第一节晶闸管

1、第一节晶闸管2022-6-9电力半导体器件电力半导体器件弱电弱电模拟电子技术模拟电子技术电子技术电子技术信息电子技术信息电子技术电力电子技术电力电子技术数字电子技术数字电子技术2022-6-9 交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流表表1 电力变换的种类电力变换的种类逆变直流斩波直流交流电力控制变频、变相、调压整流交流交流直流输出 输入2022-6-9一般工业：一般工业：交通运输：交通运输：电力系统：电力系统：电子装置电源：电子装置电源：家用电器：家用电器：其他：其他：轧钢机数控机床冶金工业电解铝1 1）一般工业）一般工业2）交通运输）交通运输3）电力系统电力系统高压直流装置HVDC柔

2、性交流输电FACTS4）电子装置用电源电子装置用电源程控交换机微型计算机绪95 5）家用电器）家用电器6 6）其他）其他大型计算机的UPS新型能源2022-6-9电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。晶闸管问世，(“公元元年”)IGBT及功率集成器件出现和发展时代晶闸管时代水银（汞弧）整流器时代电子管问世全控型器件迅速发展时期史前期（黎明期）1904193019471957197019801990 2000t(年)晶体管诞生电力电子技术的发展史 2022-6-9133个PN结的四层三端元件AAGGKKb)AGKP1N1P2N2J1J2J32022-6-9G P1P2N1N2202

3、2-6-915螺栓型晶闸管晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构2022-6-916阳极阴极控制极辅助阴极w 螺栓形晶闸管2022-6-917w 平板形晶闸管阴极阳极控制极P1P2N1N2K GAKA T2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK T1T2G2Bii 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 EGEA+_RGi2BiG21iG2iGEA+_R T1T2Gi2BiGi21Gi2EGG2Bii 1BG22Ciii 211CCii 2BG21ii 实验

4、一实验一开关开关S断开：断开： 灯灯L不亮。不亮。S与与1闭合：闭合： 门极电位高于阴极电门极电位高于阴极电位，门极承受正压灯位，门极承受正压灯L不亮。不亮。S与与2闭合：闭合： 门极承受反压，灯门极承受反压，灯L不亮不亮 。结论：阳极反压，晶闸管不导通结论：阳极反压，晶闸管不导通 。若晶闸管的阳极电位低于阴极电位，无论门极电位是否高于阴极，晶若晶闸管的阳极电位低于阴极电位，无论门极电位是否高于阴极，晶闸管均不导通。闸管均不导通。 实验二实验二开关开关S断开：断开： 灯灯L不亮。不亮。S与与1闭合：闭合：门极电位高于阴极电门极电位高于阴极电位，门极承受正压，位，门极承受正压，S与与2闭合：闭合

5、：门极承受反压，灯门极承受反压，灯L不亮不亮 。结论：阳极和门极同时承受正压时，晶闸管导通结论：阳极和门极同时承受正压时，晶闸管导通 。当晶闸管的阳极电位高于阴极电位，且仅在门极电位高于当晶闸管的阳极电位高于阴极电位，且仅在门极电位高于阴极时，晶闸管导通。阴极时，晶闸管导通。灯灯L亮。亮。 实验三：接上实验实验三：接上实验开关开关S断开：断开： 灯灯L亮。亮。S与与1闭合：闭合：门极电位高于阴极电门极电位高于阴极电位，门极承受正压，位，门极承受正压，灯灯L亮。亮。S与与2闭合：闭合：门极承受反压，灯门极承受反压，灯L亮亮 。结论：晶闸管一旦导通，门极失去作用结论：晶闸管一旦导通，门极失去作用

6、。控制晶闸管的导通只须正向脉冲电压称之为触发脉冲即可。控制晶闸管的导通只须正向脉冲电压称之为触发脉冲即可。2022-6-9简单描述晶闸管SCR相当于一个半可控的、可开不可关的单向开关。图 晶闸管的工作条件的试验电路2022-6-9 必须使可控硅阳极电流减小必须使可控硅阳极电流减小, ,直到正反馈效直到正反馈效应不能维持。应不能维持。 将阳极电源断开或者在晶闸管的将阳极电源断开或者在晶闸管的2022-6-9URRMUDRMIG2 IG1 IG0 UBRIFUBOIHoUIIG0IG1IG2正向平均电流正向平均电流)(曲曲线线UfI 2022-6-928正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIH

7、IG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM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UFRM或或URRM较小者较小者额定正向平均电流额定正向平均电流( (IF) 晶闸管晶闸管K P普通型普通型如如KP5-7表示表示额定正向平均电流为额定正向平均电流为5A, ,额定电压为额定电压为700V。2022-6-9(1) 断态不重复峰值电压断态不重复峰值电压UDSM 门极开路时，门极开路时，施加于晶闸管的阳施加于晶闸管的阳极电压上升到正向极电压上升到正向伏安特性曲线急剧伏安特性曲线急剧转折处所对应的电转折处所对应的电压值压值UDSM 。它是一个不能重复，且每次持续时间

8、不大于它是一个不能重复，且每次持续时间不大于10ms的断态最的断态最大脉冲电压。大脉冲电压。 UDSM值应小于转折电压值应小于转折电压Ub0。晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数2022-6-9 晶闸管在门极开晶闸管在门极开路而结温为额定值时路而结温为额定值时，允许重复加于晶闸，允许重复加于晶闸管上的正向断态最大管上的正向断态最大脉冲电压。脉冲电压。 每秒每秒50次每次持次每次持续时间不大于续时间不大于10ms， 规定规定UDRM为为UDSM的的90%。(2) 断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM2022-6-9它是一个不能重复施加且持续时间不大于它是一个不能重复施加且持续时间不大于10ms的

9、反向脉冲的反向脉冲电压。反向不重复峰值电压电压。反向不重复峰值电压URSM应小于反向击穿电压。应小于反向击穿电压。 门极开路，晶闸门极开路，晶闸管承受反向电压时，管承受反向电压时，对应于反向伏安特对应于反向伏安特性曲线急剧转折处性曲线急剧转折处的反向峰值电压值的反向峰值电压值URSM 。(3) 反向不重复峰值电压反向不重复峰值电压URSM2022-6-9(4) 反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 晶闸管在门极开晶闸管在门极开路而结温为额定值路而结温为额定值时，允许重复加于时，允许重复加于晶闸管上的反向最晶闸管上的反向最大脉冲电压。大脉冲电压。 每秒每秒50次每次持次每次持续时间不大于续时

10、间不大于10ms。 规定规定URRM为为URSM的的90%。2022-6-9 断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值和反向重复峰值电压电压URRM两者中较小两者中较小的一个电压值规定为的一个电压值规定为额定电压额定电压UR。 在选用晶闸管时，在选用晶闸管时，应该使其额定电压为应该使其额定电压为正常工作电压峰值正常工作电压峰值UM的的23倍，以作为倍，以作为安全裕量。安全裕量。(5) 额定电压额定电压UR2022-6-9 规定为额定电流规定为额定电流时的管子导通的管时的管子导通的管压降峰值。压降峰值。 一般为一般为1.52.5V，且随阳极电流的增且随阳极电流的增加而略为增加。加而

11、略为增加。 额定电流时的通额定电流时的通态平均电压降一般态平均电压降一般为为1V左右。左右。(6)通态峰值电压通态峰值电压UTM2022-6-9 (7) 通态平均电流通态平均电流IT(AV） 在环境温度为在环境温度为+40和规定的散热冷却条件下，晶闸和规定的散热冷却条件下，晶闸管在导通角不小于管在导通角不小于170电阻性负载的单相、工频电阻性负载的单相、工频正弦正弦半波半波导电，结温稳定在额定值导电，结温稳定在额定值125时，所允许通过的最大电流时，所允许通过的最大电流平均值。平均值。 允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值最大工频正弦半波电流的平均值。 选用一个晶闸管时，要根据所通过的具体电

12、流波形来计选用一个晶闸管时，要根据所通过的具体电流波形来计算出容许使用的电流有效值，该值要小于晶闸管额定电流算出容许使用的电流有效值，该值要小于晶闸管额定电流对应的有效值。晶闸管才不会损坏。对应的有效值。晶闸管才不会损坏。2022-6-9设单相工频正弦半波电流峰值为设单相工频正弦半波电流峰值为Im时通态平均电流为：时通态平均电流为：正弦半波电流有效值为：正弦半波电流有效值为：有效值与通态平均电流比值为：有效值与通态平均电流比值为：mT(AV)m0I1II sintd( t)22mm0I1(I sint) d( t)22IT(AV)I1.57I2则有效值则有效值为：为：T(AV)1.57II 2

13、022-6-9 根据有效值相等原则来计算晶闸管的额定电流。根据有效值相等原则来计算晶闸管的额定电流。若电路中实际流过晶闸管的电流有效值为若电路中实际流过晶闸管的电流有效值为I，平均值，平均值Id， 定义定义 波形系数：波形系数：则则 由于晶闸管的热容量小，过载能力低，因此在实际选择时，一由于晶闸管的热容量小，过载能力低，因此在实际选择时，一般取般取1.52倍的安全系数，倍的安全系数，T(AV)T(AV)I1.57I 1.57IfdK IT(AV)T(AV)1.57I(1.5 2.0) 1.57I(1.5 2.0) fddfK IIKfdIKI2022-6-9(8) 维持电流维持电流IH (针对

14、关断过程针对关断过程) 是指晶闸管维持导通所必需的最小电流。一般是指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。维持电流与结温有关，结温越高，为几十到几百毫安。维持电流与结温有关，结温越高，维持电流越小，晶闸管越难关断。维持电流越小，晶闸管越难关断。(9) 断态电压临界上升率断态电压临界上升率du/dt 电压上升率过大，就会使晶闸管误导通。 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。(10) 通态电流临界上升率通态电流临界上升率di/dt 如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏2022-6-9402022-6-9知识回顾 晶闸管的结构

15、 晶闸管的导通条件 晶闸管的主要参数2022-6-9422cos145. 02UUd2cos145. 02UUd2022-6-9432022-6-944ddvsII2ddvII22而负载电流而负载电流 Id=Ud/R 2022-6-9控制角0306090120150180 K1.571.66 1.882.222.78 3.99 单相半波、全波、桥式电路纯电阻负载在不同控制角时的K值课外知识课外知识2022-6-9462cos145. 02UUd得01U45. 02cos2dU090(2)电流有效值AKIIde4 .442022. 2K值查表得来(3)晶闸管允许的电流平均值AKIIdT3 .2857. 122. 22057. 1AIITT)6 .565 .42()25 . 1 (额定电压VUUDRM622222选 KP-50/7002022-6-9472cos19 . 02UUdRUIdd2022-6