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(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室（BellLaboratories）發(fā)明了晶閘管1957年美國(guó)通用電氣公司（GeneralElectricCompany）開(kāi)發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品1958年商業(yè)化(16A/300V)開(kāi)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(lái)，開(kāi)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(chǎng)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(hào)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(guò)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(guò)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(guò)晶閘管的電流近似為J2結(jié)反向漏電流。開(kāi)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(huì)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(lái)之后，迅速增大

NUAA第一章晶閘管9NUAA第一章晶閘管斷通:1.陽(yáng)極和陰極之間加正向陽(yáng)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(yáng)極和陰極之間的電流大于維持電流(此時(shí)門極電壓不起作用)通斷:陽(yáng)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(shí)：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(guò)正向轉(zhuǎn)折電壓UBo，則漏電流急劇增大，器件開(kāi)通。(雪崩擊穿/非正常導(dǎo)通)IG增大時(shí)：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(shí)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(shí)，只有極小的反向漏電流流過(guò)當(dāng)反向電壓達(dá)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(shí)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(dòng)態(tài)參數(shù):P14電流電壓變化率；開(kāi)通關(guān)斷時(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(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----------------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(guò)正弦半波的額定通態(tài)平均電流和額定結(jié)溫時(shí)，A-K電壓降平均值●ITav—通態(tài)平均電流（額定電流）

允許通過(guò)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(fù)載電路）

(之所以通態(tài)平均電流來(lái)標(biāo)定是因?yàn)檎麟娐份敵龆顺Ｓ闷骄娏鱽?lái)表征)決定晶閘管的最大電流->管芯半導(dǎo)體結(jié)溫->流過(guò)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(hào)相同）192電流參數(shù)NUAA第一章晶閘管20對(duì)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(guò)的電流有效值為1.57×100＝157ANUAA第一章晶閘管通過(guò)非正弦波形的電流時(shí)晶閘管額定電流如何計(jì)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(shí)際選用時(shí)，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(rèn)為，額定有效值電流為1.57ITav24用法一：對(duì)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(duì)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(hào)后，能維持導(dǎo)通所需的最小電流對(duì)同一個(gè)晶閘管來(lái)說(shuō)，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(guò)額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過(guò)載電流NUAA第一章晶閘管超過(guò)會(huì)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(dòng)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(kāi)路使SCR保持?jǐn)鄳B(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(kāi)通時(shí)，SCR能承受的不會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞的通態(tài)電流最大上升率di/dt超過(guò)會(huì)引起過(guò)熱損壞：電流集中！限制方法：在陽(yáng)極電路串一小電感；快速上升的強(qiáng)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(kāi)通時(shí)間

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

tOF=trr(反向恢復(fù))+tgr(門極恢復(fù)) SCR承受反壓時(shí)間必須大于ToFNUAA第一章晶閘管動(dòng)態(tài)特性晶閘管的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)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(gè)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(guò)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(jì)算

-----根據(jù)電路容量選器件器件手冊(cè)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(jì)算器件承受的最大正/反向電壓2.電流參數(shù)計(jì)算

電流過(guò)大則過(guò)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(jì)算電流定額NUAA第一章晶閘管電流定額的計(jì)算過(guò)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(jì)算該IT對(duì)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(cè)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(jì)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(wèn)額定電流為100A的晶閘管，其允許通過(guò)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(guò)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(guò)得電流均值不超過(guò)50A，若取安全系數(shù)為2，請(qǐng)問(wèn)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(duì)應(yīng)的峰值：Im=50/0.24＝208(A)代入(2)，得有效值Im=95.8A對(duì)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(cè)，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(hào)，三個(gè)極名稱；基本特性；開(kāi)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(wèn)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(jì)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(hào)。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