晶闸管hyrisor晶体闸流管精PPT课件.ppt

第五章晶闸管及其整流电路 补充内容 晶闸管 Thyristor 晶体闸流管 可控硅整流器 SiliconControlledRectifier SCR 1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管1957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品1958年商业化开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代 使半导体器件的应用由弱电领域扩展到强电领域 20世纪80年代以来 开始被全控型器件取代 1 一 晶闸管的基本结构 a 外形 晶闸管的外形及符号 2 PN结及其导电原理 PN结 耗尽层 3 晶闸管的结构 晶闸管是具有三个PN结的四层结构 如图 4 晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合 K A T2 T1 P2 N1 N2 P1 N1 P2 G 5 三 工作原理 A 在极短时间内使两个三极管均饱和导通 此过程称触发导通 形成正反馈过程 K G EA 0 EG 0 EG 6 晶闸管导通后 去掉EG 依靠正反馈 仍可维持导通状态 G EA 0 EG 0 K 7 晶闸管导通的条件 晶闸管正常导通的条件 1 晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压 UAK 02 晶闸管门极和阴极之间必须施加适当的正向脉冲电压和电流 UGK 0晶闸管导通后 控制极便失去作用 依靠正反馈 晶闸管仍可维持导通状态 维持晶闸管导通的条件 保持流过晶闸管的阳极电流在其维持电流以上 8 晶闸管关断的条件 晶闸管的关断只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下 可采用 阳极电压反向减小阳极电压增大回路阻抗 9 正向特性 反向特性 IG2 IG1 IG0 正向转折电压 反向转折电压 正向平均电流 维持电流 四 伏安特性 静特性 10 正向特性IG 0时 器件两端施加正向电压 只有很小的正向漏电流 正向阻断状态 正向电压超过正向转折电压Ubo 则漏电流急剧增大 器件开通 随着门极电流幅值的增大 正向转折电压降低 晶闸管本身的压降很小 在1V左右 晶闸管的伏安特性 IG2 IG1 IG 11 晶闸管的伏安特性 2 反向特性施加反向电压时 伏安特性类似二极管的反向特性 反向阻断状态时 只有极小的反相漏电流流过 当反向电压达到反向击穿电压后 可能导致晶闸管发热损坏 12 五 动特性 晶闸管的开通和关断过程波形 13 1 开通过程延迟时间td 0 5 1 5 s 上升时间tr 0 5 3 s 开通时间tgt以上两者之和 tgt td tr 晶闸管的开通和关断过程波形 2 关断过程反向阻断恢复时间trr正向阻断恢复时间tgr关断时间tq以上两者之和tq trr tgr普通晶闸管的关断时间约几百微秒 14 六 主要参数 UFRM 正向重复峰值电压 晶闸管耐压值 晶闸管控制极开路且正向阻断情况下 允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压 一般取UFRM 80 UB0 普通晶闸管UFRM为100V 3000V 15 如果正弦半波电流的最大值为Im 则 普通晶闸管IF为1A 1000A 16 2020 1 7 17 UF 通态平均电压 管压降 在规定的条件下 通过正弦半波平均电流时 晶闸管阳 阴极间的电压平均值 一般为1V左右 IH 维持电流在规定的环境和控制极断路时 晶闸管维持导通状态所必须的最小电流 一般IH为几十 一百多毫安 UG IG 控制极触发电压和电流室温下 阳极电压为直流6V时 使晶闸管完全导通所必须的最小控制极直流电压 电流 一般UG为1到5V IG为几十到几百毫安 18 动态参数除开通时间tgt和关断时间tq外 还有 断态电压临界上升率du dt 指在额定结温和门极开路的情况下 不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率 电压上升率过大 使充电电流足够大 就会使晶闸管误导通 通态电流临界上升率di dt 指在规定条件下 晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率 如果电流上升太快 可能造成局部过热而使晶闸管损坏 19 七 晶闸管型号及其含义 导通时平均电压组别共九级 用字母A I表示0 4 1 2V 额定电压 用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者 额定正向平均电流 IF 如KP5 7表示额定正向平均电流为5A 额定电压为700V 20 部分晶闸管的型号与参数 21 单结晶体管 双基极二极管 单结晶体管的结构示意图 P型半导体引出的电极为发射极E N型半导体的两端引出两个电极 分别为基极B1和基极B2 B1和B2之间的N型区域可以等效为一个纯电阻 即基区电阻RBB 单结晶体管因有两个基极 故也称为双基极晶体管 22 RB1表示E与B1之间的等效电阻 它的阻值受E B1间电压的控制 所以等效为可变电阻 RBB RB1 RB2 分压比 RB1与RBB的比值称为 RB1 RBB 一般在0 3 0 8之间 23 单结晶体管外形 24 工作原理 当VBB固定 等效电路中 A点对B1的电压UA VBB为定值 当VEE较小时 UEB1 UA PN结反偏 此时只有很小的反向漏电流IE0 几微安 如图中曲线 1 段 当UEB1增大 UEB1 UA时 PN结处于零偏 iE 0 25 UEB1继续增大 当UEB1 UA iE开始大于零 由于硅二极管的正向压降UD为0 7V 所以iE不会有显著的增加 当UEB1 UA UD时 二极管D仍不导通 此时的电压UEB1称为峰值电压UP 对应电流称为峰值电流IP 这一区域称为截止区 26 UEB1继续增加 UEB1 UA UD 管子转向导通 PN结电流开始显著增加 这时将有大量的空穴进入基区 E B1间载流子大量增加 使RB1迅速减小 而RB1的减小又使UA降低 导致iE又进一步加大 形成正反馈 27 正反馈过程使iE急剧增加 UA下降 单结管呈现了负阻特性 图中曲线 2 线段 到了 V 点负阻特性结束 V点电压UV称为谷点电压 一般为1 2 5V 对应的电流称为谷点电流Iv 一般为几毫安 B2的电位高于E的电位 空穴型载流子不会向B2运动 电阻RB2基本不变 28 过了谷点之后 从发射极注入第一基极B1的空穴超过了一定的量 有部分空穴来不及与基区的电子复合 出现空穴的多余储存 使空穴的注入遇到阻力 从而使RB1增加 此时iE UEB1曲线形状接近正向特性曲线 如曲线 3 线段 此时称为饱和区 饱和压降一般小于4 5V 当改变VBB电压 改变了阀值电压UA 曲线的峰点电压也随之改变 29 单结晶体管的特点 1 当UEB1 UP时 单结晶体管导通 导通后 当UEB1 Uv时