晶闸管(Thyristor)晶体闸流管.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（SiliconControlledRectifierSCR）1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管19571958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,一、晶闸管的基本结构,(a)外形,晶闸管的外形及符号,PN结及其导电原理,PN结(耗尽层）,晶闸管的结构,晶闸管是具有三个PN结的四层结构,如图。,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,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,EA0、EG0,EG,晶闸管导通后，去掉EG，依靠正反馈，仍可维持导通状态。,G,EA0、EG0,K,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，UAK02）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，UGK0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,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,正向特性,反向特性,IG2IG1IG0,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）,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(IG2IG1IG),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。,五.动特性,晶闸管的开通和关断过程波形,1)开通过程延迟时间td(0.5-1.5s)上升时间tr(0.5-3s)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。,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,如果正弦半波电流的最大值为Im,则,普通晶闸管IF为1A1000A。,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。,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。,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。,部分晶闸管的型号与参数,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。,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0.30.8之间。,单结晶体管外形,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，UEB1UA，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。,UEB1继续增加，UEB1UA+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。,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12.5V，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。,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iEUEB1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45V。,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。,单结晶体管的特点,1、当UEB1UP时，单结晶体管导通；导通后，当