晶闸管的工作原理与应用PPT教案

1、会计学1晶闸管的工作原理与应用晶闸管的工作原理与应用返回返回项目一项目一 认识晶闸管和单结晶体管认识晶闸管和单结晶体管第1页/共55页第2页/共55页l图晶闸管的外型及符号图晶闸管的外型及符号1、晶闸管的结构：晶闸管的结构：第3页/共55页常用晶闸管的结构螺栓型晶闸管晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构第4页/共55页图晶闸管的内部结构和等效电路图晶闸管的内部结构和等效电路 (1) (1)导通：导通：阳极施加正向电压阳极施加正向电压; 门极门极G也加正向电压也加正向电压晶闸管晶闸管( (单向导电性单向导电性),),导通条件为导通条件为阳极正偏阳极正偏和和门极加正向触发电流门极加正向触发电流。第5页

2、/共55页返回返回第6页/共55页. 晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性 ：第7页/共55页l晶闸管的开通和关断过程波形晶闸管的开通和关断过程波形第8页/共55页（1）晶闸管的重复峰值电压）晶闸管的重复峰值电压额定电压额定电压Ute第9页/共55页1 1）定义：）定义：在环境温度为在环境温度为40和规定的冷却条件下和规定的冷却条件下, 晶晶闸管在电阻性负载导通角不小于闸管在电阻性负载导通角不小于170的单相工频正弦的单相工频正弦半波电路中半波电路中, 当结温稳定且不超过额定结温时所允许的当结温稳定且不超过额定结温时所允许的最大通态平均电流。最大通态平均电流。第10页/共55页0)(sin21mm

3、AVTIttdII2)sin(2102mmTItdtII （）（）（）（） 根据额定电流的定义可知，额定通态平均电流是指在通以单相根据额定电流的定义可知，额定通态平均电流是指在通以单相工频正弦波电流时的允许最大平均电流。工频正弦波电流时的允许最大平均电流。额定电流有效值为：额定电流有效值为：额定电流额定电流(平均电流平均电流)为：为：正弦半波电流的峰值正弦半波电流的峰值第11页/共55页（4）通态平均电压通态平均电压UT(AV ) 在规定环境温度、标准散热条件下，在规定环境温度、标准散热条件下， 元件通以元件通以正弦半波额定电流时，阳极与阴极间电压降的平均值正弦半波额定电流时，阳极与阴极间电压

4、降的平均值，称通态平均电压，称通态平均电压(又称管压降又称管压降)第12页/共55页返回返回第13页/共55页1. 快速晶闸管快速晶闸管(Fast Switching ThyristorFSTFST第14页/共55页a)b)IOUIG=0GT1T2图双向晶闸管的电气图形符号和伏安特性图双向晶闸管的电气图形符号和伏安特性a) 电气图形符号电气图形符号 b) 伏安特性伏安特性2. 双向晶闸管双向晶闸管(TRIAC)(TRIAC)第15页/共55页3. 逆导晶闸管逆导晶闸管 (RCT) 4. 光控晶闸管光控晶闸管(LTT)(LTT)1)又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发又称光触发晶闸管，

5、是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。导通的晶闸管。2）光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可）光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响，因此目前在高压大功率的场合避免电磁干扰的影响，因此目前在高压大功率的场合，如高压直流输电和高压核聚变装置中，占据重要的，如高压直流输电和高压核聚变装置中，占据重要的地位。地位。将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。的功率集成器件。返回返回第16页/共55页第17页/共55页图的内部结构和电气图形符号图的内部结构和电气图形符号 (a) 各单元的阴极、门极间隔排列的图形各单

6、元的阴极、门极间隔排列的图形 ( b) 并联单元结构断面示意图并联单元结构断面示意图 (c) 电气图形符号电气图形符号1、可关断晶闸管的结构、可关断晶闸管的结构第18页/共55页第19页/共55页l 3 3、可关断晶闸管的应用、可关断晶闸管的应用 GTO GTO主要用于直流变换和逆变等需要元件强迫关断的主要用于直流变换和逆变等需要元件强迫关断的地方，电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，达到地方，电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，达到兆瓦级的数量级。兆瓦级的数量级。v 不少不少GTOGTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承受反压时应和电力二极管串联

7、受反压时应和电力二极管串联 。v 用门极正脉冲可使用门极正脉冲可使GTOGTO开通，开通， 用门极负脉冲可以使用门极负脉冲可以使其关断，其关断， 这是这是GTOGTO最大的优点。最大的优点。 但要使但要使GTOGTO关断的门极关断的门极反向电流比较大，反向电流比较大， 约为阳极电流的约为阳极电流的/ /左右。左右。 v GTOGTO有能承受反压和不能承受反压两种类型，有能承受反压和不能承受反压两种类型， 在使在使用时要特别注意。用时要特别注意。第20页/共55页可关断晶闸管的特性l图可关断晶闸管的开关特性图可关断晶闸管的开关特性 返回返回第21页/共55页第22页/共55页图共发射极接法图共发

8、射极接法 时时GTR的输出特性的输出特性1、GTR共射电路输出特性共射电路输出特性 输出特性：截止区输出特性：截止区( (又叫阻断区又叫阻断区) )、线性放大区、准饱和区和深饱和线性放大区、准饱和区和深饱和区四个区域。区四个区域。 截止区：类似于开关的断态；截止区：类似于开关的断态； 线性放大区：线性放大区： 准饱和区：准饱和区：返回返回第23页/共55页N N沟道沟道P P沟道沟道电力电力MOSFETMOSFET耗尽型：耗尽型：增强型增强型: :耗尽型耗尽型增强型增强型当栅极电压为零时漏当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电源极之间就存在导电沟道；沟道；对于对于N N（P P）沟道器）沟道器件

9、件, ,栅极电压大于（栅极电压大于（小于）零时才存在小于）零时才存在导电沟道导电沟道第24页/共55页1、电力场效应管的结构、电力场效应管的结构图沟道图沟道VDMOSVDMOS管元胞结构与电气符号管元胞结构与电气符号返回返回第25页/共55页第26页/共55页图的伏安特性和转移特性图的伏安特性和转移特性1、IGBT的伏安特性和转移特性的伏安特性和转移特性返回返回第27页/共55页返回返回第28页/共55页返回返回第29页/共55页返回返回第30页/共55页返回返回第31页/共55页 20 20世纪世纪9090年代后期出现。结合了年代后期出现。结合了IGBTIGBT与与GTOGTO的优点的优点，

10、容量与，容量与GTOGTO相当，开关速度快相当，开关速度快1010倍，且可省去倍，且可省去GTOGTO庞大庞大而复杂的缓冲电路，只不过所需的驱动功率仍很大；而复杂的缓冲电路，只不过所需的驱动功率仍很大； IGCT IGCT可望成为高功率高电压低频电力电子装置的可望成为高功率高电压低频电力电子装置的优选功率器件之一。优选功率器件之一。返回返回第32页/共55页返回返回第33页/共55页第34页/共55页第35页/共55页图桥臂的换流图桥臂的换流 电力半导体器件可以用切断或接通电流电力半导体器件可以用切断或接通电流的开关表示。的开关表示。l 定义：电流从一个臂向另一个臂转移的定义：电流从一个臂向另

11、一个臂转移的过程称为换流（或换相）。过程称为换流（或换相）。第36页/共55页一般来说，换流方式可分为以下四种：一般来说，换流方式可分为以下四种：第37页/共55页（4 4）脉冲换流：）脉冲换流： 设置附加的换流电路，由换流电路内的电容提供设置附加的换流电路，由换流电路内的电容提供换流电压，控制电力电子器件实现电流从一个臂向另换流电压，控制电力电子器件实现电流从一个臂向另一个臂转移称为脉冲换流，有时也称为强迫换流或电一个臂转移称为脉冲换流，有时也称为强迫换流或电容换流。容换流。l 脉冲换流有脉冲电压换流和脉冲电流换流。脉冲换流有脉冲电压换流和脉冲电流换流。第38页/共55页驱动电路的基本任务：

12、驱动电路的基本任务：第39页/共55页图带隔离变压器的图带隔离变压器的SCR驱动电路驱动电路第40页/共55页图光耦隔离的图光耦隔离的SCR驱动电路驱动电路第41页/共55页2GTO的驱动电路的驱动电路第42页/共55页 3GTR的驱动电路的驱动电路 第43页/共55页图双电源驱动电路图双电源驱动电路 图组成图组成 的的GTR驱动电路驱动电路 第44页/共55页图采用脉冲变压器图采用脉冲变压器 隔离的栅极驱动电路隔离的栅极驱动电路 图推挽输出的图推挽输出的 栅极驱动电路栅极驱动电路 l4MOSFET和和IGBT的驱动电路的驱动电路第45页/共55页图驱动模块框图图驱动模块框图 图集成驱动器的应

13、用电路图集成驱动器的应用电路 第46页/共55页第47页/共55页l图电力电子系统中常用的过流保护方案图电力电子系统中常用的过流保护方案 1 . 过电流保护（过流包括过载和短路）过电流保护（过流包括过载和短路）第48页/共55页l2过电压保护过电压保护 第49页/共55页2过电压保护过电压保护 过电压外因过电压和内因过电压。外因过电压：主要来自雷击和系统中的操作过程（由分闸、合闸等开关操作引起）等外因。内因过电压：主要来自电力电子装置内部器件的开关过程。电力电子系统中常用的过电压保护方案：第50页/共55页3开关器件串联、并联使用时的开关器件串联、并联使用时的 均压均压、 均流均流第51页/共55页dtdudtdidtdidtdu第52页/共55页 GT