第五章晶闸管及其整流电路补充内容 ppt课件

1、第五章第五章 晶闸管及其整流电路补充内容晶闸管及其整流电路补充内容 晶闸管晶闸管ThyristorThyristor：晶体闸流管，可控硅整流：晶体闸流管，可控硅整流器器Silicon Controlled RectifierSCRSilicon Controlled RectifierSCR 19561956年美国贝尔实验室发明了晶闸管年美国贝尔实验室发明了晶闸管 19571957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品 19581958年商业化年商业化 开辟了电力电子技术迅速开展和广泛运用的崭新时开辟了电力电子技术迅速开展和广泛运用的崭新时代，使半导体

2、器件的运用由弱电领域扩展到强电领代，使半导体器件的运用由弱电领域扩展到强电领域。域。 2020世纪世纪8080年代以来，开场被全控型器件取代年代以来，开场被全控型器件取代一、晶闸管的根本构造一、晶闸管的根本构造晶闸管的外形及符号晶闸管的外形及符号N N型型半半导导体体-P P型型半半导导体体-+ + + + + +-PNPN结结( (耗耗尽尽层层-+-+-+ + + + +- -+ + + + +- - - - A AP1P1P2P2N1N1N2N2P1P2N1N2K GAKAT2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGP1P2N1N2N1P2AGK T1T1T2T2三、三、 任务原理任务

3、原理G2Bii 1BG22Ciii 在极短时间内使两在极短时间内使两个三极管均饱和导通，个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。此过程称触发导通。211CCii 2BG21ii EGEGEAEA+ +_ _R RGi2BiG21iG2iG GEAEA+ +_ _R R T1 T1T2T2Gi2BiGi21Gi2EGEGG2Bii 1BG22Ciii 211CCii 2BG21ii 晶闸管导通的条件晶闸管导通的条件 晶闸管正常导通的条件：晶闸管正常导通的条件： 1 1晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压，晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压，UAK0 UAK0 2 2晶闸管门极和阴极之间必需施加适

4、当的正向脉冲电晶闸管门极和阴极之间必需施加适当的正向脉冲电压和电流，压和电流， UGK0 UGK0 晶闸管导通后，控制极便失去作用。依托正反响，晶闸管仍晶闸管导通后，控制极便失去作用。依托正反响，晶闸管仍可维持导通形状。可维持导通形状。 . . 维持晶闸管导通的条件：维持晶闸管导通的条件： 坚持流过晶闸管的阳极电流在其维持电流以上坚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关断的条件 晶闸管的关断晶闸管的关断 只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用：只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用： 阳极电压反向阳极电压反向 减小阳极电压减小阳极电压 增大回路阻

5、抗增大回路阻抗 URRMURRMUFRMUFRMIG2 IG1 IG0 IG2 IG1 IG0 UBRUBRIFIFUBOUBOIHIHo oU UI IIG0IG0IG1IG1IG2IG2正向平均电流正向平均电流)(曲线UfI 正向特性正向特性IG=0IG=0时，器件两端施时，器件两端施加正向电压，只需很加正向电压，只需很小的正向漏电流，正小的正向漏电流，正向阻断形状。向阻断形状。正向电压超越正向转正向电压超越正向转机电压机电压UboUbo，那么漏电，那么漏电流急剧增大，器件开流急剧增大，器件开通。通。随着门极电流幅值的随着门极电流幅值的增大，正向转机电压增大，正向转机电压降低。降低。晶闸管

6、本身的压降很晶闸管本身的压降很小，在小，在1V1V左右。左右。正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性(IG2IG1IG)(IG2IG1IG)晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM2) 2) 反向特性反向特性施加反向电压时，伏安施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反特性类似二极管的反向特性。向特性。反向阻断形状时，只需反向阻断形状时，只需极小的反相漏电流流极小的反相漏电流流过。过。当反向电压到达反向击当反向

7、电压到达反向击穿电压后，能够导致穿电压后，能够导致晶闸管发热损坏。晶闸管发热损坏。五五. . 动特性动特性100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA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 1) 1) 开经过程开经过程延 迟 时 间延 迟 时 间 t d ( 0 . 5 -t d ( 0 . 5 -1.51.5s)s)上升时间上升时间tr (0.5-3tr (0.5-3s)s)开通时间开通时间tgttgt以上两者之以上两者之和，和，tgt=td+ trtgt=td+ tr100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA晶闸管的开

8、通和关断过程波形晶闸管的开通和关断过程波形2) 2) 关断过程关断过程反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间trrtrr正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间tgrtgr关断时间关断时间tqtq以上两者之和以上两者之和tq=trr+tgrtq=trr+tgr普通晶闸管的关断时间约几普通晶闸管的关断时间约几百微秒。百微秒。六、主要参数六、主要参数UFRM:UFRM:正向反复峰值电压晶闸管耐压值正向反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晶闸管控制极开路且正向阻断情况下, ,允许反允许反复加在晶闸管两端的正向峰值电压。复加在晶闸管两端的正向峰值电压。普通取普通取UFRM = 80% UB0 U

9、FRM = 80% UB0 。普通晶闸管普通晶闸管 UFRM UFRM 为为100V- 3000V100V- 3000V反向反复峰值电压反向反复峰值电压控制极开路时控制极开路时, ,允许反复作用在晶闸管元允许反复作用在晶闸管元 件上的反向峰值电压。件上的反向峰值电压。普通取普通取 URRM = 80% UBR URRM = 80% UBR 普通晶闸管普通晶闸管 URRM URRM为为100V-3000V100V-3000VURRMURRM：)(sin21m0mFIttdII 额定正向平均电流额定正向平均电流环境温度为环境温度为4040C C及规范散热条件下，晶闸及规范散热条件下，晶闸管处于全导

10、通时可以延续经过的工频正弦半管处于全导通时可以延续经过的工频正弦半波电流的平均值。波电流的平均值。 IF IF：IFIF t t 2 2i假设正弦半波电流的最大值为假设正弦半波电流的最大值为Im,Im,那么那么普通晶闸管普通晶闸管IFIF为为1A 1000A1A 1000A。UF: UF: 通态平均电压管压降通态平均电压管压降 在规定的条件下，经过正弦半波平均电在规定的条件下，经过正弦半波平均电流时，流时， 晶闸管阳、阴极间的电压平均值。晶闸管阳、阴极间的电压平均值。 普通为普通为1V1V左右。左右。IH: IH: 维持电流维持电流 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导在规定的环境和控制极

11、断路时，晶闸管维持导 通形状所必需的最小电流。通形状所必需的最小电流。 普通普通IHIH为几十为几十 一百多毫安。一百多毫安。UGUG、IGIG：控制极触发电压和电流：控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流室温下，阳极电压为直流6V6V时，使晶闸管完时，使晶闸管完 全导通所必需的最小控制极直流电压、电流全导通所必需的最小控制极直流电压、电流 。 普通普通UGUG为为1 1到到5V5V，IGIG为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。 动态参数动态参数 除开通时间除开通时间tgttgt和关断时间和关断时间tqtq外，还有：外，还有：断态电压临界上升率断态电压临界上升率du/dt du/dt 指

12、在额定结温暖门极开路的情况下，不导致晶指在额定结温暖门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。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，就会使晶电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通闸管误导通 。 通态电流临界上升率通态电流临界上升率di/dtdi/dt 指在规定条件下，晶闸管能接受而无有害影响指在规定条件下，晶闸管能接受而无有害影响的最大通态电流上升率。的最大通态电流上升率。 假设电流上升太快，能够呵斥部分过热而使晶闸假设电流上升太快，能够呵斥部分过热而使晶闸管损坏。管损坏。导通时平均电压组别导通时平均电压组别共九级

13、共九级, , 用字母用字母A-IA-I表示表示0.4-1.2V0.4-1.2V额定电压额定电压, ,用百位或千位数表示用百位或千位数表示取取UFRMUFRM或或URRMURRM较小者较小者额定正向平均电流额定正向平均电流(IF)(IF) 晶闸管晶闸管K KP P普通型普通型如如KP5-7KP5-7表示额定正向平均电流为表示额定正向平均电流为5A,5A,额定电压为额定电压为700V700V。部分晶闸管的型号与参数部分晶闸管的型号与参数型型号号通态通态平均平均电流电流I IT(AV)T(AV)(A)(A)断态断态重复重复峰值峰值电压电压U UDRMDRM(V)(V)反向反向重复重复峰值峰值电压电压

14、U URRMRRM(V)(V)额额定定结结温温T TJMJM( ( ) )门极门极触发触发电流电流I IGTGT(mA)(mA)门极门极触发触发电压电压V VGTGT(V)(V)断态断态电压电压临界临界上升上升率率通态通态电流电流临界临界上升上升率率浪涌浪涌电流电流I ITSMTSM(A)(A)门极门极不触不触发电发电流流I IGDGD(mA)(mA)门极门极不触不触发电发电压压V VGDGD(V)(V)门极门极正向正向峰值峰值电流电流I IGFMGFM(A)(A)KP5050100300010081503.5305094010.15/KP10010011510250410080188010.

15、15/KP50050011520300510080942010.154单结晶体管双基极二极管单结晶体管双基极二极管单结晶体管的构造表示图单结晶体管的构造表示图低掺杂的低掺杂的N N型硅棒型硅棒 分散工艺分散工艺 高高掺杂掺杂P P区区 PN PN结结 构成构成单结晶体管单结晶体管 (UJT) (UJT)。P型半导体引出的电极为发射极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型半导体的两端引出两个电极，分别为基极电极，分别为基极B1和基极和基极B2，B1和和B2之间的之间的N型区域型区域 可以等可以等效为一个纯电阻，即基区电阻效为一个纯电阻，即基区电阻RBB。单结晶体管因有两个基极，

16、故也称为双基极晶体管。单结晶体管因有两个基极，故也称为双基极晶体管。(a)(b) 单结晶体管得表示符号及等效电路单结晶体管得表示符号及等效电路RB1表示表示E与与B1之间的之间的等效电阻，它的阻值等效电阻，它的阻值受受E-B1间电压的控制，间电压的控制，所以等效为可变电阻。所以等效为可变电阻。RBB=RB1+RB2，分压比分压比: RB1与与RBB的比值称为的比值称为=RB1/RBB 普通在普通在0.30.8之间。之间。 单结晶体管外形单结晶体管外形任务原理任务原理ADiEREVEERB1RB2VBBEB2B1B1+-UEB1当当VBB固定，等效电路固定，等效电路中，中，A点对点对B1的电压的

17、电压UA=VBB为定值。当为定值。当VEE较小时，较小时，UEB1UA，iE开场大于零，开场大于零，由于硅二极管的正向压降由于硅二极管的正向压降UD为为0.7V，所以，所以iE不会有不会有显著的添加。显著的添加。 当当 UEB1=UA+UD时，二时，二极管极管D仍不导通，此时的电仍不导通，此时的电压压UEB1称为峰值电压称为峰值电压UP，对应电流称为峰值电流对应电流称为峰值电流IP。这一区域称为截止区。这一区域称为截止区。ADiEREVEERB1RB2VBBEB2B1B1+-UEB1U E B 1 继 续 添 加 ，继 续 添 加 ，UEB1UA+UD，管子转导，管子转导游通，游通，PN结电流

18、开场显著结电流开场显著添加，这时将有大量的空穴添加，这时将有大量的空穴进入基区，进入基区，E、B1间载流子间载流子大量添加，使大量添加，使RB1迅速减小，迅速减小，而而RB1的减小又使的减小又使UA降低，降低，导致导致iE又进一步加大，构成又进一步加大，构成正反响。正反响。ADiEREVEERB1RB2VBBEB2B1B1+-UEB1正反响过程使正反响过程使iE急剧添加，急剧添加，UA下降，单结管呈现了下降，单结管呈现了负阻特性，图中曲线负阻特性，图中曲线“2线段，到了线段，到了“V点负阻特点负阻特性终了，性终了，V点电压点电压UV称为称为谷 点 电 压 ， 普 通 为谷 点 电 压 ， 普 通 为 1 2.5V，对应的电流称为谷，对应的电流称为谷点电流点电流Iv，普通为几毫安。，普通为几毫安。B2的电位高于的电位高于E的电