《新能源汽车电力电子技术》课件 项目三 任务三 晶闸管的认知与检测

《晶闸管的认识》

导入晶闸管是晶体闸流管的简称，是一种较理想的大功率变流器件，主要应用在可控整流、交流调压、无触点交直流开关、逆变和直流斩波等方面。如何诊断晶闸管优劣，判断晶闸管工作正常和会调试晶闸管是本任务主要内容。目录1《晶闸管的认识》相关理论2《晶闸管的认识》任务实施保障机制《晶闸管的认识》知识充电站1第一部分

学习目标知识目标能力目标1.熟悉电力电子器件的分类。2.熟悉晶闸管的结构、工作原理及其特性。3.能搭建晶闸管导通关断条件电路并进行测试。4.能用万用表判断晶闸管的好坏。1.电路搭建，能够正确搭建晶闸管控制电路，使用电子元器件和实验设备。2.测试与测量，熟练使用示波器、万用表、逻辑分析仪等仪器对晶闸管电路进行测试和测量。一、晶闸管的结构晶闸管又称可控硅整流器，晶闸管是一种4层半导体、3个PN结的三端大功率电力电子器件。如图3-3-1所示晶闸管。图3-3-1为晶闸管两种主要的封装结构，即螺栓型和平板型。每个器件引出阳极A、阴极K的外形、结构以及电气符号。一、晶闸管的结构阳极A、阴极K和门极(控制端)G三个连接端。由图3-3-1可以看出，晶闸管内部是PNPN四层半导体结构，从上到下分别命名为P1、N1、P2、N2四个区，形成J1、J2、J3三个PN结。阳极A由P1区引出，阴极K由N2区引出，门极由P2区引出。

二、晶闸管的工作原理晶闸管内部是PNPN四层半导体结构，如果正向电压(阳极高于阴极)加到器件上则J2处于反向偏置状态，器件A、K两端之间处于阻断状态，只能流过很小的漏电流。如果反向电压加到器件上，则J1和J3反偏，该器件也处于阻断状态，仅有极小的反向漏电流通过。晶闸管导通的工作原理可以用双晶体管模型来解释，如图3-3-2所示。二、晶闸管的工作原理

二、晶闸管的工作原理在低发射极电流下α很小，而当发射极电流建立起来后，α迅速增大。因此，在晶闸管阻断状态下，I_G=0，而α1+α2是很小。由式(3-3-5)可以看出，此时流过晶闸管的漏电流只是稍大于两个晶闸管漏电流之和。如果注入触发电流使各个晶闸管的发射极电流增大，以致α1+α2趋近于1，则流过晶闸管的电流I_A(阳极电流)将趋于无穷大，从而实现器件饱和导通。但由于外电路负载的限制，I_A实际上会维持有限值。三、晶闸管的特性1.晶闸管的静态特性晶闸管的静态特性又称为晶闸管的伏安特性，是指晶闸管器件端电压与电流的关系。(1)晶闸管的阳极伏安特性晶闸管的阳极伏安特性曲线如图3-3-3所示。图中，URSM为反向不重复峰值电压，URRM为反向重复峰值电压，UDRM为断态重复峰值电压，UDSM为断态不重复峰值电压。三、晶闸管的特性(2)晶闸管的门极伏安特性晶闸管的门极触发电流是从门极流入晶闸管，从阴极流出。阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端。门极触发电流也往往是通过触发电路在门极和阴极之间施加触发电压而产生的。从晶闸管的结构可以看出，门极和阴极之间存在一个PN结，其伏安特性称门极伏安特性。门极伏安特性是指这个PN结上正向门极电压U_G与门极电流I_G之间的关系。三、晶闸管的特性2.晶闸管的动态特性晶闸管的动态特性是指器件上电压、电流随时间变化的关系。如图3-3-4所示，晶闸管的动态特性给出了晶闸管开通和关断过程的波形。三、晶闸管的特性(1)开通过程开通过程是使门极在坐标原点时刻开始受到理想阶跃电流触发的情况。由于晶闸管内部的正反馈过程需要时间，再加上外电路电感的限制，晶闸管受到触发后，其阳极电流的增长不可能是瞬时的。如图3-3-4所示，从门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值10%，这段时间称为延迟时间td，与此同时晶闸管的正向电压降也在减小。阳极电流从10%上升到稳态值的90%所需的时间称为上升时间tr，开通时间tgt定义为td和tr之和。三、晶闸管的特性(2)关断过程如图3-3-4所示，原处于导通状态的晶闸管当外电压突然由正向变为反向时，由于电路电感的存在，阳极电流将逐步衰减到零，在反方向会流过反向恢复电流，经过最大值IRM后再反方向衰减。同样，在恢复电流快速衰减时，由于外电路电感的作用，会在晶闸管两端引起反向的尖峰电压URRM。最终反向恢复电流衰减至接近于零，晶闸管恢复其对反向电压的阻断能力。从正向电流降为零，到反向恢复电流衰减至接近于零的时间，称为晶闸管的反向阻断恢复时间trr。反向恢复过程结束后，由于载流子复合过程比较慢，晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间，这段时间称为正向阻断恢复时间tgr。在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正向导通，而不是受门极电流控制而导通。四、晶闸管的测试晶闸管的导通条件：单向晶闸管由阻断到导通必须同时具备两个条件，即晶闸管的阳极与阴极之间加正向电压、控制极与阴极之间加正向触发电压，而晶闸管从截止到导通后触发电压就失去了作用。晶闸管的关断条件：要使单向晶闸管从导通到关断，可减小阳极与阴极之间的阴极电流，使之小于维持电流或使阳极电压反向或断开主电路。1.单向晶闸管的各电极判别(1)根据外形结构识别如图3-3-5所示为常用单向晶闸管的外形结构，图中展示晶闸管的阳极A、阴极K和门极(控制端)G。四、晶闸管的测试（2）使用万用表进行判别使用万用表判断晶闸管电极，应将万用表拨至R×100Ω或R×1KΩ测量任意两电极间的电阻。仅当黑表笔接G极，红表笔接K极时，电阻呈低阻值，其他情况电阻值均为无穷大。由此可迅速判定G、K极，剩下的就A极。若两次测得的电阻都为无穷大，则需更换黑表笔所接电极，直到找出晶闸管的3个电极为止。图3-3-5常用单向晶闸管的外形结构和电极四、晶闸管的测试2.单向晶闸管的质量判断使用万用表的R×1KΩ电阻挡测量单向晶闸管的阳极A与阴极K之间的正、反向阻值，正常时均应接近无穷大。若测得阳极A与阴极K之间的正、反向电阻值为零或较小则说明单向晶闸管的内部已被击穿或漏电。单向晶闸管的门极G与阴极K之间的正向电阻值约为2KΩ，反向电阻值约为80KΩ以上，若两次测得的电阻值均很大(∞)或很小，则说明单向晶闸管的门极G与阴极K断路或短路。单向晶闸管的阳极A与门极G的正向阻值接近无穷大，若出现阳极A与控制极G之间断路或短路间的正、反向电阻值不一样(一大一小)，则说明其中有一个PN结被击穿。四、晶闸管的测试3.检查晶闸管的触发能力对于小功率单向晶闸管，可用万用表的R×1电阻挡测量。首先将万用表黑表笔接A极，红表笔接K极，电阻值为无穷大；然后用黑表笔同时接触A极与G极，加上正向发信号，指针向右偏转到低阻值即表明A、K之间呈导通状态；最后脱开G极，只要A、K之间维持低阻导通状态，就说明被测晶闸管触发性能良好。整个过程中，黑表笔始终按触阳极A。对于电流在5A以上的中、大功率普通晶闸管，因其通态电压降UT、维持电流IH及门极触发电压UG均相对较大，万用表R×1挡所提供的电流偏低，晶闸管不能完全导通，故检测时可在黑表笔端串联1~3节1.5V电池(视被测晶闸管的容量而定，若工作电流大于100A，应用3节1.5V干电池)，黑表笔接干电池负极，再用万用表R×1挡进行测量。保障机制《晶闸管的认识》任务实施2第二部分任务实施环境工具准备：万用表、晶闸管、电源、灯泡、连接导线、开关电阻、电流表等。任务实施步骤一、判断晶闸管的好坏1.取出万用表，选择电阻挡，并对万用表进行校零，然后再进行测量。2.将万用表红表笔连接晶闸管A端子，黑表笔连接K端子，进行测量，读取数值不导通。3.将万用表红表笔连接晶闸管K端子，黑表笔连接A端子，进行测量，读取数值，不导通。4.将万用表红表笔连接晶闸管G端子，黑表笔连接K端子，进行测量，读取数值0.8KΩ，导通。5.将万用表红表笔连接晶闸管K端子，黑表笔连接G端子，进行测量，读取数值0.8KΩ，导通。6.将测试值与维修手册标准值比较，判断晶闸管是否正常7.取下红黑表笔，复位万用表，收拾整理场地。图1-2-19简单汽车照明电路的搭建二、晶闸管导通关断条件测试1.根据图3-3-6搭建晶闸