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文檔簡介

1.3半控器件—晶閘管1.3.1晶閘管的結構與工作原理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年美國貝爾實驗室發(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迅速發(fā)展和廣泛應用的嶄新時代。20世紀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、結構和電氣圖形符號a)外形b)結構c)電氣圖形符號1.3.1

晶閘管的結構與工作原理外形有螺栓型和平板型兩種封裝。有三個聯(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散熱器將其夾在中間。1.3.1

晶閘管的結構與工作原理式中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

晶閘管的結構與工作原理在低發(fā)射極電流下是很小的,而當發(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,實現(xiàn)飽和導通。IA實際由外電路決定。1.3.1

晶閘管的結構與工作原理陽極電壓升高至相當高的數(shù)值造成雪崩效應陽極電壓上升率du/dt過高結溫較高光觸發(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用于高壓電力設備中,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,只有極小的反相漏電流流過。當反向電壓達到反向擊穿電壓后,可能導致晶閘管發(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)

開通過程延遲時間td(0.5~1.5s)上升時間tr

(0.5~3s)開通時間tgt以上兩者之和,tgt=td+tr

(1-6)100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA2)

關斷過程反向阻斷恢復時間trr正向阻斷恢復時間tgr關斷時間tq以上兩者之和tq=trr+tgr

(1-7)普通晶閘管的關斷時間約幾百微秒2)

動態(tài)特性圖1-9晶閘管的開通和關斷過程波形1.3.3

晶閘管的主要參數(shù)斷態(tài)重復峰值電壓UDRM

——在門極斷路而結溫為額定值時,允許重復加在器件上的正向峰值電壓。反向重復峰值電壓URRM

——在門極斷路而結溫為額定值時,允許重復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)平均電流時的瞬態(tài)峰值電壓。通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標值作為該器件的額定電壓。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。使用注意:1)電壓定額1.3.3

晶閘管的主要參數(shù)

除開通時間tgt和關斷時間tq外,還有:斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt

——指在額定結溫和門極開路的情況下,不導致晶閘管從斷態(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。開關時間以及du/dt和di/dt耐量都有明顯改善。普通晶閘管關斷時間數(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,不能忽略其開關損耗的發(fā)熱效應。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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