第五章 3 电力电子器件.ppt

■电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动 电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。 ?通态损耗是电力电子器件功率损耗的主要成因。 ?当器件的开关频率较高时，开关损耗会随之增 大而可能成为器件功率损耗的主要因素。 半控型器件——晶闸管 1. 晶闸管的结构与工作原理 2. 晶闸管的基本特性 3. 晶闸管的主要参数 4. 晶闸管的派生器件 5. 典型全控型器件 半控器件—晶闸管 ■晶闸管是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器（SCR），以前被简称为可控硅。 ■1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管，到1957年美国通用电气公司开发出了世界上第一只晶闸管产品，并于1958年使其商业化。 ■由于其能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高 的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地 位。 1. 晶闸管的结构与工作原理 ■晶闸管的结构 ◆从外形上来看，晶闸管也主要有螺栓型和平板型两种封装结构 。 ◆引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端。 ◆内部是PNPN四层半导体结构。 晶闸管的可控性 1、晶闸管承受反向阳极电压 2、晶闸管承受正向阳极电压 3、晶闸管导通后 4、晶闸管导通后 ● 晶闸管承受正向阳极电压时，当门极承受正向电压　 时，晶闸管才能由截止变为导通 ● 晶闸管导通后门极失去控制作用 ● 晶闸管导通后，当阳极电压为０或使阳极电压反向　 后，晶闸管关断 晶闸管工作原理 将晶闸管等效为一个NPN型和PNP型管 1. 晶闸管的结构与工作原理 1. 晶闸管的结构与工作原理 ◆晶体管的特性是：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，? 迅速增大。 ◆在晶体管阻断状态下，IG=0，而?1+?2是很小的。由上式 可看出，此时流过晶闸管的漏电流只是稍大于两个晶体管 漏电流之和。 ◆如果注入触发电流使各个晶体管的发射极电流增大以致 ?1+?2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA（阳极电流）将 趋近于无穷大，从而实现器件饱和导通。 ◆由于外电路负载的限制，IA实际上会维持有限值。 1. 晶闸管的结构与工作原理 ■除门极触发外其他几种可能导通的情况 ◆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du/dt过高 ◆结温较高 ◆光触发 ■这些情况除了光触发由于可以保证控制电路与 主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中 之外，其它都因不易控制而难以应用于实践。只 有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。 2. 晶闸管的基本特性 ■静态特性 ◆正常工作时的特性 ?当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 。 ?当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通 。 ?晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通 。 ?若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。 2. 晶闸管的基本特性 ◆晶闸管的伏安特性 ?正向特性 √当IG=0时，如果在器件两端施加正向电压，则晶闸管处于正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过。 √如果正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通 。 √随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低，晶闸管本身的压降很小，在1V左右。 √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IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态，IH称为维持电流。 2. 晶闸管的基本特性 2. 晶闸管的基本特性 ■动态特性 ◆开通过程 ?由于晶闸管内部的正反馈 过程需要时间，再加上外电路 电感的限制，晶闸管受到触发 后，其阳极电流的增长不可能 是瞬时的。 ?延迟时间td (0.5~1.5?s) 上升时间tr (0.5~3?s) 开通时间tgt=td+tr ?延迟时间随门极电流的增 大而减小,上升时间除反映晶 闸管本身特性外，还受到外电 路电感的严重影响。提高阳极 电压,延迟时间和上升时间都 可显著缩短。 2. 晶闸管的基本特性 ◆关断过