電力電子技術(shù)前言ppt課件

1、第第1 1章章 電力電子器件電力電子器件1.1 電力電子器件概述電力電子器件概述1.2 不可控器件不可控器件二極管二極管1.3 半控型器件半控型器件晶閘管晶閘管1.4 典型全控型器件典型全控型器件1.5 其他新型電力電子器件其他新型電力電子器件電子技術(shù)的根底電子技術(shù)的根底電子器件：晶體管和集成電電子器件：晶體管和集成電路路電力電子電路的根底電力電子電路的根底電力電子器件電力電子器件本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：概述電力電子器件的概念、特點和分類等問題。概述電力電子器件的概念、特點和分類等問題。引見常用電力電子器件的任務(wù)原理、根本特性、引見常用電力電子器件的任務(wù)原理、根本特性、主要參數(shù)以及選擇和運

2、用中應(yīng)留意問題。主要參數(shù)以及選擇和運用中應(yīng)留意問題。第第1 1章章 電力電子器件電力電子器件引言引言1.1.1 1.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征1.1.2 1.1.2 運用電力電子器件的系統(tǒng)組成運用電力電子器件的系統(tǒng)組成1.1.3 1.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類1.1.4 1.1.4 本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點1.1 1.1 電力電子器件概述電力電子器件概述1 1概念概念: :電力電子器件電力電子器件Power Electronic DevicePower Electronic Device 可直接用于主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的可直

3、接用于主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。電子器件。主電路主電路Main Power CircuitMain Power Circuit 電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承當(dāng)電能的變換或電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承當(dāng)電能的變換或控制義務(wù)的電路。控制義務(wù)的電路。2 2分類分類: : 電真空器件電真空器件 ( (汞弧整流器、閘流管汞弧整流器、閘流管) ) 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 ( (采用的主要資料硅依然采用的主要資料硅依然1.1.1 1.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征能處置電功率的才干，普通遠(yuǎn)大于處置信息的電子器件能處置電功率的才干，普通遠(yuǎn)大于處置信息的電子器件。電力電子

4、器件普通都任務(wù)在開關(guān)形狀。電力電子器件普通都任務(wù)在開關(guān)形狀。電力電子器件往往需求由信息電子電路來控制。電力電子器件往往需求由信息電子電路來控制。電力電子器件本身的功率損耗遠(yuǎn)大于信息電子器件，普電力電子器件本身的功率損耗遠(yuǎn)大于信息電子器件，普通都要安裝散熱器。通都要安裝散熱器。1.1.1 電力電子器件的概念和特征3同處置信息的電子器件相比的普通特征：同處置信息的電子器件相比的普通特征： 通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因。 器件開關(guān)頻率較高時，開關(guān)損耗能夠成為器件功率損耗的主要要素。主要損耗通態(tài)損耗斷態(tài)損耗開關(guān)損耗關(guān)斷損耗開通損耗1.1.1 電力電子器件的概念和特征 電力電子器件的損耗電力電子器件

5、的損耗電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動電路、維護(hù)電路電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動電路、維護(hù)電路 和以電力電子器件為中心的主電路組成。和以電力電子器件為中心的主電路組成。圖1-1 電力電子器件在實踐運用中的系統(tǒng)組成控制電路檢測電路驅(qū)動電路RL主電路V1V2維護(hù)電路在主電路和控制電路中附加一些電路，以保證電力電子器件和整個系統(tǒng)正常可靠運轉(zhuǎn)1.1.2 1.1.2 運用電力電子器件系統(tǒng)組成運用電力電子器件系統(tǒng)組成電氣隔離控制電路 半控型器件Thyristor 經(jīng)過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。 全控型器件IGBT,MOSFET) 經(jīng)過控制信號既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。 不

6、可控器件(Power Diode) 不能用控制信號來控制其通斷, 因此也就不需求驅(qū)動電路。1.1.3 1.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類 按照器件可以被控制的程度，分為以下三類：按照器件可以被控制的程度，分為以下三類：電流驅(qū)動型電流驅(qū)動型經(jīng)過從控制端注入或者抽出電流來經(jīng)過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導(dǎo)通或者實現(xiàn)導(dǎo)通或者 關(guān)斷的控制。關(guān)斷的控制。電壓驅(qū)動型電壓驅(qū)動型僅經(jīng)過在控制端和公共端之間施加僅經(jīng)過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。一定的電壓信號就可實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。1.1.3 1.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類 按照驅(qū)動電路

7、信號的性質(zhì)，分為兩按照驅(qū)動電路信號的性質(zhì)，分為兩類：類：2.1.4 本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點本章內(nèi)容本章內(nèi)容按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其 它新型器件的順序，分別引見各種電力電子器件的任務(wù)它新型器件的順序，分別引見各種電力電子器件的任務(wù) 原理、根本特性、主要參數(shù)以及選擇和運用中應(yīng)留意的原理、根本特性、主要參數(shù)以及選擇和運用中應(yīng)留意的 一些問題。一些問題。學(xué)習(xí)要點學(xué)習(xí)要點最重要的是掌握其根本特性。最重要的是掌握其根本特性。掌握電力電子器件的型號命名法，以及其參數(shù)和特性掌握電力電子器件的型號命名法，以及其參數(shù)和特性 曲線的運

8、用方法。曲線的運用方法。了解電力電子器件的半導(dǎo)體物理構(gòu)造和根本任務(wù)原理。了解電力電子器件的半導(dǎo)體物理構(gòu)造和根本任務(wù)原理。了解某些主電路中對其它電路元件的特殊要求。了解某些主電路中對其它電路元件的特殊要求。1.2 1.2 電力二極管電力二極管由一個面積較大的由一個面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的。結(jié)和兩端引線以及封裝組成的。從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝。從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝。1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的任務(wù)原理結(jié)與電力二極管的任務(wù)原理AKAKa)IKAPNJb)c)AK二極管的根本原理就在于二極管的根本原理就在于PN結(jié)的單導(dǎo)游電性這結(jié)的

9、單導(dǎo)游電性這一主要特征。一主要特征。1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的任務(wù)原理結(jié)與電力二極管的任務(wù)原理 PN結(jié)的單導(dǎo)游電性內(nèi)建電場內(nèi)建電場PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的任務(wù)原理結(jié)與電力二極管的任務(wù)原理U1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的任務(wù)原理結(jié)與電力二極管的任務(wù)原理U二極管的根本原理就在于二極管的根本原理就在于PN結(jié)的單導(dǎo)游電性這結(jié)的單導(dǎo)游電性這一主要特征。一主要特征。 PN結(jié)的反向擊穿兩種方式結(jié)的反向擊穿兩種方式)雪崩擊穿雪崩擊穿齊納擊穿齊納擊穿均能夠?qū)е聼釗舸┚軌驅(qū)е聼釗舸?.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的任務(wù)原理結(jié)與電力二極管的任務(wù)原理 PN結(jié)的單導(dǎo)游

10、電性 PN PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)電容結(jié)電容勢壘電容勢壘電容分散電容分散電容電容影響電容影響PNPN結(jié)的任務(wù)頻率，尤其是高速的開關(guān)形結(jié)的任務(wù)頻率，尤其是高速的開關(guān)形狀。狀。門檻電壓門檻電壓UTOUTO，正向電流，正向電流IFIF開場明顯添加所對應(yīng)的開場明顯添加所對應(yīng)的電壓。電壓。與與IFIF對應(yīng)的電力二極管對應(yīng)的電力二極管兩端的電壓即為其正向電兩端的電壓即為其正向電壓降壓降UF UF 。接受反向電壓時，只需接受反向電壓時，只需微小而數(shù)值恒定的反向漏微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。電流。圖1-4 電力二極管的伏安特性1.2.2 1.2.2 電力二極管的根本特性電力二極管的根本特性1) 靜態(tài)特

11、性靜態(tài)特性伏安特性伏安特性IOIFUTOUFUUDRM2)2)動態(tài)特性動態(tài)特性1.2.2 1.2.2 電力二極管的根本特性電力二極管的根本特性a)FUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt延遲時間：延遲時間：td= t1- t0, td= t1- t0, 電流下降時間：電流下降時間：tf= t2- t1tf= t2- t1反向恢復(fù)時間：反向恢復(fù)時間：trr= td+ tftrr= td+ tf 關(guān)斷過程關(guān)斷過程須經(jīng)過一段短暫的時間才干須經(jīng)過一段短暫的時間才干重新獲得反向阻斷才干，進(jìn)入重新獲得反向阻斷才干，進(jìn)入截止形狀。截止形狀。關(guān)斷之前有較大的反向電流關(guān)斷之前有

12、較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過沖。壓過沖。b)UFPuiiFuFtfrt02V 開經(jīng)過程：開經(jīng)過程： 正向壓降先出現(xiàn)一個過沖正向壓降先出現(xiàn)一個過沖UFP，經(jīng)過一段時間才趨于，經(jīng)過一段時間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個值如接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個值如 2V。 正向恢復(fù)時間正向恢復(fù)時間tfr。 電流上升率越大，電流上升率越大，UFP越高越高 。額定電流額定電流在指定的管殼溫度和散熱條件下，其允在指定的管殼溫度和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。注：指在規(guī)定注：指在規(guī)定4040的環(huán)境溫度和規(guī)范散熱條件下，的環(huán)境溫度

13、和規(guī)范散熱條件下，元件結(jié)溫達(dá)額定且穩(wěn)定時，允許長時間延續(xù)流過工頻正元件結(jié)溫達(dá)額定且穩(wěn)定時，允許長時間延續(xù)流過工頻正弦半波電流的平均值將此電流整化到等于或小于規(guī)定的弦半波電流的平均值將此電流整化到等于或小于規(guī)定的電流等級，那么為該二極管的額定電流。電流等級，那么為該二極管的額定電流。IF(AV)IF(AV)是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，運用時應(yīng)按是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，運用時應(yīng)按有效值相等的原那么來選取電流定額，并應(yīng)留有一定的有效值相等的原那么來選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。在選用大功率二極管時，應(yīng)按元件允許經(jīng)過的電裕量。在選用大功率二極管時，應(yīng)按元件允許經(jīng)過的電流有效值來選取。對應(yīng)額

14、定電流流有效值來選取。對應(yīng)額定電流IFIF的有效值為的有效值為1.57IF1.57IF。1.2.3 1.2.3 電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)1) 正向平均電流正向平均電流IF(AV)1-2204235ImF(AV)01Isin0.322mmmIIdI平均值：平均值： 有效值：有效值：工頻正弦半波：工頻正弦半波： T=2, T=2,并且只需一半的波形導(dǎo)通并且只需一半的波形導(dǎo)通201(sin)0.522mTmmIIIdIF()1.57TAVII1-2304235Im2dF(AV)01I0.5I2mmmII dI22010.712mTmmIIIdI平均值：平均值：有效值：有效值：dd0.

15、711.420.5TIII 可見，平均電流Id和正向平均電流IF(AV)是不一樣的。1-24例如，假設(shè)手冊上給出某電力二極管的額定電流例如，假設(shè)手冊上給出某電力二極管的額定電流IF(AV)IF(AV)為為100A100A，由此允許經(jīng)過恣意波形的有效值為，由此允許經(jīng)過恣意波形的有效值為允許經(jīng)過正弦半波電流的幅值為：允許經(jīng)過正弦半波電流的幅值為： 也就是說，額定電流為也就是說，額定電流為100A100A的二極管可以經(jīng)過幅值為的二極管可以經(jīng)過幅值為314A314A的半波正弦電流，可以在全周期內(nèi)經(jīng)過恣意波形的的半波正弦電流，可以在全周期內(nèi)經(jīng)過恣意波形的有效值為有效值為157A157A的電流，其功耗發(fā)熱

16、不超越允許值。的電流，其功耗發(fā)熱不超越允許值。()1.57157F AVIIA()314mF AVIIA2正向壓降正向壓降UF在規(guī)定的在規(guī)定的40環(huán)境溫度和規(guī)范的散熱條件下，元件通環(huán)境溫度和規(guī)范的散熱條件下，元件通以工頻正弦半波額定正向平均電流時，元件陽、陰極以工頻正弦半波額定正向平均電流時，元件陽、陰極間電壓的平均值，有時亦稱為管壓降。間電壓的平均值，有時亦稱為管壓降。 3反向反復(fù)峰值電壓反向反復(fù)峰值電壓URRM在額定結(jié)溫條件下，元件反向伏安特性曲線第在額定結(jié)溫條件下，元件反向伏安特性曲線第象限象限急劇拐彎處于所對應(yīng)的反向峰值電壓稱為反向不反復(fù)急劇拐彎處于所對應(yīng)的反向峰值電壓稱為反向不反復(fù)峰

17、值電壓峰值電壓URSM。反向不反復(fù)峰值電壓值的。反向不反復(fù)峰值電壓值的80稱為稱為反向反復(fù)峰值電壓反向反復(fù)峰值電壓URRM。再將。再將URRM整化到等于或整化到等于或小于該值的電壓等級，即為元件的額定電壓。小于該值的電壓等級，即為元件的額定電壓。4反向恢復(fù)時間反向恢復(fù)時間trr trr= td+ tf1.2.3 1.2.3 電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用TJ表示TJM是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能接受的最高平均溫度。TJM通常在125175C范圍之內(nèi)。6) 浪涌電流IFSM指電力二極管所能接受最大的延續(xù)一個或幾個工頻周期的過電流。 1.2.3 電力二

18、極管的主要參數(shù)5最高任務(wù)結(jié)溫最高任務(wù)結(jié)溫TJM1-27國產(chǎn)普通功率二極管的型號規(guī)定如下國產(chǎn)普通功率二極管的型號規(guī)定如下如：型號為如：型號為ZP5016ZP5016的大功率二極管表示：普通型的大功率二極管表示：普通型大功率二極管，額定電流為大功率二極管，額定電流為50A50A，額定電壓為，額定電壓為1600V1600V。1-28常見國產(chǎn)常見國產(chǎn)ZP系列二極管參數(shù)系列二極管參數(shù)1) 普通二極管General Purpose Diode又稱整流二極管Rectifier Diode多用于開關(guān)頻率不高1kHz以下的整流電路其反向恢復(fù)時間較長,5微秒以上正向電流定額和反向電壓定額可以到達(dá)很高1.2.4 1

19、.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型簡稱快速二極管簡稱快速二極管快恢復(fù)外延二極管快恢復(fù)外延二極管 Fast Recovery Epitaxial DiodesFRED，其，其trr更短可低于更短可低于50ns， UF也很低也很低0.9V左右，但其反向耐壓多在左右，但其反向耐壓多在1200V以下。以下。從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個等級。前者從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個等級。前者trr為數(shù)百納秒或更長，后者那么在為數(shù)百納秒或更長，后者那么在100ns以下，甚至到達(dá)以下，甚至到達(dá)2030ns。1.2.4 1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型2) 快恢

20、復(fù)二極管快恢復(fù)二極管 Fast Recovery DiodeFRD肖特基二極管的弱點肖特基二極管的弱點反向耐壓提高時正向壓降會提高，多用于反向耐壓提高時正向壓降會提高，多用于200V200V以下。以下。反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，必需嚴(yán)厲地限制其任務(wù)溫反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，必需嚴(yán)厲地限制其任務(wù)溫度。度。肖特基二極管的優(yōu)點肖特基二極管的優(yōu)點反向恢復(fù)時間很短反向恢復(fù)時間很短1040ns1040ns。正向恢復(fù)過程中也不會有明顯的電壓過沖。正向恢復(fù)過程中也不會有明顯的電壓過沖。反向耐壓較低時其正向壓降明顯低于快恢復(fù)二極管。反向耐壓較低時其正向壓降明顯低于快恢復(fù)二極管。效率高，其開關(guān)損耗和正導(dǎo)游通損耗都比快速

21、二極效率高，其開關(guān)損耗和正導(dǎo)游通損耗都比快速二極管還小。管還小。1.2.4 1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型3. 肖特基二極管肖特基二極管 以金屬和半導(dǎo)體接觸構(gòu)成的勢壘為根底的二極管稱為以金屬和半導(dǎo)體接觸構(gòu)成的勢壘為根底的二極管稱為肖特基勢壘二極管肖特基勢壘二極管Schottky Barrier Diode SBD。1-32反向恢復(fù)時間反向恢復(fù)時間反向耐壓反向耐壓普通二極管普通二極管5us數(shù)千伏數(shù)千伏快恢復(fù)快恢復(fù)二極管二極管快速恢復(fù)二快速恢復(fù)二極管極管幾百幾百ns1200V超快速恢復(fù)超快速恢復(fù)二極管二極管100ns肖特基二極管肖特基二極管1040nsIG1IG1.3.2 1

22、.3.2 晶閘管的根本特性晶閘管的根本特性IG=0IG=0時，器件兩端施加正向電壓，正向阻斷形狀，只時，器件兩端施加正向電壓，正向阻斷形狀，只需很小的正向漏電流流過，正向電壓超越臨界極限即正需很小的正向漏電流流過，正向電壓超越臨界極限即正向轉(zhuǎn)機(jī)電壓向轉(zhuǎn)機(jī)電壓UboUbo，那么漏電流急劇增大，器件開通，那么漏電流急劇增大，器件開通隨著門極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)機(jī)電壓降低隨著門極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)機(jī)電壓降低導(dǎo)通后的晶閘管特性和二極管的正向特性相仿導(dǎo)通后的晶閘管特性和二極管的正向特性相仿晶閘管本身的壓降很小，在晶閘管本身的壓降很小，在1V1V左右左右導(dǎo)通期間，假設(shè)門極電流為零，并且陽極電流降至接

23、導(dǎo)通期間，假設(shè)門極電流為零，并且陽極電流降至接近于零的某一數(shù)值近于零的某一數(shù)值IHIH以下，那么晶閘管又回到正向阻斷以下，那么晶閘管又回到正向阻斷形狀。形狀。IHIH稱為維持電流稱為維持電流1.3.2 1.3.2 晶閘管的根本特性晶閘管的根本特性2. 動態(tài)特性100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA1.3.2 1.3.2 晶閘管的根本特性晶閘管的根本特性1) 1) 開經(jīng)過程特性圖開經(jīng)過程特性圖) )延遲時間延遲時間tdtd：門極電流階躍時辰開場，到陽極電流上升到：門極電流階躍時辰開場，到陽極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的穩(wěn)態(tài)值的10%10%的時間。的時間。上升時間上升時間t

24、rtr：陽極電流從：陽極電流從10%10%上升到穩(wěn)態(tài)值的上升到穩(wěn)態(tài)值的90%90%所需的時所需的時間。間。開通時間開通時間tgttgt以上兩者之和，以上兩者之和， tgt=td+ tr tgt=td+ tr 普通晶閘管延遲時間為普通晶閘管延遲時間為0.51.50.51.5s s，上升時間為，上升時間為0.530.53s s1.3.2 1.3.2 晶閘管的根本特性晶閘管的根本特性2) 2) 關(guān)斷過程關(guān)斷過程反向阻斷恢復(fù)時間反向阻斷恢復(fù)時間trrtrr：正向電流降為零到反向恢復(fù)電流：正向電流降為零到反向恢復(fù)電流衰減至接近于零的時間衰減至接近于零的時間正向阻斷恢復(fù)時間正向阻斷恢復(fù)時間tgrtgr：晶

25、閘管要恢復(fù)其對正向電壓的阻：晶閘管要恢復(fù)其對正向電壓的阻斷才干還需求一段時間，正向阻斷恢復(fù)時間內(nèi)假設(shè)重新對斷才干還需求一段時間，正向阻斷恢復(fù)時間內(nèi)假設(shè)重新對晶閘管施加正向電壓，晶閘管會重新正導(dǎo)游通。晶閘管施加正向電壓，晶閘管會重新正導(dǎo)游通。 實踐運用中，應(yīng)對晶閘管施加足夠長時間的反向?qū)嵺`運用中，應(yīng)對晶閘管施加足夠長時間的反向電壓，使晶閘管充分恢復(fù)其對正向電壓的阻斷才干，電路電壓，使晶閘管充分恢復(fù)其對正向電壓的阻斷才干，電路才干可靠任務(wù)。才干可靠任務(wù)。關(guān)斷時間關(guān)斷時間tqtq：trrtrr與與tgrtgr之和，即之和，即 tq=trr+tgr tq=trr+tgr 普通晶閘管的關(guān)斷時間約幾百微秒

26、。普通晶閘管的關(guān)斷時間約幾百微秒。1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)1. 電壓定額1) 斷態(tài)反復(fù)峰值電壓UDRM在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許反復(fù)加在器件上的 正向峰值電壓。2) 反向反復(fù)峰值電壓URRM 在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許反復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。3) 通態(tài)峰值電壓UTM晶閘管通以某一規(guī)定倍 數(shù)的額定通態(tài)平均電流時的瞬態(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，額定電壓要留有一定裕量,普通取額定電壓為正常任務(wù)時晶閘管所接受峰值電壓23倍1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)2. 2. 電流定額電流定額 1) 1) 通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流 IT

27、(AV) IT(AV) 額定電流：晶閘管在環(huán)境溫度為額定電流：晶閘管在環(huán)境溫度為4040C C和規(guī)定的冷卻形和規(guī)定的冷卻形狀下，穩(wěn)定結(jié)溫不超越額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻狀下，穩(wěn)定結(jié)溫不超越額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。正弦半波電流的平均值。 運用時應(yīng)按實踐電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原運用時應(yīng)按實踐電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原那么來選取晶閘管應(yīng)留一定的裕量，普通取那么來選取晶閘管應(yīng)留一定的裕量，普通取1.521.52倍。倍。1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)2) 2) 維持電流維持電流 IH IH使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流，普通為幾

28、十到幾百毫安，與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，流，普通為幾十到幾百毫安，與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，那么那么IHIH越小越小3) 3) 擎住電流擎住電流 IL IL 晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，觸發(fā)信號后， 能維持導(dǎo)通所需的最小電流能維持導(dǎo)通所需的最小電流 對同一晶閘管來說，通常對同一晶閘管來說，通常ILIL約為約為IHIH的的2424倍倍4) 4) 浪涌電流浪涌電流ITSMITSM指由于電路異常情況引起的并使指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超越額定結(jié)溫的不反復(fù)性最大正向過載電流結(jié)溫超越額定結(jié)溫的不反復(fù)性最大正向過載電流1.3.3 1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主

29、要參數(shù)3. 3. 動態(tài)參數(shù)動態(tài)參數(shù) 除開通時間除開通時間tgttgt和關(guān)斷時間和關(guān)斷時間tqtq外，還有：外，還有：(1)(1)斷態(tài)電壓臨界上升率斷態(tài)電壓臨界上升率du/dtdu/dt 指在額定結(jié)溫暖門極開路的情況下，不導(dǎo)致晶閘指在額定結(jié)溫暖門極開路的情況下，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管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率 在阻斷的晶閘管兩端施加的電壓具有正向的上升率在阻斷的晶閘管兩端施加的電壓具有正向的上升率時，相當(dāng)于一個電容的時，相當(dāng)于一個電容的J2J2結(jié)會有充電電流流過，被稱為結(jié)會有充電電流流過，被稱為位移電流。此電流流經(jīng)位移電流。此電流流經(jīng)J3J3結(jié)時，起到類似

30、門極觸發(fā)電流結(jié)時，起到類似門極觸發(fā)電流的作用。假設(shè)電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就的作用。假設(shè)電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導(dǎo)通會使晶閘管誤導(dǎo)通 1.3.3 1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)(2)(2)通態(tài)電流臨界上升率通態(tài)電流臨界上升率di/dtdi/dt 指在規(guī)定條件下，晶閘管能接受而無有害影指在規(guī)定條件下，晶閘管能接受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率響的最大通態(tài)電流上升率. . 假設(shè)電流上升太快，那么晶閘管剛一開通，便會假設(shè)電流上升太快，那么晶閘管剛一開通，便會有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而呵有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而呵斥部分

31、過熱而使晶閘管損壞斥部分過熱而使晶閘管損壞. .1.3.3 1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)(3)(3)門極觸發(fā)電流和門極觸發(fā)電壓門極觸發(fā)電流和門極觸發(fā)電壓 在室溫下，對晶閘管加上在室溫下，對晶閘管加上6V6V正向陽極電壓時，使正向陽極電壓時，使元件有斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)所必需的最小門極電流為門極觸元件有斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)所必需的最小門極電流為門極觸發(fā)電流，相應(yīng)的門極電壓稱為門極觸發(fā)電壓。發(fā)電流，相應(yīng)的門極電壓稱為門極觸發(fā)電壓。 假設(shè)觸發(fā)電流太小，那么容易受干擾引起誤觸發(fā)，假設(shè)觸發(fā)電流太小，那么容易受干擾引起誤觸發(fā)，假設(shè)觸發(fā)電流太大，那么會呵斥控制電路輸出功率負(fù)假設(shè)觸發(fā)電流太大，那么會呵斥控制電

32、路輸出功率負(fù)擔(dān)。因此規(guī)定最大最小觸發(fā)電流、觸發(fā)電壓范圍。擔(dān)。因此規(guī)定最大最小觸發(fā)電流、觸發(fā)電壓范圍。 1-53根據(jù)規(guī)定，晶閘管的型號及其含義如下：晶閘管的命名和選擇晶閘管的命名和選擇例如：例如：KP100KP10012G12G表示額定電流為表示額定電流為100A100A，額定電壓為，額定電壓為1200V1200V，通態(tài)平，通態(tài)平均壓降為均壓降為1V1V的普通晶閘管。的普通晶閘管。1-54例題：以下圖是晶閘管導(dǎo)通的電流波形，不思索平安裕量，例題：以下圖是晶閘管導(dǎo)通的電流波形，不思索平安裕量，假設(shè)選用假設(shè)選用KP100KP100的晶閘管，求出電流最大值的晶閘管，求出電流最大值ImIm和平均電流和平

33、均電流IdId的值。的值。04235Im /49 /417 /41-55選用選用KP100KP100的晶閘管的晶閘管, ,那么：那么：IT(AV)=100A,IT(AV)=100A,有效值：有效值：IT=1.57 IT(AV)=157AIT=1.57 IT(AV)=157AIT=157 =0.477Im IT=157 =0.477Im ，由此得到：由此得到：Im =157/0.477=329A Im =157/0.477=329A ； Id=0.272Im =89.5AId=0.272Im =89.5AmmmIIdI272. 04)22(sin21I4d2241(32)/sin0.47742m

34、TmmIIIdI 電流有效值相電流有效值相等即發(fā)熱一等即發(fā)熱一樣的原那么樣的原那么1-56例例 某整流電路電流波形如下，其平均值某整流電路電流波形如下，其平均值Id =20AId =20A，試選，試選用用SCRSCRA=1.5)A=1.5)。AIdImm202sin21I2d2221sin222mmIIIdIF(AV)1.5IF(AV)1.5* *44.54/1.57=42.55(A)44.54/1.57=42.55(A)所以，可以選擇所以，可以選擇IT(AV)IT(AV)是是50A50A的的SCRSCRIm=20Im=20* *2 2* *3.143.14；I=20I=20* *2 2* *

35、3.14/(23.14/(2* *1.41)1.41)=44.54=44.5404235Im /25 /217 /21.3.4 1.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件 有快速晶閘管和高頻晶閘管。開關(guān)時間以及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。高頻晶閘管的缺乏在于其電壓和電流定額都不易做高。由于任務(wù)頻率較高，不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。1 1快速晶閘管快速晶閘管Fast Switching Thyristor Fast Switching Thyristor FST)FST)2 2雙向晶閘管雙向晶閘管Triode

36、AC SwitchTRIACTriode AC SwitchTRIAC或或Bidirectional triode thyristorBidirectional triode thyristor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可以為是一對反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成。有兩個主電極T1和T2，一個門極G。在第和第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。逆導(dǎo)晶閘管逆導(dǎo)晶閘管Reverse Conducting ThyristorReverse Conducting ThyristorRCT

37、RCTa)KGAb)UOIIG=0圖1-11 逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性a) 電氣圖形符號 b) 伏安特性將晶閘管反并聯(lián)一個二極控制造在同一管芯上的功率集成器件。具有正向壓降小、關(guān)斷時間短、高溫特性好、額定結(jié)溫高等優(yōu)點。光控晶閘管光控晶閘管Light Triggered ThyristorLTTLight Triggered ThyristorLTTAGKa)AK光強(qiáng)度強(qiáng)弱b)OUIA圖1-12 光控晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性a) 電氣圖形符號 b) 伏安特性又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長的光照信號觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可防止電磁干擾的影響。

38、因此目前在高壓大功率的場所。1-61部分晶閘管的型號與參數(shù)型號通態(tài)平均電流IT(A V)(A)斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM(V)反向重復(fù)峰值電壓URRM(V)額定結(jié)溫TJM( )門極觸發(fā)電流IGT(mA)門極觸發(fā)電壓VGT(V)斷態(tài)電壓臨界上升率通態(tài)電流臨界上升率浪涌電流ITSM(A)門極不觸發(fā)電流IGD(mA)門極不觸發(fā)電壓VGD(V)門極正向峰值電流IGFM(A)KP5050100300010081503.5305094010.15/KP10010011510250410080188010.15/KP50050011520300510080942010.1541.4.11.4.1門極可關(guān)斷晶閘管門極可關(guān)斷晶閘管 1. GTO的構(gòu)造和任務(wù)原理 圖1-13 GTO的內(nèi)部構(gòu)造和電氣圖形符號 a) 各單元的陰極、門極間隔陳列的圖形 b) 并聯(lián)單元構(gòu)造斷面表示圖 c) 電氣圖形符號c)圖1-13AGKGGKN1P1N2N2P2b)a)AGKGT