项目一晶闸管的特性及参数.ppt

电力电子装置安装与调试 晶闸管的基本特性 1 晶闸管的静态伏安特性第I象限的是正向特性有阻断状态和导通状态之分 在正向阻断状态时 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 当IG足够大时 晶闸管的正向转折电压很小 可以看成与一般二极管一样第III象限的是反向特性晶闸管的反向特性与一般二极管的反向特性相似 晶闸管的伏安特性IG2 IG1 IG 电力电子装置安装与调试 IG 0时 器件两端施加正向电压 为正向阻断状态 只有很小的正向漏电流流过 正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo 则漏电流急剧增大 器件开通 硬开通 随着门极电流幅值的增大 正向转折电压降低导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿晶闸管本身的压降很小 在1V左右导通期间 如果门极电流为零 并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下 则晶闸管又回到正向阻断状态 IH称为维持电流 电力电子装置安装与调试 晶闸管上施加反向电压时 伏安特性类似二极管的反向特性晶闸管的门极触发电流从门极流入晶闸管 从阴极流出阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端门极触发电流也往往是通过触发电路在门极和阴极之间施加触发电压而产生的晶闸管的门极和阴极之间是PN结J3 其伏安特性称为门极伏安特性 为保证可靠 安全的触发 触发电路所提供的触发电压 电流和功率应限制在可靠触发区 电力电子装置安装与调试 晶闸管的基本特性 2 动态特性与二极管类似 开通 关断过程产生动态损耗晶闸管的开通和关断过程波形 电力电子装置安装与调试 晶闸管的基本特性 1 开通过程延迟时间td 门极电流阶跃时刻开始 到阳极电流上升到稳态值的10 的时间上升时间tr 阳极电流从10 上升到稳态值的90 所需的时间开通时间tgt 以上两者之和 tgt td tr普通晶闸管延迟时间为0 5 1 5 s 上升时间为0 5 3 s 电力电子装置安装与调试 晶闸管的基本特性 2 关断过程反向阻断恢复时间trr 正向电流降为零到反向恢复电流衰减至近于零的时间正向阻断恢复时间tgr 晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压 晶闸管会重新正向导通实际应用中 应对晶闸管施加足够长时间的反向电压 使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力 电路才能可靠工作关断时间tq trr与tgr之和 即tq trr tgr普通晶闸管的关断时间约几百微秒 这是设计反向电压设计时间的依据 电力电子装置安装与调试 晶闸管的基本特性 晶闸管上施加反向电压时 伏安特性类似二极管的反向特性晶闸管的门极触发电流从门极流入晶闸管 从阴极流出阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端门极触发电流也往往是通过触发电路在门极和阴极之间施加触发电压而产生的晶闸管的门极和阴极之间是PN结J3 其伏安特性称为门极伏安特性 为保证可靠 安全的触发 触发电路所提供的触发电压 电流和功率应限制在可靠触发区 电力电子装置安装与调试 晶闸管的主要参数 1 电压额定1 断态重复峰值电压UDRM 在门极断路而结温为额定值时 允许重复加在器件上的正向峰值电压 一般为正向转折电压的80 2 反向重复峰值电压URRM 在门极断路而结温为额定值时 允许重复加在器件上的反向峰值电压 一般为反向击穿电压的80 3 通态 峰值 电压UTM 晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压 一般为2V 通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压 选用时 额定电压要留有一定裕量 一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2 3倍 电力电子装置安装与调试 晶闸管的主要参数 2 额定电流1 通态平均电流 额定电流 IT AV 晶闸管在环境温度为40 C和规定的冷却状态下 稳定结温不超过额定结温时所允许连续流过的单相工频正弦半波电流的最大平均值 使用时应按实际电流与通态平均电流有效值相等的原则来选取晶闸管额定电流 实际使用时应留一定的裕量 一般取1 5 2倍 电力电子装置安装与调试 晶闸管的主要参数 对于一只额定电流IT AV 100A的晶闸管 允许的电流有效值应该为157A 考虑正弦半波波形系数 对于特定电流波形 其有效值和平均值的比值成为波形系数Kf Irms IAV 按有效值相等原则选择晶闸管时遵循 例 当三个不同的电流波形 分别流经额定电流为IT AV 100A的晶闸管时 其允许的电流平均值为IAV不同 电力电子装置安装与调试 晶闸管的主要参数 1 正弦半波整流电流波形状态 电力电子装置安装与调试 晶闸管的主要参数 实际波形的平均值 实际波形的有效值 波形系数 100A的器件允许的电流平均值 这时100A的器件只能当作70A 平均值 使用 电力电子装置安装与调试 晶闸管的主要参数 2 正弦全波整流电流波形状态 电力电子装置安装与调试 实际波形的平均值 实际波形的有效值 实际波形的波形系数 100A的器件允许的电流平均值 这时100A的器件可当作140A 平均值 使用 晶闸管的主要参数 电力电子装置安装与调试 晶闸管的主要参数 3 方波半波整流电流波形状态 电力电子装置安装与调试 实际波形的平均值 实际波形的有效值 实际波形的波形系数 100A的器件允许的电流平均值 这时100A的器件只能当作90A 平均值 使用 晶闸管的主要参数 电力电子装置安装与调试 晶闸管的主要参数 2 维持电流IH 晶闸管处于通态时 使晶闸管维持导通所必需的最小电流一般为几十到几百毫安 与结温有关 结温越高 则IH越小3 擎住电流IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后 能维持导通所需的最小电流对同一晶闸管来说 通常IL约为IH的2 4倍4 浪涌电流ITSM 指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流 电力电子装置安装与调试 晶闸管的主要参数 3 动态参数 1 晶闸管的开通时间tgt与关断时间tq开通与关断时间的含义如前所述 2 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 2 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 则晶闸管刚一开通 便会有很大的电流集中在门极附近的小区域内 从而造成局部过热而使晶闸管损坏 电力电子装置安装与调试 晶闸管的型号 根据国家的有关规定 普通晶闸管的型号及含义如下 电力电子装置安装与调试 开通条件与关断条件举例一 电力电子装置安装与调试 开通条件与关断条件举例二 电力电子装置安装与调试 晶闸管应用要点 1 触发导通条件 UAK 0 UGK 0 或IGK 0 并有足够的触发功率 一旦器件导通 门极电流就不再具有控制作用 因此 门极触发电流可用脉冲电流 无需用直流 2 晶闸管的关断方法 自然关断 在导通期间 如果要求器件返回到正向阻断状态 必须令门极电流为零 且将阳极电流降低到一个称为维持电流的临界极限值以下 并保持一段时间 强迫关断 通过加一反向电压UAK 0 并保持一段时间使其关断 在实际电路中是采用阳极电压反向 减小阳极电压 增大回路阻抗等方式 使阳极电流小于维持电流 使晶闸管关断 电力电子装置安装与调试 晶闸管应用要点 3 晶闸管可靠关断的条件 关断时间tq 恢复晶闸管电压阻断能力所需的最小电路换流反压时间 电路换流反压时间t 正向电流过零点与重新施加正向电压的起点之间的时间间隔 可靠关断的条件 UAKtq 由于在触发导通时积累的非平衡载流子需要恢复时间 使其可靠关断 因此需要在t tq之后再施加正向电压而不会导通 电力电子装置安装与调试 单结晶体管触发电路 单结晶体管触发电路 单结晶体管 电力电子装置安装与调试 1 单结晶体管 1 单结晶体管的结构 a 结构 b 等效电路 c 图形符号 d 外形管脚排列 电力电子装置安装与调试 单结晶体管的内部结构 在一块高电阻率的N型硅片上引出两个基极b1和b2 两个基极之间的电阻就是硅片本身的电阻 一般为2 12k 在两个基极之间靠近b1的地方合金法或扩散法掺入P型杂质并引出电极 成为发射极e 它有三个电极 只有一个PN结 因此称为 单结晶体管 又因为管子有两个基极 所以又称为 双极二极管 双基极管 电力电子装置安装与调试 触发电路常用的国产单结晶体管的型号主要有BT31 BT33 BT35 其外形与管脚排列 电力电子装置安装与调试 单结管的管脚及好坏检测 把指针式万用表置于R 100挡或R 1K挡 黑表笔接假设的发射极 红表笔接另外两极 当出现两次低电阻时 黑表笔接的就是单结晶体管的发射极 然后用黑表笔接发射极 红表笔分别接另外两极 两次测量中 电阻大的一次 红表笔接的就是B1极 应当说明的是 上述判别B1 B2的方法 不一定对所有的单结晶体管都适用 有个别管子的E B1间的正向电阻值较小 不过准确地判断哪极是B1 哪极是B2 在实际使用中并不特别重要 即使B1 B2用颠倒了 也不会使管子损坏 只影响输出脉冲的幅度 单结晶体管多作脉冲发生器使用 当发现输出的脉冲幅度偏小时 只要将原来假定的B1 B2对调过来就可以了 电力电子装置安装与调试 单结晶体管性能好坏的判断 单结管性能的好坏可以通过测量其各极间的电阻值是否正常来判断 用万用表R 1k档 将黑表笔接发射极E 红表笔依次接两个基极 B1和B2 正常时均应有几千欧至十几千欧的电阻值 再将红表笔接发射极E 黑表笔依次接两个基极 正常时阻值为无穷大 单结管两个基极 B1和B2 之间的正 反向电阻值均为2 10k 范围内 若测得某两极之间的电阻值与上述正常值相差较大时 则说明该单结管已损坏 电力电子装置安装与调试 2 单结晶体管的伏安特性 单结晶体管的伏安特性 当两基极b1和b2间加某一固定直流电压时 发射极电流与发射极正向电压Ue之间的关系曲线称为单结晶体管的伏安特性 f Ue a 单结晶体管实验电路 b 单结晶体管伏安特性 c 特性曲线族 电力电子装置安装与调试 当开关S断开 Ibb为零 加发射极电压Ue时 得到如图 所示伏安特性曲线 该曲线与二极管伏安特性曲线相似 电力电子装置安装与调试 1 单结晶体管的伏安特性 截止区 aP段当开关闭合 当b2 b1间加正向电压 e b1间为高阻特性 但当e的电位达到电压的某一比值时 e b1间变为低阻特性 这是单结管最基本的特点 开关闭合 电压Ubb通过单结晶体管等效电路中的rbl和rb2分压 得A点电位UA 可表示为式中 分压比 是单结晶体管的主要参数 一般为0 3 0 9 Ue UA时 PN结反偏 Ue UA时 Ie 0 UA Ue UA UD时 PN结正偏 只有很小的漏电流 Ue UA UD时 PN结完全导通 进入P点 峰点 UP UA UD 电力电子装置安装与调试 负阻区 PV段Ue由Up再增加时 Ie rb1 UA Uerb1 偏压当增大到一定程度 硅片中载流子的浓度趋于饱和 rbl已减小至最小值 A点的分压UA最小 因而Ue也最小 得曲线上的V点 V点称为谷点 谷点所对应的电压和电流称为谷点电压Uv和谷点电流Iv PV为负阻区 在负阻区不能停留 饱和区 VN段V点过后 载流子饱和 欲使Ie须Ue 即又恢复正阻特性 谷点电压是维持单结管导通的最小电压 电力电子装置安装与调试 2 单结晶体管的主要参数 单结晶体管的主要参数有 基极间电阻rbb分压比 峰点电流IP谷点电压UV谷点电流IV耗散功率等 电力电子装置安装与调试 2 单结晶体管自激振荡电路 a 单结晶体管自激振荡电路的电路图 b 单结晶体管自激振荡电路波形图 电力电子装置安装与调试 3 单结晶体管触发电路 1 单结晶体管触发电路 是由同步电路和脉冲移相与形成两部分组成的 2 同步电路触发信号和电源电压在频率和相位上相互协调的关系叫同步 同步电路由同步变压器 桥式整流电路VD1 VD4 电阻R3及稳压管组成 电力电子装置安装与调试 3 波形分析单结晶体管触发电路的调试以及在今后的使用过程中的检修主要是通过几个点的典型波形来判断个元器件是否正常 桥式整流后脉动电压的波形将探头的测试端接于 A 点 接地端接于 E 点 测得波形 a 实测波形 b 理论波形 电力电子装置安装与调试 削波后梯形波电压波形将探头的测试端接于 B 点 测得B点的波形 a 实测波形 b 理论波形 电力电子装置安装与调试 2 脉冲移相与形成 1 电路组成脉冲移相由电阻RE和电容C组成 脉冲形成由单结晶体管 温补电阻R3 输出电阻R4组成 改变自激振荡电路中电容C的充电电阻的阻值 就可以改变充电的时间常数 图中用电位器RP来实现这一变化 例如 RP C 出现第一个脉冲的时间后移 Ud 电力电子装置安装与调试 2 波形分析 电容电压的波形将探头的测试端接于 C 点 a 实测波形 b 理论波形 电力电子装置安装与调试 2 脉冲移相与形成 调节电位器RP的旋钮 观察C点的波形的变化范围 电力电子装置安装与调试 输出脉冲的波形将探头的测试端接于 D 点 a 实测波形 b 理论波形 电力电子装置安装与调试 调节电位器RP的旋钮 观察D点的波形的变化范围 电力电子装置安装与调试 3 触发电路各元件的选择 1 充电电阻的选择改变充电电阻的大小 就可以改变张驰振荡电路的频率 但是频率的调节有一定的范围 如果充电电阻选择不当 将使单结晶体管自激振荡电路无法形成振荡 充电电阻的取值范围为