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一、电力电子器件的基本模型一、电力电子器件的基本模型 电力半导体器件是电力电子技术及其应用电力半导体器件是电力电子技术及其应用系统的基础。电力电子技术的发展取决于电力系统的基础。电力电子技术的发展取决于电力电子器件的研制与应用。电子器件的研制与应用。定义：定义：电力电子电路中能实现电能的变换和控电力电子电路中能实现电能的变换和控制的半导体电子器件称为电力电子器件制的半导体电子器件称为电力电子器件（Power Electronic Device）。）。广义上电力电子器件可分为电真空器件和广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类，本书涉及的器件都是指半导半导体器件两类，本书涉及的器件都是指半导体电力电子器件。体电力电子器件。一、一、电力电子器件的电力电子器件的基本模型基本模型 l 在对电能的变换和控制过程中，电力电子器件可以抽象在对电能的变换和控制过程中，电力电子器件可以抽象成下图成下图1.1.11.1.1所示的理想开关模型，它有三个电极，其中所示的理想开关模型，它有三个电极，其中A和和B代表开关的两个主电极，代表开关的两个主电极，K是控制开关通断的控制极。是控制开关通断的控制极。它只工作在它只工作在“通态通态”和和“断态断态”两种情况，在通态时其电两种情况，在通态时其电阻为零，断态时其电阻无穷大。阻为零，断态时其电阻无穷大。图图1.1.1 电力电子器件的理想开关模型电力电子器件的理想开关模型l1、基本模型：、基本模型：2 电力电子器件的种类电力电子器件的种类(一一)按器件的开关控制特性可以分为以下三类：按器件的开关控制特性可以分为以下三类：不可控器件：不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功能，而需要器件本身没有导通、关断控制功能，而需要根据电路条件决定其导通、关断状态的器件称为不可控器件。根据电路条件决定其导通、关断状态的器件称为不可控器件。如：电力二极管（如：电力二极管（Power Diode）；）；半控型器件：半控型器件：通过控制信号只能控制其导通，不能控制其关通过控制信号只能控制其导通，不能控制其关断的电力电子器件称为半控型器件。断的电力电子器件称为半控型器件。如：晶闸管（如：晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件等；）及其大部分派生器件等；全控型器件：全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断的器件，称为全控型器件。的器件，称为全控型器件。如：门极可关断晶闸管（如：门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor）、）、功率场效应管（功率场效应管（Power MOSFET）和绝缘栅双极型）和绝缘栅双极型 晶体管（晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor）等。）等。(二二二二)电力电子器件按控制信号电力电子器件按控制信号电力电子器件按控制信号电力电子器件按控制信号 的性质不同又可分为两种：的性质不同又可分为两种：的性质不同又可分为两种：的性质不同又可分为两种：电流控制型器电流控制型器件：件：此类器件采用此类器件采用电流信号来实现导电流信号来实现导通或关断控制。通或关断控制。如：晶闸管、门极如：晶闸管、门极可关断晶闸管、功可关断晶闸管、功率晶体管等；率晶体管等；电压控制半导体器件：电压控制半导体器件：这类器件采用电压控制这类器件采用电压控制,它它的通、断，输入控制端基本上的通、断，输入控制端基本上不流过控制电流信号，用小功不流过控制电流信号，用小功率信号就可驱动它工作。率信号就可驱动它工作。如：代表性器件为如：代表性器件为 MOSFET管和管和IGBT管。管。q附表附表1.1.1:1.1.1:主要电力半导体器件主要电力半导体器件 的特性及其应用领域的特性及其应用领域器件种类器件种类开关开关功能功能器件特性概略器件特性概略应用领域应用领域电力电力二极管二极管不可不可控控5 5k kV V/3 3k kA A4 40 00 0H Hz z各种整流装置各种整流装置晶闸管晶闸管可控可控导通导通6kV/6kA6kV/6kA400Hz400Hz8kV/3.5kA8kV/3.5kA光光控控SCRSCR炼炼钢钢厂厂、轧轧钢钢机机、直直流流输输电电、电解用整流器电解用整流器可关断可关断晶闸管晶闸管自关自关断型断型6kV/6kA500Hz工工业业逆逆变变器器、电电力力机机车车用用逆逆变变器、无功补偿器器、无功补偿器MOSFETMOSFET600V/70A100kHz开开关关电电源源、小小功功率率UPSUPS、小小功功率逆变器率逆变器IGBTIGBT1200V1200V/1200A20kHz4.5kV/1.2kA2kHz各各种种整整流流/逆逆变变器器（UPSUPS、变变频频器器、家家电电）、电电力力机机车车用用逆逆变变器、中压变频器器、中压变频器第第1章章 电力电子器件电力电子器件 v一一、电力电子器件的基本模型电力电子器件的基本模型 v二二、电力二极管、电力二极管 v三、晶闸管三、晶闸管v四、典型全控型器件四、典型全控型器件v 1、门极可关断晶闸管、门极可关断晶闸管 v 2、电力晶体管电力晶体管 v 3、电力场效应晶体管、电力场效应晶体管 v 4、绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管 v 5、其它新型电力电子器件、其它新型电力电子器件v五、电力电子器件的驱动与保护五、电力电子器件的驱动与保护二、二、电力二极管电力二极管 l1 电力二极管及其工作原理电力二极管及其工作原理l2 电力二极管的特性与参数电力二极管的特性与参数 1 电力二极管及其工作原理电力二极管及其工作原理（一）电力二极管（一）电力二极管：（1 1）电力二极管（）电力二极管（Power Diode）也称为半）也称为半导体整流器（导体整流器（Semiconductor Rectifier，简称，简称SR），属不可控电力电子器件，是），属不可控电力电子器件，是20世纪最早世纪最早获得应用的电力电子器件。获得应用的电力电子器件。（2 2）在中、高频整流和逆变以及低压高频）在中、高频整流和逆变以及低压高频整流的场合发挥着积极的作用整流的场合发挥着积极的作用,具有不可替代具有不可替代的地位。的地位。（二）（二）PN结与结与电力二极管工作原理：电力二极管工作原理：基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。以半导体以半导体PNPN结结为基础。为基础。由一个面积较大的由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成。结和两端引线以及封装组成。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种。图图1.2.1电力二极管的外形、结构和电气图形符电力二极管的外形、结构和电气图形符 a）外形）外形 b）结构）结构 c）电气图形）电气图形螺栓型螺栓型 电力二极管电力二极管 平板型平板型 电力二极管电力二极管 （二）（二）PN结与结与电力二极管工作原理：电力二极管工作原理：N型半导体和型半导体和P型半导体结合后构成型半导体结合后构成PN结结:内电场内电场:空间电荷建立的电场空间电荷建立的电场,也称也称自建电场自建电场，其方向是阻止扩散运，其方向是阻止扩散运动的，另一方面又吸引对方区内的少子（对本区而言则为多子）向动的，另一方面又吸引对方区内的少子（对本区而言则为多子）向本区运动，即本区运动，即漂移运动漂移运动。空间电荷空间电荷:交界处电子和空穴的浓度差别，造成了各区的多子向另交界处电子和空穴的浓度差别，造成了各区的多子向另一区的一区的扩散运动扩散运动，到对方区内成为少子，在界面两侧分别留下了带，到对方区内成为少子，在界面两侧分别留下了带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些不能移动的正、负电正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些不能移动的正、负电荷称为荷称为空间电荷。空间电荷。空间电荷区空间电荷区:扩散运动和漂移运动最终达到动态平衡，正、负空间扩散运动和漂移运动最终达到动态平衡，正、负空间电荷量扩散运动和漂移运动最终达到动态平衡，正、负空间电荷量电荷量扩散运动和漂移运动最终达到动态平衡，正、负空间电荷量达到稳定值，形成了一个稳定的由空间电荷构成的范围，被称为达到稳定值，形成了一个稳定的由空间电荷构成的范围，被称为空空间电荷区间电荷区。（二）（二）PN结与结与电力二极管工作原理：电力二极管工作原理：PN结的正向导通状态：结的正向导通状态：PN结在正向电流较大时压降结在正向电流较大时压降仍然很低，维持在仍然很低，维持在1V左右，所左右，所以正向偏置的以正向偏置的PN结表现为低阻态。结表现为低阻态。PN结的反向截止状态：结的反向截止状态：PN结的单向导电性。结的单向导电性。二极管的基本原理就在于二极管的基本原理就在于PN结的单结的单 向导电性这一主要特征。向导电性这一主要特征。PN结的反向击穿：结的反向击穿：有雪崩击穿形式，可能导致热击穿。有雪崩击穿形式，可能导致热击穿。PN结的电容效应：结的电容效应：PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ，又称为微分电容。，又称为微分电容。l图图1.2.2 电力二极管的伏安特性曲线电力二极管的伏安特性曲线二、二、电力二极管电力二极管l1 电力二极管及其工作原理电力二极管及其工作原理l2 电力二极管的特性与参数电力二极管的特性与参数 2 2 电力二极管的特性与参数电力二极管的特性与参数l（1）电力二极管的伏安特性电力二极管的伏安特性l（2）电力二极管的开关特性电力二极管的开关特性l（3）电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数（1）电力二极管的伏安特性电力二极管的伏安特性 当当电电力力二二极极管管承承受受的的正正向向电电压压大大到到一一定定值值（门门槛槛电电压压UTO），正正向向电电流流才才开开始始明明显显增增加加，处处于于稳稳定定导导通通状状态态。与与正正向向电电流流IF对对应应的的电电力力二二极极管管两两端端的的电电压压UF即为其正向电压降。即为其正向电压降。当当电电力力二二极极管管承承受受反反向向电电压压时时，只只有有少少子子引引起起的的微微小小而而数数值值恒恒定定的的反反向向漏漏电流。电流。l图图1 1.2.2 电力二极管的电力二极管的l伏安特性曲线伏安特性曲线 特性曲线特性曲线:2 电力二极管的特性与参数电力二极管的特性与参数（1）电力二极管的伏安特性电力二极管的伏安特性（2）电力二极管的开关特性电力二极管的开关特性（3）电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数(2)电力二极管的开关特性电力二极管的开关特性1 1）关断特性）关断特性：电力二极管由正向偏置的通态转换为反向偏置的断态过电力二极管由正向偏置的通态转换为反向偏置的断态过程。（图程。（图a)a)v 须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。态。v 在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过在关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显的反向电压过冲。冲。定义：定义：反映通态和断态之间的转换过程（反映通态和断态之间的转换过程（关断过程、开通过程关断过程、开通过程）。）。图图1 1.2.3 电力二极管开关过程中电压、电流波形电力二极管开关过程中电压、电流波形 电力二极管的正向压降先出现一个过冲电力二极管的正向压降先出现一个过冲U UFPFP，经过一段，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如时间才趋于接近稳态压降的某个值（如 2V2V）。这一动态过）。这一动态过程时间被称为正向恢复时间程时间被称为正向恢复时间t tfrfr。v 正向电流的上升会因器件自身的电感而产生较大压降。正向电流的上升会因器件自身的电感而产生较大压降。电流上升率越大，电流上升率越大，U UFPFP越高越高 。2 2）开通特性）开通特性：(图图b)b)电力二极管由零偏置转换为正向偏置的通态过程。电力二极管由零偏置转换为正向偏置的通态过程。图图1 1.2.3 电力二极管开关过程中电压、电流波形电力二极管开关过程中电压、电流波形(2)电力二极管的开关特性：电力二极管的开关特性：（续（续)l延迟时间：延迟时间：td=t1-t0 电流下降时间：电流下降时间：tf=t2-t1l反向恢复时间：反向恢复时间：trr=td+tfl恢复特性的软度：恢复特性的软度：下降时间与延迟时间的比值下降时间与延迟时间的比值tf/td，或称恢复系数，用，或称恢复系数，用sr表示。表示。图图1 1.2.3 电力二极管开关过程中电压、电流波形电力二极管开关过程中电压、电流波形（1 1）普通二极管）普通二极管：普通二极管又称整流管（普通二极管又称整流管（Rectifier Diode），），多用于开关频率在多用于开关频率在KHZ以下的整流电路中，以下的整流电路中，其反向恢复时间在其反向恢复时间在usus以上，额定电流达数千安，额定以上，额定电流达数千安，额定电压达数千伏以上。电压达数千伏以上。（2 2）快恢复二极管：）快恢复二极管：反向恢复时间在反向恢复时间在usus以下的称为快恢复以下的称为快恢复二极管（二极管（Fast Recovery DiodeFast Recovery Diode简称简称FDRFDR）。快恢复二极）。快恢复二极管从性能上可分为管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管快速恢复和超快速恢复二极管。前者。前者反向恢复时间为数百纳秒以上，后者则在反向恢复时间为数百纳秒以上，后者则在100ns100ns以下，其以下，其容量可达容量可达1200V/200A1200V/200A的水平的水平,多用于高频整流和逆变电多用于高频整流和逆变电路中路中。（3 3）肖特基二极管：）肖特基二极管：肖特基二极管是一种金属同半导体相接肖特基二极管是一种金属同半导体相接触形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型值为触形成整流特性的单极型器件，其导通压降的典型值为0.40.40.6V0.6V，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但，而且它的反向恢复时间短，为几十纳秒。但反向耐压在反向耐压在200200以下。以下。它常被用于高频低压开关电路或它常被用于高频低压开关电路或高频低压整流电路中高频低压整流电路中。电力二极管的主要类型：电力二极管的主要类型：2 电力二极管的特性与参数电力二极管的特性与参数（1）电力二极管的伏安特性电力二极管的伏安特性（2）电力二极管的开关特性电力二极管的开关特性（3）电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数（3）电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数 额定正向平均电流额定正向平均电流在指定的管壳温（简称壳温，用在指定的管壳温（简称壳温，用TC表示）表示）和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。设该正弦半波电流的峰值为设该正弦半波电流的峰值为Im,则额定电流则额定电流(平均电流平均电流)为为:（1.2.51.2.5）（1.2.41.2.4）（1.2.61.2.6）（1.2.71.2.7）可求出正弦半波电流的波形系数可求出正弦半波电流的波形系数:定义某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流波形的定义某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流波形的波形系数，用波形系数，用K Kf f表示：表示：额定电流有效值为额定电流有效值为:1）额定正向平均电流）额定正向平均电流IF(AV)1）额定正向平均电流）额定正向平均电流IF(AV)（续）（续）正向平均电流是按照电流的发热效应来定义正向平均电流是按照电流的发热效应来定义的，因此使用时应按有效值相等的原则来选取的，因此使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有电流定额，并应留有1.52倍倍的的裕量裕量。当用在频率较高的场合时，当用在频率较高的场合时，开关损耗开关损耗造成的造成的发热往往不能忽略。发热往往不能忽略。当采用反向漏电流较大的电力二极管时，其当采用反向漏电流较大的电力二极管时，其断态损耗断态损耗造成的发热效应也不小造成的发热效应也不小。l 指指器器件件中中结结不不至至于于损损坏坏的的前前提提下下所所能能承承受受的的最最高平均温度。高平均温度。jMjM通常在通常在125125175175范围内。范围内。（3）电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数 2 2）反向重复峰值电压）反向重复峰值电压RRMRRM：指器件能重复施加的反向最高峰值电压（额定电压）指器件能重复施加的反向最高峰值电压（额定电压）此电压通常为击穿电压此电压通常为击穿电压U UB B的的2/32/3。l3 3）正向压降正向压降F F：指规定条件下，流过稳定的额定电流时，器件两端指规定条件下，流过稳定的额定电流时，器件两端的正向平均电压的正向平均电压(又称管压降又称管压降)。4 4）反向漏电流反向漏电流RRRR：指器件对应于反向重复峰值电压时的反向电流。指器件对应于反向重复峰值电压时的反向电流。5）最高工作结温最高工作结温jM：第第1章章 电力电子器件电力电子器件 v一一、电力电子器件的基本模型电力电子器件的基本模型 v二二、电力二极管、电力二极管 v三、晶闸管三、晶闸管v四、典型全控型器件四、典型全控型器件v 1、门极可关断晶闸管、门极可关断晶闸管 v 2、电力晶体管电力晶体管 v 3、电力场效应晶体管、电力场效应晶体管 v 4、绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管 v 5、其它新型电力电子器件、其它新型电力电子器件v五、电力电子器件的驱动与保护五、电力电子器件的驱动与保护三三、晶闸管晶闸管l1 晶闸管及其工作原理晶闸管及其工作原理l2 晶闸管的特性与主要参数晶闸管的特性与主要参数 l3 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件 晶闸管晶闸管 晶晶闸闸管管(Thirsted)包包括括：普普通通晶晶闸闸管管(SCR)、快快速速晶晶闸闸管管(FST)、双双向向晶晶闸闸管管(TRIAC)、逆逆导导晶晶闸闸管管(RCT)、可关断晶闸管、可关断晶闸管(GTO)和光控晶闸管等。和光控晶闸管等。由由于于普普通通晶晶闸闸管管面面世世早早，应应用用极极为为广广泛泛,因因此此在在无无特特别别说明的情况下说明的情况下,本书所说的晶闸管都为普通晶闸管。本书所说的晶闸管都为普通晶闸管。普普通通晶晶闸闸管管：也也称称可可控控硅硅整整流流管管(Silicon Controlled Rectifier),简称简称SCR。由由于于它它电电流流容容量量大大,电电压压耐耐量量高高以以及及开开通通的的可可控控性性(目目前前生生产产水水平平：4500A/8000V)已已被被广广泛泛应应用用于于相相控控整整流流、逆逆变变、交交流流调调压压、直直流流变变换换等等领领域域,成成为为特特大大功功率率低频低频(200Hz以下以下)装置中的主要器件。装置中的主要器件。1 晶闸管及其工作原理晶闸管及其工作原理l （1 1）外形封装形式）外形封装形式:可分为小电流塑封式、小电流螺可分为小电流塑封式、小电流螺旋式、大电流螺旋式和大电流平板式旋式、大电流螺旋式和大电流平板式(额定电流在额定电流在200A以以上上),分别由图分别由图2.3.1(a)、(b)、(c)、(d)所示。所示。l （2 2）晶闸管有）晶闸管有三个电极三个电极,它们是阳极它们是阳极A,阴极阴极K和门极和门极(或称栅极或称栅极)G,它的电气符号如图它的电气符号如图1 1.3.1(e)所示。所示。l图图1 1.3.1 .3.1 晶闸管的外型及符号晶闸管的外型及符号1）晶闸管的结构：晶闸管的结构：1 晶闸管及其工作原理晶闸管及其工作原理l （1 1）外形封装形式）外形封装形式:可分为小电流塑封式、小电流螺可分为小电流塑封式、小电流螺旋式、大电流螺旋式和大电流平板式旋式、大电流螺旋式和大电流平板式(额定电流在额定电流在200A以以上上),分别由图分别由图2.3.1(a)、(b)、(c)、(d)所示。所示。l （2 2）晶闸管有）晶闸管有三个电极三个电极,它们是阳极它们是阳极A,阴极阴极K和门极和门极(或称栅极或称栅极)G,它的电气符号如图它的电气符号如图1 1.3.1(e)所示。所示。l图图1 1.3.1 .3.1 晶闸管的外型及符号晶闸管的外型及符号1）晶闸管的结构：晶闸管的结构：l螺旋式螺旋式 晶闸管晶闸管l平板式平板式 晶闸管晶闸管1）晶闸管的结构晶闸管的结构（续）续）晶晶闸闸管管是是大大功功率率器器件件,工工作作时时产产生生大大量量的的热热，因因此此必必须须安安装装散热器。散热器。螺螺旋旋式式晶晶闸闸管管紧紧栓栓在在铝铝制制散散热热器器上上,采采用用自自然然散散热热冷冷却却方方式式,如图如图1 1.3.2(a)所示。所示。平平板板式式晶晶闸闸管管由由两两个个彼彼此此绝绝缘缘的的散散热热器器紧紧夹夹在在中中间间,散散热热方方式式可可以以采采用用风风冷冷或或水水冷冷,以以获获得得较较好好的的散散热热效效果果,如如图图1 1.3.2(b)、(c)所示。所示。图图1 1.3.2 .3.2 晶闸管的散热器晶闸管的散热器 晶闸管的散热器晶闸管的散热器 晶闸管的散热器晶闸管的散热器2）晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理图图1.3.3 1.3.3 晶闸管的内部结构和等效电路晶闸管的内部结构和等效电路 （1 1）导通：）导通：晶闸管阳极施加正向电压时晶闸管阳极施加正向电压时,若给门极若给门极G G也加正向电压也加正向电压U Ug g,门极电流门极电流I Ig g经三极管经三极管T T2 2放大后成为集电极电放大后成为集电极电流流I Ic2c2，I Ic2c2又是三极管又是三极管T T1 1的基极电流的基极电流,放大后的集电极电流放大后的集电极电流I Ic1c1进一步使进一步使IgIg增大且又作为增大且又作为T T2 2的基极电流流入。重复上述正反的基极电流流入。重复上述正反馈过程馈过程，两个三极管两个三极管T T1 1、T T2 2都快速进入饱和状态都快速进入饱和状态,使晶闸管阳使晶闸管阳极极A A与阴极与阴极K K之间导通。此时若撤除之间导通。此时若撤除Ug,TUg,T1 1、T T2 2内部电流仍维内部电流仍维持原来的方向持原来的方向,只要满足阳极正偏的条件只要满足阳极正偏的条件,晶闸管就一直晶闸管就一直导通导通。晶闸管晶闸管(单向导电性单向导电性),),导通条件为导通条件为阳极正偏阳极正偏和和门极正偏门极正偏。（2 2）阻断：）阻断：当晶闸管当晶闸管A A、K K间承受正向电压，而间承受正向电压，而门极电流门极电流I Ig g=0=0时时,上述上述T T1 1和和T T2 2之间的正反馈不能建立起之间的正反馈不能建立起来来,晶闸管晶闸管A A、K K间只有很小的正向漏电流，它处于正间只有很小的正向漏电流，它处于正向向阻断阻断状态。状态。2）晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理图图1.3.3 1.3.3 晶闸管的内部结构和等效电路晶闸管的内部结构和等效电路三、三、晶闸管晶闸管l1、晶闸管及其工作原理晶闸管及其工作原理l2 、晶闸管的特性与主要参数晶闸管的特性与主要参数 l3、晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件 2 晶闸管的特性与主要参数晶闸管的特性与主要参数定义：定义：晶闸管阳极与阴极之间的电晶闸管阳极与阴极之间的电压压Ua与阳极电流与阳极电流Ia的关系曲线称的关系曲线称为晶闸管的伏安特性。为晶闸管的伏安特性。第一象限是第一象限是正向特性正向特性、第三象、第三象限是限是反向特性反向特性。l图图1 1.3.4 晶闸管阳极伏安特性晶闸管阳极伏安特性 UDRM、URRM正、反向断正、反向断 态重复峰值电压；态重复峰值电压；UDSM、URSM正、反向断态正、反向断态 不重复峰值电压；不重复峰值电压；UBO正向转折电压；正向转折电压；URO反向击穿电压。反向击穿电压。（）晶闸管的伏安特性（）晶闸管的伏安特性（）（）晶闸管的伏安特性（续）晶闸管的伏安特性（续）：晶闸管上施加反向电压时，晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性。伏安特性类似二极管的反向特性。晶晶闸闸管管处处于于反反向向阻阻断断状状态态时时，只有极小的反相漏电流流过。只有极小的反相漏电流流过。当当反反向向电电压压超超过过一一定定限限度度，到到反反向向击击穿穿电电压压后后，外外电电路路如如无无限限制制措措施施，则则反反向向漏漏电电流流急急剧剧增增加，导致晶闸管发热损坏。加，导致晶闸管发热损坏。图图1.3.4 晶闸管阳极伏安特性晶闸管阳极伏安特性1 1）晶闸管的反向特性：）晶闸管的反向特性：（）（）.晶闸管的伏安特性（续）晶闸管的伏安特性（续）：IG=0时，器件两端施加正向电压，正时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压转折电压Ubo。随着门极电流幅值的增大，正向转折随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。电压降低。导通后的晶闸管特性和二极管的正向导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿。特性相仿。晶闸管本身的压降很小，在晶闸管本身的压降很小，在1V左右。左右。导通期间，如果门极电流为零，并且导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。IH称为称为维持电流维持电流。图图1.3.4 晶闸管阳极伏安特性晶闸管阳极伏安特性2 2）晶闸管的正向特性：）晶闸管的正向特性：（2 2）晶闸管的开关特性晶闸管的开关特性晶闸管的开通和关断过程电压和电流波形。晶闸管的开通和关断过程电压和电流波形。l 1.3.5 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延迟时间延迟时间t td d：门极电流门极电流阶跃时刻开始，到阳极阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的电流上升到稳态值的10%10%的时间。的时间。上升时间上升时间t tr r：阳极电流阳极电流从从10%10%上升到稳态值的上升到稳态值的90%90%所需的时间。所需的时间。开通时间开通时间t tgtgt：以上两者以上两者之和，之和，t tgtgt=t=td d+t+tr r 普通普通晶闸管延迟时为晶闸管延迟时为0.51.5us0.51.5us，上升时间，上升时间为为0.53us0.53us。（2 2）晶闸管的开关特性（续）晶闸管的开关特性（续）l1.3.5 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 l1)1)开通过程：开通过程：正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间t tgrgr：晶闸管要晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需恢复其对正向电压的阻断能力还需要一段时间要一段时间v在正向阻断恢复时间内如果重在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正向导通。闸管会重新正向导通。v实际应用中，应对晶闸管施加实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使晶足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作。阻断能力，电路才能可靠工作。关断时间关断时间t tq q：t trrrr与与t tgrgr之和，即之和，即 t tq q=t=trrrr+t+tgrgr（2 2）晶闸管的开关特性（续）晶闸管的开关特性（续）l1.3.5 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 l2)2)关断过程关断过程（1-7)1-7)普通晶闸管的关断时间约几百微秒。普通晶闸管的关断时间约几百微秒。反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间t trrrr：正向电流降为零到反向恢复电流衰减至正向电流降为零到反向恢复电流衰减至接近于零的时间接近于零的时间（3）晶闸管的开通与关断时间）晶闸管的开通与关断时间v1 1）开通时间）开通时间tgt：o普通晶闸管的开通时间普通晶闸管的开通时间tgt 约为约为6s。o开开通通时时间间与与触触发发脉脉冲冲的的陡陡度度与与电电压压大大小小、结结温以及主回路中的电感量等有关。温以及主回路中的电感量等有关。v2）关断时间关断时间tq：o普通晶闸管的普通晶闸管的tq 约为几十到几百微秒。约为几十到几百微秒。o关关断断时时间间与与元元件件结结温温、关关断断前前阳阳极极电电流流的的大大小以及所加反压的大小有关。小以及所加反压的大小有关。3.晶闸管的主要特性参数晶闸管的主要特性参数 1 1）正向重复峰值电压）正向重复峰值电压UDRM:门门极极断断开开(I(Ig g=0),=0),元元件件处处在在额额定定结结温温时时,正正向向阳阳极极电电压压为为正正向向阻阻断断不不重重复复峰峰值值电电压压U UDSMDSM (此此电电压压不不可可连连续续施施加加)的的80%80%所所对对应应的的电电压压(此此电电压压可可重重复复施施加加,其其重重复复频频率率为为50HZ50HZ，每次持续时间不大于，每次持续时间不大于10ms)10ms)。2 2）反向重复峰值电压）反向重复峰值电压URRM:元元件件承承受受反反向向电电压压时时,阳阳极极电电压压为为反反向向不不重重复复峰峰值值电电压压URRM的的80%80%所对应的电压。所对应的电压。3 3）晶晶闸闸管管铭铭牌牌标标注注的的额额定定电电压压通通常常取取U UDRMDRM与与U URRMRRM中中的的最最小小值值,选选用用时时，额额定定电电压压要要留留有有一一定定裕裕量量,一一般般取取额额定定电电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2 23 3倍。倍。（1）晶闸管的重复峰值电压）晶闸管的重复峰值电压额定电压额定电压UTN（2）晶闸管的额定通态平均电流）晶闸管的额定通态平均电流额定电流额定电流IT(AV)在选用晶闸管额定电流时，根据实际最大的电流计算在选用晶闸管额定电流时，根据实际最大的电流计算后至少还要乘以后至少还要乘以1.51.52 2的安全系数，使其有一定的电的安全系数，使其有一定的电流裕量。流裕量。1 1）定义：）定义：在环境温度为在环境温度为40和规定的冷却条件下和规定的冷却条件下,晶晶闸管在电阻性负载导通角不小于闸管在电阻性负载导通角不小于170的单相工频正弦的单相工频正弦半波电路中半波电路中,当结温稳定且不超过额定结温时所允许的当结温稳定且不超过额定结温时所允许的最大通态平均电流。最大通态平均电流。这说明额定电流这说明额定电流IT(AV)=100A的晶闸管，其额定有效值为的晶闸管，其额定有效值为IT=Kf IT(AV)=157A。2 2）I IT(AV)T(AV)计算方法：计算方法：计算方法：计算方法：（1.3.31.3.3）（1.3.41.3.4）（1.3.51.3.5）（1.3.41.3.4）根据额定电流的定义可知，额定通态平均电流是指在通以单相工根据额定电流的定义可知，额定通态平均电流是指在通以单相工频正弦波电流时的允许最大平均电流。设该正弦半波电流的峰值为频正弦波电流时的允许最大平均电流。设该正弦半波电流的峰值为Im,则额定电流则额定电流(平均电流平均电流)为：为：额定电流有效值为：额定电流有效值为：现定义某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流波形的波现定义某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流波形的波形系数，用形系数，用Kf表示：表示：根据上式可求出正弦半波电流的波形系数：根据上式可求出正弦半波电流的波形系数：（3）门极触发电流）门极触发电流IGT和门极触发电压和门极触发电压UGT 1 1）定义：定义：在室温下，晶闸管加在室温下，晶闸管加6V正向阳极电压时，正向阳极电压时，使元件完全导通所必须的最小门极电流，称为门极触使元件完全导通所必须的最小门极电流，称为门极触发电流发电流IGT。对应于门极触发电流的门极电压称为门极。对应于门极触发电流的门极电压称为门极触发电压触发电压UGT。2 2）晶闸管由于）晶闸管由于门极特性门极特性的差异，其触发电流、触发的差异，其触发电流、触发电压也相差很大。所以对不同系列的元件只规定了触电压也相差很大。所以对不同系列的元件只规定了触发电流、电压的上、下限值。发电流、电压的上、下限值。3 3）晶闸管的铭牌上都标明了其触发电流和电压在常）晶闸管的铭牌上都标明了其触发电流和电压在常温下的实测值，但触发电流、电压受温下的实测值，但触发电流、电压受温度的影响温度的影响很大，很大，温度升高，温度升高，UGT、IGT 值会显著降低，温度降低，值会显著降低，温度降低，UGT、IGT 值又会增大。值又会增大。为了保证晶闸管的可靠触发，在为了保证晶闸管的可靠触发，在实际应用中，外加门极电压的幅值应比实际应用中，外加门极电压的幅值应比UGT 大几倍。大几倍。（4）通态平均电压通态平均电压UT(AV)1 1）定义：）定义：在规定环境温度、标准散热条件下，在规定环境温度、标准散热条件下，元件通以正元件通以正弦半波额定电流时，阳极与阴极间电压降的平均值，称通态弦半波额定电流时，阳极与阴极间电压降的平均值，称通态平均电压平均电压(又称管压降又称管压降)2 2）其数值按表）其数值按表1 1.3.3分组分组在实际使用中，从减小损耗和元在实际使用中，从减小损耗和元件发热来看，应选择件发热来看，应选择T(AV)小的晶闸管小的晶闸管。组组 别别ABC通通 态态 平平 均均 电电 压压（V）T0.40.4T0.50.5T0.6组组 别别DEF通通 态态 平平 均均 电电 压压（V）0.6T0.70.7T0.80.8T0.9组组 别别GHI通通 态态 平平 均均 电电 压压（V）0.9T1.01.0T1.11.1T1.2表表1.3.3 1.3.3 晶闸管通态平均电压分组晶闸管通态平均电压分组（5）维持电流）维持电流 和掣住电流和掣住电流Ll1 1）维持电流）维持电流：v在在室室温温下下门门极极断断开开时时，元元件件从从较较大大的的通通态态电电流流降降至至刚刚好能保持导通的最小阳极电流为维持电流好能保持导通的最小阳极电流为维持电流H。v维维持持电电流流与与元元件件容容量量、结结温温等等因因素素有有关关，同同一一型型号号的的元元件件其其维维持持电电流流也也不不相相同同。通通常常在在晶晶闸闸管管的的铭铭牌牌上上标标明了常温下明了常温下IH 的实测值。的实测值。l2 2）掣住电流）掣住电流L：v给给晶晶闸闸管管门门极极加加上上触触发发电电压压，当当元元件件刚刚从从阻阻断断状状态态转转为为导导通通状状态态就就撤撤除除触触发发电电压压，此此时时元元件件维维持持导导通通所所需需要的最小阳极电流称掣住电流要的最小阳极电流称掣住电流L。v对对同同一一晶晶闸闸管管来来说说，掣掣住住电电流流L 要要比比维维持持电电流流H 大大24倍。倍。（6）通态电流临界上升率）通态电流临界上升率 di/dt 1 1、定定义义：晶晶闸闸管管能能承承受受而而没没有有损损害害影影响响的的最最大大通通态态电电流流上上升升率率称称通通态态电电流流临临界界上上升升率率 di/dt。2 2、影影响响：门门极极流流入入触触发发电电流流后后，晶晶闸闸管管开开始始只只在在靠靠近近门门极极附附近近的的小小区区域域内内导导通通，随随着着时时间间的的推推移移，导导通通区区才才逐逐渐渐扩扩大大到到PN结结的的全全部部面面积积。如如果果阳阳极极电电流流上上升升得得太太快快，则则会会导导致致门门极极附附近近的的结结因因电电流流密密度度过过大大而而烧烧毁毁，使使晶闸管损坏。晶闸管损坏。晶闸管必须规定允许的最大通态电流上升率。晶闸管必须规定允许的最大通态电流上升率。（7）断态电压临界上升率）断态电压临界上升率du/dt l1 1）定义：）定义：把在规定条件下，不导致晶闸管把在规定条件下，不导致晶闸管直接从断态转换到通态的最大阳极电压上直接从断态转换到通态的最大阳极电压上升率，称为断态电压临界上升率升率，称为断态电压临界上升率du/dt。l2 2）影响：）影响：晶闸管的结面在阻断状态下相当晶闸管的结面在阻断状态下相当于一个电容，若突然加一正向阳极电压，于一个电容，若突然加一正向阳极电压，便会有一个充电电流流过结面，该充电电便会有一个充电电流流过结面，该充电电流流经靠近阴极的结时，产生相当于流流经靠近阴极的结时，产生相当