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1、第2课 半导体变流技术晶闸管,学习目的：1、了解晶闸管的结构、符号和伏安特性；2、理解晶闸管的工作原理，掌握晶闸管导通和关断的条件。,学习内容：一、晶闸管的结构和工作原理；二、晶闸管的特性；三、晶闸管的主要参数。,第2课 半导体变流技术晶闸管,什么是半导体变流技术？利用电力半导体器件把电能进行变换的技术。也称电力半导体变流技术。,半导体变流技术是电力电子学科的主要骨干技术。从机电一体化、数控等专业的培养目标出发，只能把最基础部分，突出变流器进行学习，为学习后续内容打下基础。,第一节 晶闸管的结构及其工作原理,晶闸管就是硅晶体闸流管的简称(又称可控硅)。晶闸管是普通晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸
2、管和逆导晶闸管等电力半导体器件的总称。,一、晶闸管的结构,螺栓式,平板式,1、分类,第一节 晶闸管的结构及其工作原理,一、晶闸管的结构,2晶闸管的外部结构,螺栓式,平板式,阳极A,阴极K,门极G,一、晶闸管的结构,3晶闸管的内部结构,第一节 晶闸管的结构及其工作原理,当晶闸管上加的电压与上述极性相反时，晶闸管承受反向阳极电压，此时虽然中间的PN结J2承受正向电压，但两端的PN结J1 和J3承受反向电压，晶闸管也不能导通，称为反向阻断状态。,第一节 晶闸管的结构及其工作原理,二、晶闸管的工作原理,当晶闸管上加的电压使其阳极A的电位高于阴极K的电位时，晶闸管承受正向阳极电压。但中间PN结的J2承受
3、反向电压，所以晶闸管不能导通，称为正向阻断状态；,第一节 晶闸管的结构及其工作原理,二、晶闸管的工作原理,晶闸管的阳极与阴极之间加正向阳极电压，同时在门极G与阴极K之间再加正向门极电压时，晶闸管会由阻断状态转为导通状态。这表明，在晶闸管承受正向电压情况下，门极对其导通与否有控制作用。导通后的晶闸管压降很小。,第一节 晶闸管的结构及其工作原理,二、晶闸管的工作原理,晶闸管一旦导通后，不论门极是否继续加正向电压，甚至门极与阴极之间改加反向门极电压，均不影响其导通状态，也不影响晶闸管中阳极电流的大小。即晶闸管导通后门极便失去了控制作用。,第一节 晶闸管的结构及其工作原理,二、晶闸管的工作原理,晶闸管
4、承受反向电压时，门极与阴极之间不论加何种极性的电压，均不能使晶闸管由关断转变为导通。,晶闸管导通后的阳极电流Ia若减小到某一数值以下，或再加上反向阳极电压时，晶闸管才能由导通状态转变为关断。,第一节 晶闸管的结构及其工作原理,二、晶闸管的工作原理,晶闸管为什么会有这样的特性呢?,第一节 晶闸管的结构及其工作原理,二、晶闸管的工作原理,由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才
5、能转化。,第一节 晶闸管的结构及其工作原理,二、晶闸管的工作原理,晶闸管（可控硅）导通和关断条件,第二节 晶闸管的特性,晶闸管阳极与阴极之间的阳极电压Ua与其阳极电流Ia的关系，简称为晶闸管伏安特性。,第二节 晶闸管的特性,为了正确地选择和使用晶闸管，必须了解晶闸管的主要参数（教材第8-9页）,1晶闸管的电压参数,2晶闸管的电流参数,3晶闸管的门极参数,4晶闸管的动态参数,第二节 晶闸管的特性,一晶闸管的电压参数,1、断态不重复峰值电压UDSM,门极开路，晶闸管额定结温时，管子阳极电压Ua。升到正向转折电压UB0之前，即管子正向漏电流开始急剧增大，伏安特性曲线急剧转弯处，此时对应的阳极电压称为
6、断态不重复峰值电压UDSM。,第二节 晶闸管的特,一晶闸管的电压参数,2、反向不重复峰值电压URSM,门极开路，晶闸管承受反向电压时，对应反向漏电流开始急剧增大的电压值称为反向不重复峰值电压。,第二节 晶闸管的特性,一晶闸管的电压参数,3、断态重复峰值电压UDRM,取断态不重复峰值电压的90定义为断态重复峰值电压UDRM,第二节 晶闸管的特性,一晶闸管的电压参数,4、反向重复峰值电压URRM,取反向不重复峰值电压的90定义为反向重复峰值电压URRMo,第二节 晶闸管的特性,一晶闸管的电压参数,5、额定电压UTN,通常取断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM中较小的那个数值，并按标准
7、电压等级取整数，作为该晶闸管的额定电压。,由于瞬时过电压也会使晶闸管遭到损坏，因而应选用晶闸管的额定电压为其正常工作峰值电压的23倍，作为安全裕量。,第二节 晶闸管的特性,一晶闸管的电压参数,6、通态峰值电压(通态平均电压)Uvm,晶闸管通以额定通态平均电流，待结温稳定时，阳极与阴极之间电压降的平均值定义为通态平均电压UTm，通常称为管压降。,第二节 晶闸管的特性,二晶闸管的电流参数,1、通态平均电流ITa,在环境温度为+40和规定冷却条件下，晶闸管在电阻性负载的单相工频正弦半波，导通角不小于1700的电路中，当结温稳定并不超过额定结温时，所允许通过的最大平均电流。称为该晶闸管的额定电流。,第
8、二节 晶闸管的特性,二晶闸管的电流参数,1、通态平均电流ITa,决定其允许电流大小的是温度,影响晶闸管散热的因素：1晶闸管与散热器接触的紧密程度；2散热器的大小和冷却方式(自冷、风冷和水冷等)；3环境温度和冷却介质的温度等。当这些情况不同时，晶闸管允许通过的通态平均电流也不同。,第二节 晶闸管的特性,二晶闸管的电流参数,(1)通态平均电流ITa,温度不同允许通过电流的大小也不同。,热效应只和电流的有效值有关,不论流经晶闸管电流的波形如何只要该电流的有效值等于该管额定电流ITa的有效值，管芯的发热就一样.,第二节 晶闸管的特性,二晶闸管的电流参数,1、通态平均电流ITa,任一含有直流分量的电流波
9、形都有以下几个参数：1、电流平均值ITa 2、电流的有效值I 3、波形系数Kf,第2课 半导体变流技术晶闸管,三、晶闸管的主要参数,2晶闸管的电流参数,(1)通态平均电流ITa,平均电流Ita,有效值I为,波形系数Kf,I=1.57 ITa,第二节 晶闸管的特性,二晶闸管的电流参数,2、维持电流JH,晶闸管被触发导通后，在室温和门极开路条件下，晶闸管从较大的通态电流降到恰能保持其导通的最小阳极电流，称维持电流JH。,第二节 晶闸管的特性,三晶闸管的门极参数,1、门极触发电流IGT,室温下，晶闸管施加6V正向阳极电压时，使其完全开通所必需的最小门极电流，称为门极触发电流。,2、门极触发电压UGT
10、,对应于门极触发电流时的门极电压，称为门极触发电压UGT。,通常为了保证晶闸管可靠的触发，加在门极上电压的幅值要比UGT大几倍。,第二节 晶闸管的特性,四晶闸管的动态参数,1、断态电压临界上升率dudt,在额定结温和门极开路条件下，使器件从断态转为通态的最低电压上升率，一般用每微秒若干伏表示。,2、通态电流临界上升率didt,在规定条件下，由门极触发晶闸管使其导通时，晶闸管能够承受而不导致损坏的通态电流的最大上升率，称为通态电流临界上升率didt,第二节 晶闸管的特性,四晶闸管的动态参数,3、门极控制的开通时间tgt,晶闸管门极引入触发电流后，要经过一段时间才能导通，这段时间称为门极控制的开通时间tgt简称为开通时间,为了缩短开通时间和使触发导通时刻更加准确，可以使用实际触发电流的幅值比规定触发电流大35倍的窄脉冲触发。这种触发方式称为强触发。,第二节 晶闸管的特性,四晶闸管的动态参数,4、关断时间tq,从阳极电流tq降到零时起，到晶闸管开始有能力再一次承受规定的断态电压为止的时间间隔，称为关断时间tq，它可达100s以上。,完,
