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1、晶闸管（第五章补充内容）晶闸管（第五章补充内容）晶闸管（晶闸管（ThyristorThyristor）：晶体闸流管，可控硅整流）：晶体闸流管，可控硅整流器（器（S Silicon ilicon C Controlled ontrolled R RectifierSCRectifierSCR）19561956年美国贝尔实验室发明了晶闸管年美国贝尔实验室发明了晶闸管19571957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品19581958年商业化年商业化开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代，开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代，使半导体器件
2、的应用由弱电领域扩展到强电领域。使半导体器件的应用由弱电领域扩展到强电领域。2020世纪世纪8080年代以来，开始被全控型器件取代年代以来，开始被全控型器件取代一、晶闸管的基本结构一、晶闸管的基本结构K K K K G G G GA A A A(b)(b)(b)(b)符号符号符号符号(a)(a)(a)(a)外形外形外形外形晶闸管的外形及符号晶闸管的外形及符号PNPNPNPN结及其导电原理结及其导电原理结及其导电原理结及其导电原理N N型型半半导导体体-P P型型半半导导体体-+-PNPN结结(耗耗尽尽层）层）-+-+-+-+-G G G G控制极控制极控制极控制极K K K K 阴极阴极阴极阴
3、极阳极阳极阳极阳极 A A A AP1P1P2P2N1N1N2N2四四四四 层层层层 半半半半 导导导导 体体体体三三 个个PNPNPNPN 结结晶闸管的结构晶闸管的结构晶闸管的结构晶闸管的结构晶闸管是具有三个晶闸管是具有三个晶闸管是具有三个晶闸管是具有三个PNPNPNPN结的四层结构结的四层结构结的四层结构结的四层结构,如图。如图。如图。如图。P1P2N1N2K GA晶闸管相当于晶闸管相当于晶闸管相当于晶闸管相当于PNPPNPPNPPNP和和和和NPNNPNNPNNPN型两个晶体管的组合型两个晶体管的组合型两个晶体管的组合型两个晶体管的组合KAT2T1+_P2N1N2IGIAP1N1P2IK
4、GP1P2N1N2N1P2AGK T T1 1T T2 2三、三、工作原理工作原理A A A A 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。形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程K K K KG G G GE E E EA A A A 0 0 0 0、E E E EG G G G 0 0 0 0E EG GE EA A+_ _R R晶闸管导通后，去掉晶闸管导通后，去掉晶闸管导通后，去掉晶闸管导通后，去掉E E E EG G G G ，依靠正反馈，仍可维，依靠正反馈，仍可维，依靠正反馈，仍可维，依靠正反馈，仍可维
5、持导通状态。持导通状态。持导通状态。持导通状态。G GE E E EA A A A 0 0 0 0、E E E EG G G G 0 0 0 0K K K KE EA A+_ _R R T T1 1T T2 2E EG GA A A A形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程晶闸管导通的条件晶闸管导通的条件晶闸管正常导通的条件：晶闸管正常导通的条件：1 1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压，）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压，U UAKAK0 0 2 2）晶闸管门极和阴极之间必须施加适当的正向脉冲电压）晶闸管门极和阴极之间必须施加适当的正向脉冲电压和电流，和电流，U U
6、GKGK00晶闸管导通后，控制极便失去作用。晶闸管导通后，控制极便失去作用。晶闸管导通后，控制极便失去作用。晶闸管导通后，控制极便失去作用。依靠正反馈，依靠正反馈，依靠正反馈，依靠正反馈，晶闸管仍可晶闸管仍可晶闸管仍可晶闸管仍可维持导通状态。维持导通状态。维持导通状态。维持导通状态。.维持晶闸管导通的条件：维持晶闸管导通的条件：保持流过晶闸管的阳极电流在其维持电流以上保持流过晶闸管的阳极电流在其维持电流以上晶闸管关断的条件晶闸管关断的条件晶闸管的关断晶闸管的关断 只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用：只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用：阳极电压反向阳极电压反向 减
7、小阳极电压减小阳极电压 增大回路阻抗增大回路阻抗 正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向特性反向特性U URRMRRMU UFRMFRMI IG2 G2 I IG1 G1 I IG0 G0 U UBRBRI IF FU UBOBO正向转折电压正向转折电压正向转折电压正向转折电压I IH Ho oU UI II IG0G0I IG1G1I IG2G2+_ _ _ _+_ _ _ _反向转折电压反向转折电压反向转折电压反向转折电压正向平均电流正向平均电流维持电流维持电流维持电流维持电流U U U U四、伏安特性（静特性）四、伏安特性（静特性）四、伏安特性（静特性）四、伏安特性（静特性
8、）1)1)正向特性正向特性I IG G=0=0时，器件两端施加正时，器件两端施加正向电压，只有很小的正向向电压，只有很小的正向漏电流，正向阻断状态。漏电流，正向阻断状态。正向电压超过正向转折电正向电压超过正向转折电压压U Ubobo，则漏电流急剧增大，则漏电流急剧增大，器件开通。器件开通。随随着着门门极极电电流流幅幅值值的的增增大大，正向转折电压降低。正向转折电压降低。晶晶闸闸管管本本身身的的压压降降很很小小，在在1 1V V左右。左右。晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性(I IG2G2 I IG1G1 I IG G)晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性2)2)反向特性反向特性施施加加反反向向电电压
9、压时时，伏伏安安特特性类似二极管的反向特性。性类似二极管的反向特性。反反向向阻阻断断状状态态时时，只只有有极极小的反相漏电流流过。小的反相漏电流流过。当当反反向向电电压压达达到到反反向向击击穿穿电电压压后后，可可能能导导致致晶晶闸闸管管发热损坏。发热损坏。五五.动特性动特性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 1)1)开通过程开通过程延迟时间延迟时间t td d s)s)上升时间上升时间t tr r s)s)开开通通时时间间t tgtgt以以上上两两者者之之和，和，t tgtgt=t td d+t tr r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2)2)关断过程关断
10、过程反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间t trrrr正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间t tgrgr关关断断时时间间t tq q以以上上两两者者之之和和t tq q=t trrrr+t tgrgr普普通通晶晶闸闸管管的的关关断断时时间间约几百微秒。约几百微秒。六、主要参数六、主要参数U UFRMFRM:正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）晶闸管控制极开路且正向阻断情况下晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允许重允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般取一般取U UFRM FRM=80%=80%U UB0 B0。普通晶闸管普通晶闸管 U U
11、FRMFRM 为为100V-3000V100V-3000V反向重复峰值电压反向重复峰值电压控制极开路时控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元允许重复作用在晶闸管元 件上的反向峰值电压。件上的反向峰值电压。一般取一般取 U URRMRRM=80%=80%U UBR BR 普通晶闸管普通晶闸管 U URRMRRM为为100V-3000V100V-3000VU URRMRRM：额定正向平均电流额定正向平均电流环境温度为环境温度为4040 C C及标准散热条件下，晶闸管及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。电流的平均值。I IF
12、 F：I IF F t t 2 2 如果正弦半波电流的最大值为如果正弦半波电流的最大值为I Im m,则则普通晶闸管普通晶闸管I IF F为为1A 1000A1A 1000A。U UF F:通态平均电压（管压降）通态平均电压（管压降）在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、阴极间的电压平均值。晶闸管阳、阴极间的电压平均值。一般为一般为1V1V左右。左右。I IH H:维持电流维持电流 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。通状态所必须的最小电流。一般一般I IH H为几十为几十
13、 一百多毫安。一百多毫安。U UG G、I IG G：控制极触发电压和电流控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流室温下，阳极电压为直流6V6V时，使晶闸管完时，使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。一般一般U UG G为为1 1到到5V5V，I IG G为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。动态参数动态参数 除开通时间除开通时间t tgtgt和关断时间和关断时间t tq q外，还有：外，还有：断态电压临界上升率断态电压临界上升率d du u/d dt t 指指在在额额定定结结温温和和门门极极开开路路的的情情况况下下，不不导导致致晶晶闸闸管管从从断断态态到到通通态转换的外加电压最大上升率。态转换的外加电压最大上升率。电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通 。通态电流临界上升率通态电流临界上升率d di i/d/dt t 指指在在规规定定条条件件下下，晶晶闸闸管管能能承承受受而而无无有有害害影影响响的的最最大大通通态态电电流流上升率。上升率。如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。