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1、会计学1电力电子电力电子(dinz)技术技术王兆安王兆安第一页，共117页。1-2 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征 应用电力电子器件的系统应用电力电子器件的系统(xtng)(xtng)组成组成 电力电子器件的分类电力电子器件的分类 本章内容和学习要点本章内容和学习要点1.11.1电力电力电力电力(dinl)(dinl)电子器件概述电子器件概述电子器件概述电子器件概述第1页/共117页第二页，共117页。1-31 1 1 1）概念）概念）概念）概念:电力电子器件（电力电子器件（电力电子器件（电力电子器件（Power Electronic DevicePower Electron
2、ic DevicePower Electronic DevicePower Electronic Device）可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。的电子器件。的电子器件。的电子器件。主电路（主电路（主电路（主电路（Main Power CircuitMain Power CircuitMain Power CircuitMain Power Circuit）电气设备或电力系统中，直接承担电气设备或电力系统中，直接承担电气设备或电力系统中，直接承担电气设备或电
3、力系统中，直接承担(chngdn)(chngdn)(chngdn)(chngdn)电能的变换或控制任务的电路。电能的变换或控制任务的电路。电能的变换或控制任务的电路。电能的变换或控制任务的电路。2 2 2 2）分类）分类）分类）分类:电真空器件电真空器件电真空器件电真空器件 (汞弧整流器、闸流管汞弧整流器、闸流管汞弧整流器、闸流管汞弧整流器、闸流管)半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅）采用的主要材料仍然是硅）采用的主要材料仍然是硅）采用的主要材料仍然是硅）电力电力(dinl)(dinl)电子器件的概念和特电子器件的概念和特征征电力电力(dinl)电子电子器件器件
4、第2页/共117页第三页，共117页。1-43.3.能处理能处理能处理能处理(ch(ch l l)电功率的能力，一般远大于处理电功率的能力，一般远大于处理电功率的能力，一般远大于处理电功率的能力，一般远大于处理(ch(ch l l)信息的电子器件。信息的电子器件。信息的电子器件。信息的电子器件。4.4.电力电子器件一般都工作在开关状态。电力电子器件一般都工作在开关状态。电力电子器件一般都工作在开关状态。电力电子器件一般都工作在开关状态。5.5.电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。电力电子器件往往需要由信息
5、电子电路来控制。6.6.电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。器件，一般都要安装散热器。器件，一般都要安装散热器。器件，一般都要安装散热器。电力电子器件电力电子器件(din z q jin)(din z q jin)的概念和特征的概念和特征3）同处理）同处理(chl)信息的电子器件相比的特征：信息的电子器件相比的特征：第3页/共117页第四页，共117页。1-5通态损耗是器件功率损耗的主要成因。通态损耗是器件功率损耗的主要成因。通态损耗是器件功率损
6、耗的主要成因。通态损耗是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率器件开关频率器件开关频率器件开关频率(pnl)(pnl)较高时，开关损耗可能成为器较高时，开关损耗可能成为器较高时，开关损耗可能成为器较高时，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。件功率损耗的主要因素。件功率损耗的主要因素。件功率损耗的主要因素。主要(zhyo)损耗通态损耗(snho)断态损耗开关损耗关断损耗开通损耗 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征 电力电子器件的损耗电力电子器件的损耗第4页/共117页第五页，共117页。1-6电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路
7、和以电和以电力电子器件为核心力电子器件为核心(hxn)的主电路组成。的主电路组成。图1-1电力电子器件在实际应用中的系统(xtng)组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路在主电路(dinl)和控制电路(dinl)中附加一些电路(dinl)，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行 应用电力电子器件系统组成应用电力电子器件系统组成电气隔离控制电路第5页/共117页第六页，共117页。1-7半控型器件半控型器件半控型器件半控型器件(qjin)(qjin)（ThyristorThyristor）通过控制信号可以控制其导通而不能控通过控制信号可以控制其导通而不能控通过控制信号可以控制其
8、导通而不能控通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。制其关断。制其关断。制其关断。全控型器件全控型器件全控型器件全控型器件(qjin)(qjin)（IGBT,MOSFET)IGBT,MOSFET)通过控制信号既可控制其导通又可控制其通过控制信号既可控制其导通又可控制其通过控制信号既可控制其导通又可控制其通过控制信号既可控制其导通又可控制其关关关关 断，又称自关断器件断，又称自关断器件断，又称自关断器件断，又称自关断器件(qjin)(qjin)。不可控器件不可控器件不可控器件不可控器件(qjin)(Power Diode)(qjin)(Power Diode)不能用控制信号来控制其通断不能用
9、控制信号来控制其通断不能用控制信号来控制其通断不能用控制信号来控制其通断,因此也就因此也就因此也就因此也就不需要驱动电路。不需要驱动电路。不需要驱动电路。不需要驱动电路。电力电力(dinl)(dinl)电子器件的分类电子器件的分类按照器件能够按照器件能够(nnggu)被控制的程度，分被控制的程度，分为以下三类：为以下三类：第6页/共117页第七页，共117页。1-8电流驱动型电流驱动型电流驱动型电流驱动型 通过从器件的控制端注入或者抽出电流来实现导通过从器件的控制端注入或者抽出电流来实现导通过从器件的控制端注入或者抽出电流来实现导通过从器件的控制端注入或者抽出电流来实现导通或者通或者通或者通或
10、者 关断的控制。关断的控制。关断的控制。关断的控制。电压驱动型电压驱动型电压驱动型电压驱动型 仅通过在器件的控制端和公共端之间施加仅通过在器件的控制端和公共端之间施加仅通过在器件的控制端和公共端之间施加仅通过在器件的控制端和公共端之间施加(shji)(shji)一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。电力电力(dinl)(dinl)电子器件的分类电子器件的分类按照驱动电路信号按照驱动电路信号(xnho)的性质，的性质，分为两类：分为两类：第7页/共117页第八页，共1
11、17页。1-9本章内容本章内容本章内容本章内容:介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题数以及选择和使用中应注意的一些问题数以及选择和使用中应注意的一些问题数以及选择和使用中应注意的一些问题(wnt)(wnt)(wnt)(wnt)。集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用这三个问题联使用这三个问题联使用这三个问题联使用
12、这三个问题(wnt)(wnt)(wnt)(wnt)。学习要点学习要点学习要点学习要点:最重要的是掌握其基本特性。最重要的是掌握其基本特性。最重要的是掌握其基本特性。最重要的是掌握其基本特性。掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性曲线的使用方法。和特性曲线的使用方法。和特性曲线的使用方法。和特性曲线的使用方法。可能会对主电路的其它电路元件有特殊的要求。可能会对主电路的其它电路元件有特殊的要求。可能会对主电路的其它电路元件有特殊的要求。可能会对主电路的其它电路元件有特殊的
13、要求。本章学习本章学习(xux)(xux)内容与学习内容与学习(xux)(xux)要点要点第8页/共117页第九页，共117页。1-10 PN PN结与电力二极管的工作结与电力二极管的工作原理原理 电力二极管的基本电力二极管的基本(jbn)(jbn)特特性性 电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数 电力二极管的主要类型电力二极管的主要类型1.2不可控器件不可控器件(qjin)电力二极管电力二极管第9页/共117页第十页，共117页。1-11 Power Power DiodeDiode结结构构和和原原理理简简单单，工工作作可可靠靠，自自2020世纪世纪5050年代初期就获得应用。年代初期就获
14、得应用。快快恢恢复复二二极极管管和和肖肖特特基基二二极极管管，分分别别在在中中、高高频频(o o pn)pn)整整流流和和逆逆变变，以以及及低低压压高高频频(o o pn)pn)整流的场合，具有不可替代的地位。整流的场合，具有不可替代的地位。1.21.2不可控器件不可控器件不可控器件不可控器件(qjin)(qjin)电力二极管电力二极管电力二极管电力二极管 引言引言引言引言整流(zhngli)二极管及模块第10页/共117页第十一页，共117页。1-12基基本本结结构构和和工工作作原原理理与与信信息息电电子子电电路路中中的的二二极极管管一样。一样。由由一一个个面面积积较较大大的的 PNPN结结
15、 和和 两两 端端引线封装组成的。引线封装组成的。从从外外形形上上看看，主主要要(zhyo)(zhyo)有有螺螺栓栓型型和和平平板板型型两两种封装。种封装。图1-2电力二极管的外形、结构(jigu)和电气图形符号a)外形b)结构(jigu)c)电气图形符号结与电力结与电力(dinl)二极管的工作原理二极管的工作原理AKAKa)IKAPNJb)c)AK第11页/共117页第十二页，共117页。1-13 状态参数正向导通反向截止反向击穿电流正向大几乎为零反向大电压维持约1V反向大反向大阻态低阻态高阻态二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要(zhyo)特征。PN结的反向击穿（两种形式)雪崩
16、击穿齐纳击穿均可能导致热击穿结与电力结与电力(dinl)二极管的工作原理二极管的工作原理PN结的状态(zhungti)第12页/共117页第十三页，共117页。1-14PNPN结结的的电电荷荷量量随随外外加加电电压压而而变变化化，呈呈现现电电容容效效应，称为结电容应，称为结电容CJCJ，又称为微分电容。，又称为微分电容。结结电电容容按按其其产产生生机机制制和和作作用用的的差差别别分分为为势势垒垒电电容容CBCB和扩散电容和扩散电容CDCD。电电容容影影响响PNPN结结的的工工作作频频率率，尤尤其其是是高高速速(o(os)s)的开关状态。的开关状态。结与电力二极管的工作结与电力二极管的工作(gn
17、gzu)原理原理PN结的电容(dinrng)效应：第13页/共117页第十四页，共117页。1-15主要指其伏安特性主要指其伏安特性主要指其伏安特性主要指其伏安特性门门门门槛槛槛槛电电电电压压压压UTOUTO，正正正正向向向向电电电电流流流流IFIF开开开开始始始始明明明明显显显显增增增增加加加加所所所所对对对对应应应应的电压。的电压。的电压。的电压。与与与与IFIF对对对对应应应应的的的的电电电电力力力力(dinl)(dinl)二二二二极极极极管管管管两两两两端端端端的的的的电电电电压压压压即即即即为为为为其其其其正向电压降正向电压降正向电压降正向电压降UFUF。承承承承受受受受反反反反向向
18、向向电电电电压压压压时时时时，只只只只有有有有微微微微小小小小而而而而数数数数值值值值恒恒恒恒定定定定的的的的反反反反向向向向漏漏漏漏电流。电流。电流。电流。图1-4电力二极管的伏安(fn)特性 电力二极管的基本电力二极管的基本(jbn)(jbn)特性特性1)静态特性静态特性IOIFUTOUFU第14页/共117页第十五页，共117页。1-162)2)动态动态动态动态(dngti)(dngti)特性特性特性特性 电电电电力力力力二二二二极极极极管管管管在在在在偏偏偏偏值值值值状状状状态态态态发发发发生生生生改改改改变时的过渡过程变时的过渡过程变时的过渡过程变时的过渡过程 二二二二极极极极管管管
19、管的的的的电电电电压压压压-电电电电流流流流特特特特性性性性随随随随时时时时间间间间变化的变化的变化的变化的 结电容的存在结电容的存在结电容的存在结电容的存在 电力电力(dinl)(dinl)二极管的基本特性二极管的基本特性b)UFPuiiFuFtfrt02Va)FUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt图1-5电力二极管的动态(dngti)过程波形a)正向偏置转换为反向偏置b)零偏置转换为正向偏置延迟时间：td=t1-t0,电流下降时间：tf=t2-t1反向恢复时间：trr=td+tf恢复特性的软度：下降时间与延迟时间的比值tf/td，或称恢复系数，用Sr表示
20、。第15页/共117页第十六页，共117页。1-17正正向向压压降降先先出出现现一一个个过过冲冲UFPUFP，经经 过过 一一 段段 时时 间间 才才 趋趋 于于 接接 近近(jijn)(jijn)稳稳态态压压降降的的某某个个值值（如如 2V2V）。）。正向恢复时间正向恢复时间tfrtfr。电流上升率越大，电流上升率越大，UFPUFP越高越高。UFPuiiFuFtfrt02V图1-5(b)开通(kitng)过程 电力电力(dinl)(dinl)二极管的基本特性二极管的基本特性开通过程开通过程：关断过程关断过程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。关断之前有较大的反向电流出
21、现，并伴随有明显的反向电压过冲。IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt图1-5(b)关断过程第16页/共117页第十七页，共117页。1-18 电力电力电力电力(dinl)(dinl)(dinl)(dinl)二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数额额额额定定定定电电电电流流流流在在在在指指指指定定定定的的的的管管管管壳壳壳壳温温温温度度度度和和和和散散散散热热热热条条条条件件件件下下下下，其其其其允允允允许许许许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。流过的最大工频正弦半波电流的平均值。流过的最大工频正弦半波电流的平均值。流过的最大工
22、频正弦半波电流的平均值。IF(AV)IF(AV)是是是是按按按按照照照照电电电电流流流流的的的的发发发发热热热热效效效效应应应应来来来来定定定定义义义义的的的的，使使使使用用用用时时时时应应应应按按按按有有有有效效效效值值值值相相相相等等等等的的的的原原原原则则则则来来来来选选选选取取取取电电电电流流流流定定定定额额额额，并并并并应应应应留留留留有有有有一一一一定定定定(ydng)(ydng)的裕量。的裕量。的裕量。的裕量。换算关系：正弦半波电流的有效值换算关系：正弦半波电流的有效值换算关系：正弦半波电流的有效值换算关系：正弦半波电流的有效值I I和平均值和平均值和平均值和平均值IF(AV)I
23、F(AV)之比：之比：之比：之比：1)正向正向(zhnxin)平均电流平均电流IF(AV)第17页/共117页第十八页，共117页。1-19在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。3 3 3 3）反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRMURRMURRMURRM对电力对电力对电力对电力(dinl)(dinl)(dinl)(dinl)二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。二极管
24、所能重复施加的反向最高峰值电压。二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。使用时，应当留有两倍的裕量。使用时，应当留有两倍的裕量。使用时，应当留有两倍的裕量。使用时，应当留有两倍的裕量。4 4 4 4）反向恢复时间）反向恢复时间）反向恢复时间）反向恢复时间trrtrrtrrtrr trr=td+tf trr=td+tf trr=td+tf trr=td+tf 电力电力(dinl)(dinl)二极管的主要参数二极管的主要参数2）正向）正向(zhnxin)压降压降UF第18页/共117页第十九页，共117页。1-20结温是指管芯结温是指管芯结温是指管芯结温是指管芯
25、PNPN结的平均温度，用结的平均温度，用结的平均温度，用结的平均温度，用TJTJ表示。表示。表示。表示。TJMTJM是指在是指在是指在是指在PNPN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。TJMTJM通常在通常在通常在通常在125175125175CC范围之内。范围之内。范围之内。范围之内。6)6)浪涌电流浪涌电流浪涌电流浪涌电流IFSMIFSM指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个指电
26、力二极管所能承受最大的连续一个或几个(j)(j)工频周期的过电流。工频周期的过电流。工频周期的过电流。工频周期的过电流。电力电力电力电力(dinl)(dinl)(dinl)(dinl)二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数5）最高工作）最高工作(gngzu)结温结温TJM第19页/共117页第二十页，共117页。1-211)普普通通二二极极管管（General Purpose Diode）又又 称称 整整 流流 二二 极极 管管（Rectifier Diode）多多 用用 于于 开开 关关(kigun)频频 率率 不不 高高（1kHz以下）的整流电路以下）的整流电路其
27、反向恢复时间较长其反向恢复时间较长正正向向电电流流定定额额和和反反向向电电压压定定额额可可以以达到很高达到很高DATASHEET 1按照(nzho)正向压降、反向耐压、反向漏电流等性能，特别是反向恢复特性的不同介绍。电力二极管的主要电力二极管的主要(zhyo)(zhyo)类型类型第20页/共117页第二十一页，共117页。1-22简称快速二极管简称快速二极管快恢复外延二极管快恢复外延二极管 （Fast Recovery Epitaxial DiodesFREDFast Recovery Epitaxial DiodesFRED），其），其trrtrr更短（可低于更短（可低于50ns50ns），
28、），UF UF也很低（也很低（0.9V0.9V左右左右(zu(zu yu)yu)），但其），但其反向耐压多在反向耐压多在1200V1200V以下。以下。从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者trrtrr为数百纳秒或更长，后者则在为数百纳秒或更长，后者则在100ns100ns以下，甚至达到以下，甚至达到2030ns2030ns。DATASHEET 1 2 3DATASHEET 1 2 3 电力二极管的主要电力二极管的主要(zhyo)(zhyo)类型类型2)快恢复快恢复(huf)二极管二极管（FastRecoveryDiodeFRD）第21
29、页/共117页第二十二页，共117页。1-23肖特基二极管的优点肖特基二极管的优点(yudin)(yudin)反向恢复时间很短（反向恢复时间很短（1040ns1040ns）。）。正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲。正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲。反向耐压较低时其正向压降明显低于快恢复二极管。反向耐压较低时其正向压降明显低于快恢复二极管。效率高，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。效率高，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。肖特基二极管的弱点肖特基二极管的弱点反向耐压提高时正向压降会提高，多用于反向耐压提高时正向压降会提高，多用于200V200V以下。以下。反向稳态损耗不
30、能忽略，必须严格地限制其工作温度。反向稳态损耗不能忽略，必须严格地限制其工作温度。电力二极管的主要电力二极管的主要(zhyo)(zhyo)类型类型3.肖特基二极管肖特基二极管(DATASHEET1)以以金金属属和和半半导导体体接接触触(jich)形形成成的的势势垒垒为为基基础础的的二二极极管管称称为为肖肖特特基基势势垒垒二二极极管管（SchottkyBarrierDiodeSBD）。）。第22页/共117页第二十三页，共117页。1-241.31.3半控器件半控器件半控器件半控器件(qjin)(qjin)晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管 晶闸管的结构与工作原晶闸管的结构与工作原理理(yunl)(yun
31、l)晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件第23页/共117页第二十四页，共117页。1-251.3半控器件半控器件(qjin)晶闸管晶闸管引言引言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(shdi)(shdi)。2020世纪世纪8080年代以来，开始被全控型器件取代。年代
32、以来，开始被全控型器件取代。能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场合具有重要地位。能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场合具有重要地位。晶晶闸闸管管（ThyristorThyristor）：晶晶体体(jngt)(jngt)闸闸流流管管，可可控控硅硅整流器（整流器（Silicon Controlled RectifierSCRSilicon Controlled RectifierSCR）第24页/共117页第二十五页，共117页。1-26图1-6晶闸管的外形(wixn)、结构和电气图形符号a)外形(wixn)b)结构c)电气图形符号 晶闸管的结构晶闸管的结构(jigu)
33、与工作原理与工作原理外形有螺栓型和平板型两种封装。外形有螺栓型和平板型两种封装。有三个连接端。有三个连接端。螺螺栓栓型型封封装装，通通常常螺螺栓栓是是其其阳阳极极(yngj)(yngj)，能能与散热器紧密联接且安装方便。与散热器紧密联接且安装方便。平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。第25页/共117页第二十六页，共117页。1-27 晶闸管的结构与工作晶闸管的结构与工作晶闸管的结构与工作晶闸管的结构与工作(gngzu)(gngzu)原理原理原理原理常用常用(chn(chn yn yn)晶闸管的晶闸管的结构结构螺栓(lushun)型晶闸管晶闸管模块平
34、板型晶闸管外形及结构第26页/共117页第二十七页，共117页。1-28 晶闸管的结构与工作晶闸管的结构与工作(gngzu)原理原理式中式中1 1和和2 2分别分别(fnbi)(fnbi)是晶体管是晶体管V1V1和和V2V2的共基极电流增益；的共基极电流增益；ICBO1ICBO1和和ICBO2ICBO2分别分别(fnbi)(fnbi)是是V1V1和和V2V2的共基的共基极漏电流。由以上式可得极漏电流。由以上式可得 ：图1-7晶闸管的双晶体管模型(mxng)及其工作原理a)双晶体管模型(mxng)b)工作原理 晶闸管导通的原理可用晶体管模型解释，由图得：（1-2）（1-1）（1-3）（1-4）（
35、1-5）第27页/共117页第二十八页，共117页。1-29 晶闸管的结构与工作晶闸管的结构与工作晶闸管的结构与工作晶闸管的结构与工作(gngzu)(gngzu)原理原理原理原理 阻断阻断(z dun)(z dun)状态：状态：IG=0IG=0，1+1+2 2很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。开通状态：注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致开通状态：注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致1+1+2 2趋近于趋近于1 1，流过晶闸管的电流，流过晶闸管的电流IAIA，将趋近于无穷大，实现饱和导通。，将趋近于无穷大，实现饱和导
36、通。IAIA实际上由于外电路负载的限制，会维持有限值。实际上由于外电路负载的限制，会维持有限值。在低发射极电流下 是很小的，而当发射极电流建立起来之后，会迅速增大（形成(xngchng)强烈正反馈所致）。第28页/共117页第二十九页，共117页。1-30 晶闸管的结构晶闸管的结构晶闸管的结构晶闸管的结构(jigu)(jigu)与工作原理与工作原理与工作原理与工作原理阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应阳极电压上升率阳极电压上升率du/dtdu/dt过高过高结温较高结温较高光触发光触发光光触触发发可可以以保保证证控控制制电电路路与与主主电电路路之之间间的
37、的良良好好绝绝缘缘而而应应用于高压电力设备中，称为光控晶闸管（用于高压电力设备中，称为光控晶闸管（LTTLTT）只只有有门门极极触触发发是是最最精精确确、迅迅速速(xn(xn s)s)而而可可靠靠的的控控制制手手段。段。其他其他(qt)(qt)几种可能导通的几种可能导通的情况：情况：第29页/共117页第三十页，共117页。1-31 晶闸管的基本晶闸管的基本晶闸管的基本晶闸管的基本(jbn)(jbn)特性特性特性特性承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。都不会导通。承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸承受正向电压时，仅
38、在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用(zuyng)(zuyng)。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下的某一数值以下 。DATASHEET 2DATASHEET 2晶闸管正常工作晶闸管正常工作(gngzu)(gngzu)时的特性总结如下：时的特性总结如下：第30页/共117页第三十一页，共117页。1-32 晶闸管的基本晶闸管的基本(jbn)特性特性（1 1）正向特性）正向特性IG=0IG=0时，器件两端施加正时，器件两端施加正向电压，只有很
39、小的正向电压，只有很小的正向漏电流，为正向阻断向漏电流，为正向阻断状态。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UboUbo，则漏电流急剧，则漏电流急剧增大，器件开通增大，器件开通(kitng)(kitng)。随着门极电流幅值的增大，随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。正向转折电压降低。晶闸管本身的压降很小，晶闸管本身的压降很小，在在1V1V左右。左右。正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM1）静态静态(jngti)特特性性图1-8晶闸管的伏安特性IG2IG1IG第31页/共117页第三十二页，共117页。1-
40、33 晶闸管的基本晶闸管的基本晶闸管的基本晶闸管的基本(jbn)(jbn)特性特性特性特性反反向向特特性性类类似似二二极极管管的的反反向特性。向特性。反反向向阻阻断断(z(z dun)dun)状状态态时时，只只有有极极小小的的反反相相漏漏电电流流过。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。图1-8晶闸管的伏安(fn)特性IG2IG1IG正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM（2）反向特性反向特性第32页/共117页第三十三页，共117页。1-34 晶闸管的基
41、本晶闸管的基本晶闸管的基本晶闸管的基本(jbn)(jbn)特性特性特性特性1)1)开通过程开通过程(guchng)(guchng)延迟时间延迟时间td(0.51.5td(0.51.5 s)s)上升时间上升时间tr (0.53tr (0.53 s)s)开开通通时时间间tgttgt以以上上两两者者之之和和，tgt=td+tr tgt=td+tr （1-61-6）100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA2)关断过程(guchng)反向阻断恢复时间trr正向阻断恢复时间tgr关断时间tq以上两者之和tq=trr+tgr（1-7)普通晶闸管的关断时间约几百微秒2）动态特性
42、动态特性图1-9晶闸管的开通和关断过程波形第33页/共117页第三十四页，共117页。1-35 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数断态重复峰值电压断态重复峰值电压断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRMUDRM 在在在在门门门门极极极极断断断断路路路路而而而而结结结结温温温温为为为为额额额额定定定定值值值值时时时时，允允允允许许许许重重重重复复复复加加加加在在在在器器器器件件件件(qjin)(qjin)上上上上的的的的正向峰值电压。正向峰值电压。正向峰值电压。正向峰值电压。反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRMURRM 在在在在门
43、门门门极极极极断断断断路路路路而而而而结结结结温温温温为为为为额额额额定定定定值值值值时时时时，允允允允许许许许重重重重复复复复加加加加在在在在器器器器件件件件(qjin)(qjin)上上上上的的的的反反反反向向向向峰值电压。峰值电压。峰值电压。峰值电压。通态（峰值）电压通态（峰值）电压通态（峰值）电压通态（峰值）电压UTUT 晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管通通通通以以以以某某某某一一一一规规规规定定定定倍倍倍倍数数数数的的的的额额额额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。定通态平均电流时的瞬态峰值电压。定通态平均电流时的瞬态峰值电压。定通态平均电流时的瞬态峰值电压。通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小
44、的标值作为该器件的额定电压。选 用 时，一 般(ybn)取 额 定 电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍。使使用用(shyng)注注意：意：1）电压定额电压定额第34页/共117页第三十五页，共117页。1-36 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数通态平均电流通态平均电流通态平均电流通态平均电流 IT(AV IT(AV IT(AV IT(AV）在环境温度为在环境温度为在环境温度为在环境温度为40404040C C C C和规定和规定和规定和规定(gudng)(gudng)(gudng)(gudng)的冷却状态下，稳定的冷却状态下，稳定的冷却状态下，稳定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时
45、所允许流过的最大工频正弦半波电流的结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。平均值。标称其额定电流的参数。平均值。标称其额定电流的参数。平均值。标称其额定电流的参数。使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。维持电流维持电流维持电流维持电流 IH IH IH IH 使晶闸管维持导通所必需的最小电流。使晶闸管维持导通所必需的最小电流
46、。使晶闸管维持导通所必需的最小电流。使晶闸管维持导通所必需的最小电流。擎住电流擎住电流擎住电流擎住电流 IL IL IL IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通能维持导通能维持导通能维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说，通常所需的最小电流。对同一晶闸管来说，通常所需的最小电流。对同一晶闸管来说，通常所需的最小电流。对同一晶闸管来说，通常ILILILIL约为约为约为约为IHIHIHIH的的的的24242424倍。倍。倍。倍。浪涌电流浪涌电流浪涌电流浪涌电流
47、ITSMITSMITSMITSM指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流复性最大正向过载电流复性最大正向过载电流复性最大正向过载电流 。2 2）电流）电流(dinli)(dinli)定额定额第35页/共117页第三十六页，共117页。1-37 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 除开通时间除开通时间除开通时间除开通时间tgttgttgttgt和关断时间和关断时间和关断时间和关断时间tqtqtqtq外，还有：外，还有：外
48、，还有：外，还有：断态电压临界上升率断态电压临界上升率断态电压临界上升率断态电压临界上升率du/dt du/dt du/dt du/dt 指指指指在在在在额额额额定定定定结结结结温温温温和和和和门门门门极极极极开开开开路路路路的的的的情情情情况况况况下下下下，不不不不导导导导致致致致晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管从从从从断断断断态态态态到到到到通通通通 态态态态转转转转换换换换(zhunhun)(zhunhun)(zhunhun)(zhunhun)的的的的外外外外加加加加电电电电压压压压最最最最大大大大上上上上升率。升率。升率。升率。电电电电压压压压上上上上升升升升率率率率过过过过大大大大，使使使使
49、结结结结电电电电容容容容充充充充电电电电电电电电流流流流足足足足够够够够大大大大，造造造造成成成成晶闸管误导通晶闸管误导通晶闸管误导通晶闸管误导通 。通态电流临界上升率通态电流临界上升率通态电流临界上升率通态电流临界上升率di/dtdi/dtdi/dtdi/dt 指指指指在在在在规规规规定定定定条条条条件件件件下下下下，晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管能能能能承承承承受受受受而而而而无无无无有有有有害害害害影影影影响响响响的最大通态电流上升率。的最大通态电流上升率。的最大通态电流上升率。的最大通态电流上升率。如如如如果果果果电电电电流流流流上上上上升升升升太太太太快快快快，可可可可能能能能造造造造成成
50、成成局局局局部部部部过过过过热热热热而而而而使使使使晶晶晶晶闸闸闸闸管损坏。管损坏。管损坏。管损坏。3 3）动态）动态(dngti)(dngti)参数参数第36页/共117页第三十七页，共117页。1-38晶闸管的派生晶闸管的派生晶闸管的派生晶闸管的派生(pishng)(pishng)(pishng)(pishng)器件器件器件器件1.1.有快速晶闸管和高频晶闸管。有快速晶闸管和高频晶闸管。有快速晶闸管和高频晶闸管。有快速晶闸管和高频晶闸管。2.2.开关时间以及开关时间以及开关时间以及开关时间以及du/dtdu/dt和和和和di/dtdi/dt耐量都有明显改善。耐量都有明显改善。耐量都有明显改