第1章 电力晶体管和晶闸管.ppt

第1、1章：电二极管和晶闸管、第1部分功率二极管第2部分晶闸管第3部分双向晶闸管和其他衍生晶闸管，该章节、第2、第1部分功率二极管、电二极管是具有大耗散功率的二极管，可经受高压大电流，并且作为整流、电流、电压绝缘、钳位或保护因素与在各种变换器电路中起重要作用的其他电力电子设备共同工作基于半导体PN连接的信息电子电路中二极管的基本结构、工作原理和伏安特性相同；默认类型为普通二极管、快速恢复二极管和肖特基二极管。大PN接头和两端引线、封装，从外观上看，大功率主要与螺栓和主板封装、低功率和一般二极管相同。图1-1电气二极管的形状、结构和电气图形符号a)结构c)电气图形符号，3、2节晶闸管，晶闸管是硅晶体晶闸管。一般晶闸管也称为晶闸管SCR，一般晶闸管是具有开关功能的大功率半导体设备。自1957年美国开发出第一种普通晶闸管以来，迄今为止，从低压小电流到高压大电流形成了一系列产品。晶闸管是一种高功率半导体器件，仅使用几十到几百毫安的电流，就可以控制几百到几千安培的大电流，从而控制弱电。晶闸管具有体积小、重量轻、损耗小、控制能力好等优点，一度被广泛应用于多个领域。4，1，晶闸管结构，晶闸管具有四层pnpnpnpnpn结构，其诱导阳极a、阴极k和栅极g的三端；晶闸管的典型封装形状包括螺栓、平板和塑料类型。对于晶闸管螺栓封装，螺栓通常是与散热器紧密连接且易于安装的阳极。平板封装的晶闸管可以通过两个散热器夹在中间。图1-2晶闸管的形状、结构和电气图形符号a)结构b)结构c)电气图形符号、G、5、晶闸管的管道消耗和冷却：管道消耗=通过设备的电流设备两端的电压管消耗会产生热量，并提高核心温度。超出允许的值会损坏设备，因此必须进行热量和冷却。冷却方法：自然冷却(散热片)、风冷(风扇)、液体冷却、6、2、晶闸管传导和阻塞条件；简要说明晶闸管SCR对应于半控制、非关闭的单向交换机。图1-3晶闸管运行条件测试电路，7，解释 SCR正负电压UAK0，EGk0，SCR运行之前。SCR传递后，g浇口将失去控制。也就是说，无论EG如何，都保持传导状态。SCR传导后的管压力降低到1V左右，主电路的电流I由r、RW和EA的大小确定；UAK0并发UGK0将通过传导阻塞条件：将通过SCR的电流降低到保持电流以下。(通常通过将EA减少到EA0来完成。)，8，图1-4晶闸管双晶体管模型和工作原理a)双晶体管模型b)工作原理，3，晶闸管工作原理分析，特定说明 IG(栅极电流)注入V2基极，V2导流产生IC2(2IG)它还诱导V1的基准电流和V1，IC1=1IC2，IC1和IG进一步增加V2的基准电流，从而产生强正反馈，使V1V2很快进入完全饱和状态。SCR饱和传导，通过SCR的电流由R确定为EA/R。UAK之间的压降相当于一个PN接头中加入了一个晶体管的饱和压降约为1V。此时，IG出现0，即UGK0生成IGV2桶生成IC2V1桶IC1IC2IC2强烈的积极反馈，从而导致g失去控制效果，V1和V2完全饱和，成为SCR饱和传导器。9，晶闸管正极和负极之间的电压和正极电流的关系称为阳极伏安特性。(参见图1-5)，4，晶闸管的阳极伏安特性，IG=0，正向传导，UBO，正向特性，反向特性，雪崩击穿，10，1)在正向特性IG=0时，设备两端的正向电压为随着栅极电流振幅的增加，正向转折电压降低。传导后晶闸管特性与二极管的正向特性相似。晶闸管本身的压降约为1V。在传导过程中，如果灌嘴电流为零，并且阳极电流下降到接近0的IH值以下，则晶闸管会返回到前向切断状态。IH称为维持电流。图1-5晶闸管的伏安特性IG2IG1IG，4，晶闸管的阳极伏安特性，11，2)在逆特性晶闸管上应用逆电压时，伏安特性类似于二极管的逆特性。晶闸管处于反向阻塞状态时，只有极小的逆相泄漏电流通过。反向电压超过一定限度，切换到反向击穿电压后，发生无限制措施等外部电路，反向泄漏电流急剧增加，造成晶闸管发热损坏。4，晶闸管的阳极伏安特性，图1-5晶闸管的伏安特性IG2IG1IG，12，1。额定电压(UTn)1)正向电压重复峰值电压UDRM栅极断路和接头温度为额定值时，可以重复添加到设备的正向峰值电压。(2)反向阻塞重复峰值电压URRM可以在栅极断流和温度额定值时重复添加到设备的反向峰值电压。3)正常状态(峰值)电压UTM晶闸管在指定倍数的额定通过状态平均电流中使用瞬态峰值电压。5，晶闸管的主参数，13，通常使用晶闸管的UDRM和URRM的较小标准值作为此设备的额定电压。选择时，额定电压应保持一定的余量。一般来说，当标称电压正常工作时，晶闸管接收的最高电压是23倍。utn=(2-3)UTM(交流电时的UTM311v)，SCR的额定电压额定值通常为100V至1000V，每个100V额定值1。1000V至3000V，每200v 1等级。14，2。额定电流(通过平均电流)定义IT(AV):环境温度为140度，在指定冷却条件下，晶闸管在电阻负载下稳定单相、工频(50Hz)、正弦半波(传导角度不低于170度)电路的额定125度下允许的平均通过电流。注：由于晶闸管更多地用于可控制的整流电路，因此整流电路通常计算为直流平均值，而不是有效值的电流平均值成为电流配额。15，栅极平均电流it(av)与最大正弦电流Im之间的关系如下：正弦半波电流的有效值与平均电流IT(AV)的有效值关系如下：16，通过晶闸管的电流波形不同，电流的有效值不同，上述比率也不同。在实际应用中，应根据与电流rms相同的原则进行转换，如果选择晶闸管，电流参数还应达到(1.5 2)倍的安全裕度。也就是说，类型IT是过流晶闸管可能产生的最大电流有效值，17，1)transitional state平均电压ut(av):晶闸管通过额定电流，达到稳定额定连接温度时正负极电压降的平均值，称为通过状态平均电压。一般平均电压ut(av)分为a至I，相当于9个群组中的0.4V至1.2V。(2)保持电流IH:保持晶闸管处于传导状态所需的最小电流通常为数十到数百毫安，与连接温度相关，连接温度越高，IH越小3)电流IL:晶闸管从阻塞状态转换为通过状态，消除触发信号后，可以保持传导传输所需的最小电流。对于相同的晶闸管，IL通常大约是IH的2-4倍。3 .其他参数，18，4)闭合电压临界上升率du/dt:防止元件在额定接合坍落度打开时从破坏状态转换为通过状态的最大阳极电压上升率称为闭合电压临界上升率。(5)通过电流临界上升率di/dt:在指定条件下，晶闸管在门极触发开通时不会引起损坏的通过电流最大上升率称为通过电流临界上升率。，19，6，晶闸管门极伏安特性和主要参数，1，门极伏安特性表示门极电压与电流的关系，因为晶闸管门极与阴极之间只有一个PN连接，电压与电流的关系类似于普通二极管的伏安特性。栅伏安特性曲线可以实验性地绘制，如图1-6所示。20，2，栅若干关键参数的标准1)栅位重定电压UGD和栅位重定电流IGD:晶闸管不能从制动状态切换到通过状态的最大栅极电压称为栅位重定电压UGD，其最大电流称为栅位重定电流IGD。(2)栅极触发电压UGT和栅极触发电流IGT是在室温下向晶闸管添加6v正向阳极电压的情况下，将元件从阻塞状态转换到通过状态所需的最低栅极电流称为栅极触发电流IGT，相应的栅极电压称为栅极触发电压UGT。3)栅极正向峰值电压UGM、栅极正向峰值电流IGM和栅极峰值功率PGM、21、1、双向晶闸管1。双向晶闸管外形和结构双向晶闸管外形规格类似于具有塑料、螺栓和平板的普通晶闸管。但内部是NPNPN 5层结构，引导3条端线的设备。图1-7所示。第iii节双向晶闸管和其他派生晶闸管，图1-7双向晶闸管，22，2。双向晶闸管特性和参数双向晶闸管具有正向和反向对称伏安特性曲线。正向部分在I象限，反向部分在III象限。图1-7(d)所示。双向晶闸管平方平均电流与普通晶闸管平均电流之间的转换关系为23，3。双向晶闸管触发方法双向晶闸管正负电压均被顶出。主电压和触发电压相互作用，可以得到四种触发方法。I触发方法：主极T1为正，T2为负；闸电压g为正，T2为负。特性曲线位于象限1。-触发方法：主极T1为正，T2为负；浇口电压g为负，T2为正。特性曲线位于象限1。触发方法：主极T1为负，T2为正；闸电压g为正，T2为负。特性曲线位于象限。-触发方法：主极T1为负，T2为正。浇口电压g为负，T2为正。特性曲线位于象限。由于双向晶闸管的内部结构，触发灵敏度在四种触发方法中不相同，触发方法的灵敏度最低，应尽量避免。常用的触发方法是和-。24，4。双向晶闸管的栅极控制双向晶闸管一般可以通过两种方式进行控制，第一种是相移触发器，与一般晶闸管一样，控制触发脉冲的相位，实现调压目的。第二个是功率调节电路和非接触开关电路的零交叉触发器。本相电压强触发电路此触发式电路操作简单，主要用于由双向晶闸管组成的交流开关电路。包括所有为快速应用而设计的晶闸管，包括高速晶闸管和高频晶闸管(10kHz或更高)，25；核心结构和制造流程得到了改进，大大提高了交换机时间和du/dt和di/dt的电阻。一般晶闸管关闭时间数百微秒，高速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10 s左右；高频晶闸管的缺点是电压和电流定额不高。由于工作频率高，选择正常状态平均电流时不能忽略开关损失的热效应。FST不能在低频下工作，因为允许长时间通过的电流有限。第二，快速晶闸管(fastswitchingthyristor FST)，26，逆电流器是在同一个管芯上制造晶闸管瘟疫二极管的电源集成装置，该管芯没有承受逆电压的能力。iii、逆电流器(reverseconductingthyristor RCT)、图1-9逆电流器的电气图形符号和伏安特性a)电气图形符号b)电压电流特性，27、4、光控制晶闸管，图1-10光控制晶闸管的电气图形符号和电压电流特性a)电气图形符号b)电压电流特性，28，本章摘要，一般晶闸管传导条件是在晶闸管的正极和负极的两端加上正向电压，在栅极和负极的两端加上适当的正向电压。切断条件是使通过晶闸管的阳极电流小于保持电流。熟悉晶闸管的阳极和栅极伏安特性及主要参数，对元件的正确使用和选择具有重要意义。晶闸管电压额定值必须是组件在电路中能承受的最大瞬时值电压的2 3倍。晶闸管是单向控制设备，因此其额定电流定义为平均值，但晶闸管的接头温度与流经设备的有效电流相关，因此，选择额定