电力电子技术2.1-2.2.ppt

第2章电力电子器件 2 1电力电子器件概述1电力电子器件的概念定义 电力电子电路中能实现电能的变换和控制的半导体器件称为电力电子器件 能够完成电能变换和控制的电路称为电力电子电路 电真空器件 如汞弧整流器 半导体器件 主要采用半导体材料硅 本课程所涉及的器件都是指半导体电力电子器件 电力电子器件是电力电子技术及其应用系统的基础 熟悉和掌握电力电子器件的结构 原理 特性和使用方法 是学好电力电子技术的基础 从广义上说 电力电子器件可分为 2电力电子器件的基本模型与特征 1 基本模型在对电能的变换和控制过程中 电力电子器件可以抽象成如下图所示的理想开关的模型 它有三个电极 其中A和B代表开关的两个主电极 K是控制开关通 断的控制极 它只工作在 通态 和 断态 两种情况下 通态时其电阻为零 断态时其电阻为无穷大 2 基本特征在通常情况下 电力电子器件具有如下特征 1 电力电子器件一般都工作在开关状态 用理想开关模型来代替 导通时 通态 阻抗很小 接近于短路 管压降接近于零 流过它的电流由外电路决定 阻断时 断态 阻抗很大 接近于断路 流过它的电流几乎为零 而管子两端电压由外电路决定 2 电力电子器件的开关状态由外电路 驱动电路 来控制 驱动电路 指用来控制电力电子器件导通和关断的电路 3 在实际应用中 电力电子器件与理想开关模型有较大的差别 即器件在工作时会产生很大的功率损耗 为保证不因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏 在其工作时一般都要安装散热器 电力电子器件在工作时产生的功率损耗主要有以下三类 通态损耗 器件导通时 其电阻并不为零而使它有一定的通态压降 形成通态损耗 断态损耗 阻断时 器件电阻并非无穷大 而使它有微小的断态漏电流流过 形成断态损耗 开关损耗 器件在开通或关断的转换过程中产生的开通功率损耗和关断功率损耗 通常 断态损耗很小 因而通态损耗成为器件功率损耗的主要原因 但当器件开关频率较高时 开关损耗随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素 3应用电力电子器件的系统组成从宏观角度来说 电力电子电路也称为电力电子系统 是由控制电路 驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成的一个系统 如下图所示 广义上 人们往往将主电路以外的其他电路都归为控制电路 所以 也可以说 电力电子系统是由主电路和控制电路组成的 1 主电路 进行电能的变换和控制的电路 特点 电路中的电流和电压一般都较大 2 控制电路 按照系统的工作要求形成控制信号 通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断 来完成整个系统的功能 特点 电路中的电流和电压较小 3 检测电路 对主电路或应用现场的信号进行检测 并转换为控制电路所能接收的信息 4 驱动电路 将控制电路传递的小功率信息 电压 电流 转换为可以被主电路所接收的信息 5 保护电路 用于保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠工作 因为主电路中有电压和电流的冲击 而电力电子器件一般比主电路中的普通器件昂贵 但承受过电压和过电流的能力却要差一些 所以保护电路的存在是非常必要的 6 电气隔离 将主电路和控制电路等进行安全隔离 而通过光 磁等来传递信号 因为主电路中电流和电压较大 而控制电路中的元器件只能承受较小的电压和电流 因此在主电路和控制电路连接的路径上需要进行电气隔离 例如 驱动电路与主电路的连接处 与控制信号的连接处 主电路与检测电路的连接处 4电力电子器件的分类 1 按照器件的开关控制特性分类 分为三类 不可控器件 器件本身没有导通 关断控制功能 而是需要根据电路条件决定其导通 关断状态的器件称为不可控器件 如 电力二极管 半控型器件 通过控制信号只能控制其导通 不能控制其关断的电力电子器件称为半控型器件 如 晶闸管及其大部分派生器件 全控型器件 通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断的器件 称为全控型器件 如 门极可关断晶闸管 GTO 功率晶体管GTR 功率场效应晶体管 MOSFET 绝缘栅双极型晶体管 IGBT 等 2 按载流子类型分为三类 单极型器件由一种载流子参与导电的器件 称为单极型器件 如功率场效应管MOSFET 静电感应晶体管SIT等 双极型器件由电子和空穴两种载流子参与导电的器件 称为双极型器件 如PN结整流管 普通晶闸管 电力晶体管等 混合型器件由单极型和双极型两种器件组成的复合型器件 称为混合型器件 如IGBT MCT MOS控制晶闸管 等 3 按控制信号的性质不同分类 分为两类 电流控制型器件 采用电流信号来实现其导通或关断控制 如 晶闸管 门极可关断晶闸管 电力晶体管GTR IGCT 集成门极换流晶闸管 等 电流控制型器件的特点是 a在器件体内有电子和空穴两种载流子导电 由导通转向阻断时 两种载流子在复合过程中产生热量 使器件结温升高 过高的结温限制了工作频率的提高 因此 电流控制型器件比电压控制型器件的工作频率低 b电流控制型器件具有电导调制效应 使其导通压降很低 导通损耗较小 c电流控制型器件的控制极输入阻抗低 控制电流和控制功率较大 电路也比较复杂 当PN结上流过的正向电流较大时 注入并积累在低掺杂N区的少子 空穴 浓度将很大 为了维持半导体的中性条件 其多子浓度也相应大幅度增加 使得其电阻率明显下降 也就是电导率大大增加 这就是电导调制效应 电导调制效应 电压控制型器件 采用电压控制 场控原理控制 其导通或关断 其输入端基本上不流过控制电流信号 用小功率信号就可驱动其工作 如 MOSFET管 IGBT管等 电压控制型器件的特点是 a输入阻抗高 控制功率小 控制线路简单 b工作频率高 c工作温度高 抗辐射能力强 主要电力电子器件的特性及其具有代表性的应用领域 详见下表 电力二极管1电力二极管及其工作原理 1 电力二极管概述电力二极管也称为半导体整流器 SR 属不可控电力电子器件 是20世纪最早 50年代 获得应用的电力电子器件 它在中 高频整流和逆变以及低压高频整流的场合发挥着积极的作用 具有不可替代的地位 2 电力二极管的结构与工作原理 结构基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样 以半导体PN结为基础 由一个面积较大的PN结和两端引线再加以封装就构成了电力二极管 从外形上看 主要有螺栓型和平板型两种封装 如下图所示 PN结PN结是由N型半导体和P型半导体结合后构成的 如下图所示 PN结的形成 N型半导体中有大量的电子 多子 P型半导体中有大量的空穴 多子 在两种半导体的交界处由于电子和空穴的浓度差别 形成了各区的多子向另一区的扩散运动 其结果是在N型半导体和P型半导体的分界面两侧分别留下了带正 负电荷的离子 这些不能移动的正 负电荷称为空间电荷 这个区域称为空间电荷区 空间电荷建立的电场称为内电场 其方向是阻止扩散运动的 另一方面 内电场又吸引对方区域中的少子向本区运动 即形成漂移运动 扩散运动和漂移运动既相互联系又是一对矛盾 最终达到动态平衡 正 负空间电荷量达到稳定值 形成了一个稳定的空间电荷区 这就是PN结 PN结的三种工作状态 即二极管的工作原理 PN结的正向导通状态 当给PN结外加正向电压 P正N负 时 外电场方向与内电场方向相反 外电场削弱内电场 空间电荷区变窄 使多子的扩散运动大于少子的漂移运动 形成从P区流向N区的正向电流 此时PN结表现为低电阻 电力二极管电压降只有1V左右 PN结的反向截止状态 当PN结外加反向电压 P负N正 时 外电场与内电场方向相同 使内电场增强 空间电荷区变宽 使得少子的漂移运动强于多子的扩散运动 形成从N区流向P区的反向电流 由于少子的浓度很小 只有极小的反向漏电流流过PN结 PN结表现为高电阻 所以PN结具有单向导电性 二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性 PN结的反向击穿 当反向电压增大到某一值 反向击穿电压 时 反向电流急剧增大 PN结内部产生雪崩击穿 导致二极管损坏 PN结的电容效应PN结的电荷量随外加电压的变化而变化 呈现电容效应 称为结电容CJ 又称为微分电容 结电容按其产生的机制和作用的差别分为以下两类 A 势垒电容CB 它只在外加电压变化时才起作用 外加电压频率越高 其作用越明显 它的大小与PN结的截面积成正比 与阻挡层厚度成反比 B 扩散电容CD 它仅在正向偏置时起作用 在正向偏置时 当正向电压较低时 势垒电容为结电容的主要成份 正向电压较高时 扩散电容为结电容的主要成份 注意 结电容影响PN结的工作频率 特别是在高速开关的状态下 可使其单向导电性变差 甚至不能工作 应用时要注意 3 造成电力二极管与普通二极管的区别的一些因素 虽然电力二极管与普通二极管的结构 工作原理基本一样 但使用是不一样的 造成这种区别的因素是 正向导通时要流过很大的电流 其电流密度较大 因而额外载流子的注入水平较高 电导调制效应不能忽略 引线和焊接电阻的压降等都不能忽略 承受的电流变化率di dt较大 因而其引线和器件自身的电感效应也会有较大影响 为了提高反向耐压 其掺杂浓度低也造成正向压降较大 2电力二极管的特性主要是指其伏安特性和开关特性 1 电力二极管的伏安特性 其伏安特性曲线如图所示 IF 正向平均电流UF 对应IF时的正向压降UTO 门槛电压 为0 6 0 7V以上IRR 反向漏电流UB 反向击穿电压 当电力二极管承受的正向电压大到门槛电压时 就有正向电流通过 正向电流随外加正向电压增大而迅速增加 二极管处于正向导通状态 呈现 低阻态 此时管子两端的正向电压称为管压降 仅1V左右 当二极管承受反向电压时 只有很小的反向漏电流流过 器件反向截止 呈现 高阻态 如果增加反向电压 达到反向击穿电压时 反向电流急剧增大 管子反向击穿 2 电力二极管的开关特性 也称动态特性指电力二极管工作状态在通态和断态之间转换时的特性 1 关断特性 关断 电力二极管由正向偏置的通态转换为反向偏置的断态的过程 关断过程中的电压 电流波形如图所示 关断须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力 进入截止状态 在关断之前有较大的反向电流出现 并伴随有明显的反向电压过冲 由于外电路电感存在 当原来处于正向导通的电力二极管外加电压在tF时刻突然从正向变为反向时 正向电流IF开始下降 下降速率由反向电压和电路中的电感决定 而管压降由于电导调制效应基本变化不大 到t0时刻正向电流降为零 此时器件并没有恢复反向阻断能力 而是在外加反向电压作用下形成较大的反向电流 直到t1时刻反向电流IRP 由URP产生的 达到最大值后 才开始恢复反向阻断 反向恢复电流迅速减小 到了t2时刻 电流变化率接近于零 管子两端的反向电压才降到外加反向电压UR 二极管完全恢复反向阻断能力 原因 正向导通时在管子两侧储存有大量少子 它们在外加反向电压作用下被抽取出管子 因而形成较大的反向电流 当它们即将被抽尽时 管压降变为负极性 URP 是外电路中电感产生的感应电动势使器件承受的很高的反向电压 从图中可定义 延迟时间 td t1 t0下降时间 tf t2 t1反向恢复时间 trr td tf此时间就是关断过程中 电流降到零时起到恢复反向阻断能力时止的时间 恢复特性的软度 也称恢复系数 是下降时间与延迟时间的比值 Sr tf td Sr越大 则恢复特性越软 就是反向电流下降时间相对较长 则在同样条件下造成的反向电压过冲较小 2 开通特性 开通 电力二极管由零偏置转换为正向偏置的通态的过程 开通过程中的电压 电流波形如图所示 二极管在开通过程中 其正向压降先出现一个过冲UFP 几伏 几十伏 经过一段时间才接近稳态值UF 1 2V 这段时间称为正向恢复时间tfr 其原因 电导调制效应起作用需一定的时间来储存大量少子 在达到稳态导通前管压降较大 正向电流的上升会因器件自身的电感而产生较大压降 电流上升率越大 UFP越高 3电力二极管的主要参数 1 额定正向平均电流IF AV 指器件长期运行在规定管壳温度和散热条件下允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值 设正弦半波电流的峰值为Im 则额定电流 平均电流 IF AV 为 额定电流有效值IF为 均方根 定义 波形系数 某电流波形的有效值与平均值之比称为这个电流的波形系数 根据此定义可求出正弦半波电流的波形系数为 这说明 额定电流IF AV 100A的电力二极管 其额定电流有效值为IF 157A 注意 正向平均电流是按照电流的发热效应来定义的 因此使用时应按有效值相等的原则来选取器件的额定电流 并应留有1 5 2倍的裕量 当用在频率较高的场合时 开关损耗造成的发热往往不能忽略 当采用反向漏电流较大的电力二极管时 其断态损耗造成的发热效应也不能忽略 2 正向压降UF 指规定条件下 流过稳定的额定电流时 器件两端的正向平均电压 又称管压降 3 反向重复峰值电压URRM 指器件能重复施加的反向最高峰值电压 此电压通常是击穿电压UB的2 3 使用时 往往按照电力二极管可能承受的反向最高峰值电压的2倍来选定 4 反向漏电流IRR 指器件对应于反向重复峰值电压时的反向电流 5 最高工作结温TJM 指器件中PN结不至于损坏的前提下所能承受的最高平均温度 它通常在125 175 范围内 其他参数详见有关参考文献 常用电力二极管的主要性能参数详见有关手册 4电力二极管的主要类型电力二极管的应用范围广 种类也很多 主要有以下几种类型 1 普通二极管 又称整流二极管 应用 多用于开关频率在1kHZ以下的整流电路中 主要特性 其反向恢复时间在5 s以上 这在开关频率不高时不重要 正向额定电流可达数千安 反向额定电压可达数千伏以上 2 快恢复二极管 反向恢复时间在5 S以下的称为快恢复二极管 快速恢复二极管 反向恢复时间为数百纳秒以上 超快速恢复二极管 反向恢复时间在100nS以下 其容量可达1200V 200A的水平 应用 多用于高频整流和逆变电路中 3 肖特基二极管 是一种金属同半导体相接触形成整流特性的单极型器件 主要特性 导通压降为0 4 0 6V反向恢复时间短 为几十纳秒反向耐压在200V以下反向漏电流较大 对温度敏感 反向稳态损耗不能忽略 应用 常被用于高频低压开关电路或高频低压整流电路中 它分为 2 2半控型器件 晶闸管SCR1晶闸管的结构及其工作原理 1 晶闸管概述晶闸管包括 普通晶闸管 快速晶闸管 双向晶闸管 逆导晶闸管 可关断晶闸管和光控晶闸管等 但因为普通晶闸管问世早 应用极为广泛 所以在无特殊说明的情况下 本课程所说的晶闸管都为普通晶闸管 普通晶闸管 也称可控硅整流管 晶体闸流管 1957年问世 之后开始研制生产 由于它电流容量大 4500A 电压耐量高 8000V 以及开通的可控性 已被广泛应用于相控整流 逆变 交流调压 直流变换等领域 成为特大功率低频 200HZ以下 装置中的主要器件 2 晶闸管的结构 晶闸管的外形与封装形式 如图所示 其封装形式分为 小电流塑封式 a 图小电流螺旋式 b 图大电流螺旋式 c 图大电流平板式 d 图所谓大电流 指额定电流在200A以上的 晶闸管有三个电极 A 阳极 K 阴极G 门极或称栅极 晶闸管的电气图形符号 如图所示 晶闸管是大功率器件 工作时产生大量的热 因此必须安装散热器 晶闸管的内部结构 普通晶闸管由四层半导体 P1 N1 P2 N2 组成 形成三个PN结 并分别从P1 P2 N2引出A G K三个电极 如图所示 如果正向电压 A正K负 加到器件上 则J1 J3正偏 J2反偏 则A K之间处于阻断状态 只能流过很小的漏电流 称为正向阻断状态 如果反向电压加到器件上 则J1 J3反偏 也阻断 仅有很小的漏电流通过 称为反向阻断状态 3 晶闸管的工作原理从晶闸管的结构可知 普通晶闸管可以等效成由两个晶体管T1 P1N1P2 和T2 N1P2N2 组成的等效电路 如图所示 导通 当器件阳极和阴极间加正向电压时 若无门极电流 晶闸管将处于关断状态 若给门极G也加正向电压Ug 即向门极注入电流Ig 称为驱动电流 Ig进入T2的基极 经放大后成为集电极电流IC2 IC2又是T1的基极电流 而放大后的集电极电流IC1进一步使Ig增大且又作为T2的基极电流流入T2 如此形成强烈的正反馈 T1和T2都快速进入饱和状态 使晶闸管阳极和阴极之间导通 此时若撤除门极电流Ig Ug 由于T1 T2已形成了强烈的正反馈 使电流维持原来的方向 只要满足阳极正偏的条件 晶闸管就一直导通 关断 晶闸管导通后 即使撤除门极电流 也不能使其关断 若要关断晶闸管 必须去掉阳极电压 或者给阳极施加反压 或者设法使阳极电流减小到维持电流以下 导致正反馈无法维持 晶闸管才能关断 若给器件加反向电压 无论有无门极电流 都不能使其导通 结论 晶闸管导通的条件 正向阳极电压和正向门极电压同时存在 晶闸管关断的条件 阳极加反向电压或为0 或阳极电流小于维持电流 由上可知 晶闸管也有单向导电性 但与二极管的单向导电性不同 当门极无正向电压时 尽管阳极已加上正向电压 晶闸管仍处于关断状态 在门极电压的控制 触发 下 晶闸管立即导通 门极的这种控制作用称为闸流特性 也称为晶闸管的可控单向导电性 门极电压只能触发晶闸管导通 不能控制其关断 所以它是半控型电力电子器件 总结以上得出晶闸管的特点 具有单向导电性 属半控型半导体电力电子器件 属电流控制器件 注意 晶闸管在下列情况下也可能被触发导通 阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应 阳极电压上升率du dt过高 结温过高 上述三种触发方式不易控制而难于应用于实践 光直接照射硅片 即光触发 光触发的晶闸管称为光控晶闸管 它可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘 所以主要用于高压电力设备中 所以 只有门极触发是最精确 迅速而可靠的控制手段 2晶闸管的特性 1 静态特性SCR承受反压时 无论有无门极电流 都不会导通 承受正向电压时 仅在门极有触发电流的情况下才能导通 但导通后门极就失去控制作用 要使其关断 只能使晶闸管的电流降到维持电流以下 2 晶闸管的伏安特性定义 晶闸管阳极与阴极之间的电压Ua与阳极电流Ia的关系曲线称为晶闸管的伏安特性 如图所示 UDRM URRM 正 反向断态重复峰值电压UDSM URSM 正 反向断态不重复峰值电压UBO 正向转折电压URO 反向击穿电压IH 维持电流 晶闸管伏安特性 正向伏安特性 A Ig 0时 逐渐增大阳极电压Ua 只有很小的正向漏电流 则晶闸管处于正向阻断 随着阳极电压的增加 当达到临界值即正向转折电压时 漏电流突然剧增 晶闸管由阻断变为导通状态 这种导通方式称为 硬开通 多次 硬开通 使其损坏 所以通常不允许 B 随着门极电流的增大 晶闸管的正向转折电压迅速下降 当Ig足够大时 UBO很小 加上正向阳极电压 即可导通 正向阻断时 晶闸管的伏安特性是一组随门极电流的增加而不同的曲线簇 C 晶闸管导通后的伏安特性与二极管的正向特性相似 D 晶闸管本身的压降 称为通态压降 很小 在1V左右 E 导通后要使其恢复阻断 只有减小阳极电流Ia 当它下降到维持电流IH以下时 晶闸管便由正向导通变为正向阻断 反向伏安特性 A 晶闸管的反向特性与二极管的反向特性相似 B 当其承受反向阳极电压时 总是处于阻断状态 只有很小的反向漏电流通过 C 当反向电压增加到一定时值时 反向漏电流增加较快 再继续增大反向阳极电压 会导致晶闸管反向击穿 由上可知 晶闸管就像一个可以控制的单向无触点开关 但这个开关并不是理想的 在阻断时其电阻并不是无穷大 而是有很小的漏电流 导通时电阻也不为零 还有一定的管压降 晶闸管的门极特性由晶闸管的结构可以看出 门极和阴极之间有一个PN结J3 其伏安特性称为门极伏安特性 其特性应与一般的二极管特性类似 但为了提高晶闸管耐受di dt能力 对门极区域进行了特殊处理 所以其特性比一般PN结特性稍差一些 而且分散性很大 为了应用上的方便 常用一个由一条典型极限低阻门极伏安特性和一条极限高阻门极伏安特性围成的区域来表示某类型号所有器件的门极伏安特性 称为门极伏安特性区域 如图所示为某一型号晶闸管的伏安特性 确保触发 Ig IGT Ug UGT加反压 10 防止误触发 门极峰值功率 门极正向峰电压 门极平均功率 门极正向峰电流 该门极伏安特性被划分为三个区域 一个是不触发区 一个是不可靠触发区 一个是可靠触发区 不触发区是为了使晶闸管具有一定的抗干扰能力 避免很小的触发电压或触发电流就能使晶闸管导通 而对厂商所做的一种限制 即 其出厂的产品 当门极所加信号在此范围内时 不应使晶闸管触发导通 不可靠触发区是规定生产厂商出厂器件的触发电压和触发电流值应处于该区域 而触发电路所提供的触发信号值若在此范围时 该批晶闸管不会全部都被触发导通 可靠触发区则是为了保证晶闸管可靠安全的触发 门极触发电路应提供的触发电压 触发电流和功率及应受到限制的区域 当器件结温升高时 由于正向阻断能力降低 所需门极电压和电流也随之减小 3 晶闸管的开关特性 也称动态特性 指晶闸管的通态和断态转换过程中电压和电流的变化情况 晶闸管的开通和关断并不是瞬时完成的 需要一定的时间 即存在瞬态过程 当元件的导通和关断频率较高时 就必须考虑这种时间的影响 晶闸管的开通和关断过程中电压和电流波形如图所示 开通过程 当晶闸管A K之间正偏且门极获得触发信号后 由于管子内部正反馈的建立需要时间 阳极电流不会马上增大 而要延迟一段时间 规定 延迟时间td 从晶闸管的门极获得触发信号时刻开始 到阳极电流上升到稳态值的10 的时间称为延迟时间 同时晶闸管的正向压降略有下降 上升时间tr 阳极电流从10 上升到稳态值的90 所需的时间称为上升时间 同时压降迅速下降开通时间tgt 就是以上两者之和 tgt td tr 经过开通时间后 晶闸管才会从断态变为通态 开通后A K间电压变为1V左右 普通晶闸管的延迟时间为0 5 1 5 S 上升时间为0 5 3 S 开通时间约为6 S 开通时间与触发脉冲的大小 陡度 结温以及主回路中的电感量等因素有关 为保证可靠触发 对触发脉冲的要求 实际触发电流比规定触发电流大3 5倍 采用前沿陡的窄脉冲 触发脉冲的宽度要稍大于开通时间 关断过程 晶闸管导通后 为了关断晶闸管 必须使阳极电压为零或加反向电压 使阳极电流减小 但由于外电路电感的存在 阳极电流的下降是有过渡过程的 当阳极电流刚好下降到零时 若重新加上正向电压 晶闸管仍会不经触发而立即导通 只有再经过一定时间 才能完全恢复正向阻断能力 晶闸管的关断过程与二极管的关断过程相似 在阳极电流下降到零后 在反方向会流过反向恢复电流 经过最大值IRM后 再反方向衰减 同样在恢复电流快速衰减时 由于外电路电感的作用 会在晶闸管两端引起反方向的尖峰电压URRM 当反向恢复电流衰减至接近于零时 晶闸管恢复其对反向电压的阻断能力 反向恢复电流产生的原因 由于在SCR正向导通时 在其内部的J1 J3结附近积累了大量的少数载流子 它们在反向电压的作用下被抽取出晶闸管 从而形成反向恢复电流 规定 反向阻断恢复时间trr 指正向电流降为零 到反向恢复电流衰减至接近于零的时间长度为反向阻断恢复时间 正向阻断恢复时间tgr 从反向恢复过程结束到恢复正向阻断所需的时间 这段时间是载流子复合所需的时间 在此时间内 如果重新对晶闸管加正向电压 它会重新正向导通 实际应用中 应对其加足够长时间的反向电压 使其充分恢复对正向电压的阻断能力 电路才能可靠工作 晶闸管关断时间toff 就是上述二者之和 即toff trr tgr晶闸管的关断时间与元件结温 关断前阳极电流的大小以及所加反压的大小有关 普通晶闸管的关断时间约为几十到几百微秒 3晶闸管的主要参数为了正确使用晶闸管 必须掌握晶闸管的主要参数 1 晶闸管的额定电压UTe 1 正向阻断不重复峰值电压UDSM 指门极开路 晶闸管额定结温时 其阳极电压上升到正向转折电压之前 即管子正向漏电流开始急剧增大 伏安特性曲线急剧转弯处所对应的阳极电压 此电压不可连续施加 2 反向不重复峰值电压URSM 指门极开路 晶闸管承受反向电压时 对应反向漏电流开始急剧增大的电压值 3 正向阻断重复峰值电压UDRM 指对应于UDSM90 的电压 此电压可重复施加 其重复频率为50HZ 每次持续时间不大于10ms 4 反向重复峰值电压URRM 指对应于URSM90 的电压 通常取UDRM和URRM中的最小值作为晶闸管的额定电压 并按标准电压等级来选取 选用时 额定电压要留有一定的裕量 一般取额定电压为正常工作时峰值电压的2 3倍 2 晶闸管的额定通态平均电流IT AV 及额定电流 重点 在环境温度为40 和规定冷却条件下 晶闸管工作在电阻性负载下且稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大单相工频正弦半波电流的平均值 称为额定通态平均电流 将此电流按晶闸管标准电流系列取为相应的整数值电流等级 就称为晶闸管的额定电流 晶闸管的标准电流系列可查相关手册 在选用晶闸管的额定电流时 应根据实际最大的电流计算后至少还要乘以1 5 2的安全系数 使其有一定的电流裕量 选用原则 按实际电流与通态平均电流有效值相等的原则 IT AV 的计算方法 根据额定电流的定义可知 额定通态平均电流是指通以单相工频正弦电流时的允许最大平均电流 设该正弦电流的峰值为Im 则额定电流 平均电流 为 额定电流有效值为 正弦半波电流的波形系数为 这说明 额定电流IT AV 100A的晶闸管 其额定电流有效值为IT 157A 即允许通过的电流有效值为157A 不同的电流波形有不同的平均值与有效值 其波形系数也不同 例流经晶闸管的电流波形如图所示 试计算该电流波形的平均值 有效值及波形系数 若取安全裕量为2 问额定电流为100A的晶闸管 其允许通过的电流平均值和最大值是多少 解电流平均值为 电流有效值为 波形系数为 额定电流为100A的晶闸管允许通过的电流平均值为 说明 具有相同平均值而波形不同的电流 因波形系数不同而具有不同的有效值 流经同一个晶闸管时发热也不相同 因而不能按电流的平均值选择晶闸管 而晶闸管的额定电流却是用正弦半波电流的平均值来定义的 所以 非正弦半波电流选择晶闸管额定电流时需要折算 根据有效值相等发热相同的原理 可以将非正弦半波电流平均值折算成等效的正弦半波电流的平均值 即1 57IT AV Kf1IT AV 1电流最大值 若考虑安全裕量 则 3 维持电流IH和擎住电流IL 在规定室温下门极断