閘管的派生器件有快速晶閘管和高頻晶閘管。開關(guān)時(shí)間以及du/dt和di/dt耐量都有明顯改善。普通晶閘管關(guān)斷時(shí)間數(shù)百微秒,快速晶閘管數(shù)十微秒,高頻晶閘管10s左右。高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額都不易做高。由于工作頻率較高,不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。DATASHEET1)快速晶閘管(FastSwitchingThyristor——FST)1.3.4晶閘管的派生器件2)雙向晶閘管(TriodeACSwitch——TRIAC或Bidirectionaltriodethyristor)圖1-10雙向晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性a)電氣圖形符號b)伏安特性a)b)IOUIG=0GT1T2可認(rèn)為是一對反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成。有兩個(gè)主電極T1和T2,一個(gè)門極G。在第I和第III象限有對稱的伏安特性。不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。DATASHEET1.3.4晶閘管的派生器件光控晶閘管(LightTriggeredThyristor——LTT)AGKa)A
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