2023學年完整公開課版晶閘管

重慶電力高等專科學?！峨娏﹄娮印吩诰€課程第二章電力電子器件授課教師：李燕

第三部分半控型器件——晶閘管PART03概念工作原理結構參數(shù)概念晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡稱，又稱作可控硅整流器（SiliconControlledRectifier——SCR），以前被簡稱為可控硅。其承受的電壓和電流容量仍然是目前電力電子器件中最高，而且工作可靠，因此在大容量的應用場合仍然具有比較重要的地位。晶閘管及模塊結構從外形上來看，晶閘管也主要有螺栓型和平板型兩種封裝結構。引出陽極A、陰極K和門極（控制端）G三個聯(lián)接端。內部是PNPN四層半導體結構。晶閘管的結構圖2-2晶閘管的外形、結構和電氣圖形符號

a)外形b)基本結構c)電氣圖形符號伏安特性1、IG=0，晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)。2、如果正向電壓超過臨界極限即正向轉折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通。3、隨著門極電流幅值的增大，正向轉折電壓降低，晶閘管本身的壓降很小，在1V左右。4、如果門極電流為零，并且陽極電流降至接近于零的某一數(shù)值IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài)，IH稱為維持電流。正向特性圖2-9晶閘管的伏安特性

IG2>IG1>IG

正向轉折電壓Ubo正向導通雪崩擊穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM+伏安特性1、其伏安特性類似二極管的反向特性。2、晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)時，只有極小的反向漏電流通過。3、當反向電壓超過一定限度，到反向擊穿電壓后，外電路如無限制措施，則反向漏電流急劇增大，導致晶閘管發(fā)熱損壞。反向特性圖2-9晶閘管的伏安特性

IG2>IG1>IG

正向轉折電壓Ubo正向導通雪崩擊穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM+01020304當晶閘管承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通。若要使已導通的晶閘管關斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。當晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導通。靜態(tài)特性伏安特性動態(tài)特性?陽極電流的增長不可能是瞬時：晶閘管內部的正反饋過程需要時間；外電路電感的限制

?延遲時間td

(0.5~1.5s)

上升時間tr(0.5~3s)

開通時間tgt=td+tr?延遲時間隨門極電流的增大而減小,上升時間除反映晶閘管本身特性外，還受到外電路電感的嚴重影響。提高陽極電壓,延遲時間和上升時間都可顯著縮短。開通過程圖2-10晶閘管的開通和關斷過程波形100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA陽極電流穩(wěn)態(tài)值的10%陽極電流穩(wěn)態(tài)值的90%動態(tài)特性

?由于外電路電感的存在，原處于導通狀態(tài)的晶閘管當外加電壓突然由正向變?yōu)榉聪驎r，其陽極電流在衰減時必然也是有過渡過程的。?反向阻斷恢復時間trr

正向阻斷恢復時間tgr

關斷時間tq=trr+tgr?關斷時間約幾百微秒。?在正向阻斷恢復時間內如果重新對晶閘管施加正向電壓，晶閘管會重新正向導通，而不是受門極電流控制而導通。關斷過程圖2-10晶閘管的開通和關斷過程波形反向恢復電流最大值尖峰電壓90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA主要參數(shù)斷態(tài)重復峰值電壓UDRM

?是在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復加在器件上的正向峰值電壓。?國標規(guī)定斷態(tài)重復峰值電壓UDRM為斷態(tài)不重復峰值電壓（即斷態(tài)最大瞬時電壓）UDSM的90%。?斷態(tài)不重復峰值電壓應低于正向轉折電壓Ubo。反向重復峰值電壓URRM?是在門極斷路而結溫為額定值時，允許重復加在器件上的反向峰值電壓。?規(guī)定反向重復峰值電壓URRM為反向不重復峰值電壓（即反向最大瞬態(tài)電壓）URSM的90%。?反向不重復峰值電壓應低于反向擊穿電壓。通態(tài)（峰值）電壓UT晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時的瞬態(tài)峰值電壓。額定電壓通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標值。選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓2~3倍。電壓參數(shù)主要參數(shù)通態(tài)平均電流IT(AV）?國標規(guī)定通態(tài)平均電流為晶閘管在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結溫不超過額定結溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。?一般取其通態(tài)平均電流為按發(fā)熱效應相等（即有效值相等）的原則所得計算結果的1.5~2倍。維持電流IH?維持電流是指使晶閘管維持導通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安。?結溫越高，則IH越小。擎住電流IL?擎住電流是晶閘管剛從斷態(tài)轉入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導通所需的最小電流。?約為IH的2~4倍浪涌電流ITSM指由于電路異常情況引起的并使結溫超過額定結溫的不重復性最大正向過載電流。電流參數(shù)主要參數(shù)斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt

?在額定結溫和門極開路的情況下，不導致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉換的外加電壓最大上升率。?電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘