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第9章 电力电子技术 9.1电力半导体器件 常用的电力半导体器件按控制方式来分类： 不可控器件 半可控器件 全可控器件。 不可控器件 整流二极管 快速恢复二极管 肖特基二极管 半可控器件 普通晶闸管 高频晶闸管 双向晶闸管 光控晶闸管 全可控器件 功率晶体管（BJT） 功率场效应管（Power MOSFET） 绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 静电感应晶体管（SFT） 可关断晶闸管（GTO） 静电感应晶闸管（SITH） 9.1.1 晶闸管 晶闸管（thyristor）是硅晶体闸流管的简称，是一种大功率半可控元件，俗称可控硅（silicon controlled rectifier，简称SCR）。晶闸管的出现起到了弱电控制与强电输出之间的桥梁作用 。 晶闸管的结构 晶闸管是三端（阳极A、阴极K、门极G）四层半导体开关器件 晶闸管的工作原理 （1）晶闸管的导通条件。在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时在它的门极和阴极同也加正向电压，两者缺一不可。 （2）晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，因此门极所加的触发电压一般为脉冲电压。晶闸管从阻断变为导通的过程称为触发导通。 （3）晶闸管的关断条件。使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流IH。维持电流IH是保持晶闸管导通的最小电流。 晶闸管的伏安特性 晶闸管的主要参数 （1）额定电压UR 通常按照电路中晶闸管正常工作峰值电压的2～3倍的电压值选定为晶闸管的额定电压，以确保用电安全。 （2）通态峰值电压UTM 规定为额定电流时的管压降峰值，一般为1.5～2.5V，且随阳极电流的增大而略微增加。额定电流时的通态平均电压降一般为1V左右。 （3）额定电流IR 在环境温度不大于40℃和标准散热及全导通的条件下，晶闸管元件可以连续通过的工频正弦半波电流（在一个周期内）的平均值，称为额定通态平均电流IT，简称额定电流。 （4）浪涌电流ITSM 晶闸管在规定的极短时间内所允许通过的冲击电流值，通常ITSM比额定电流IR大4π倍。例如额定电流为100A的元件，其值为（1.3～1.9）kA。 （5）维持电流IH 在规定的环境温度和控制极断路时，维持元件继续导通的最小电流称维持电流IH，一般为几十mA～一百多mA， （6）擎住电流IL晶闸管在触发电流作用下被触发导通后，只要晶闸管中的电流达到某一临界值时，就可以把触发电流撤除，这时晶闸管仍自动维持通态，这个临界电流值称为擎住电流IL。通常擎住电流IL要比维持电流IH大2～4倍。 9.1.2 其它电力半导体器件 1. 双向晶闸管（TRIAC） 双向晶闸管的外形与普通晶闸管类似，可直接工作于交流电源，其控制极对于电源的两个半周均有触发控制作用，即双方向均可由控制极触发导通，它相当于两只普通的晶闸管反并联，故称为双向晶闸管或交流晶闸管。 2. 可关断晶闸管（GTO） 3. 电力晶体管（GTR） 电力晶体管是一种双极性大功率高反压晶体管，可在高电压和强电流下使用，这种晶体管称为电力晶体管，也称功率晶体管或巨型晶体管，简称GTR。GTR大多采用NPN型。电力晶体管在应用中多数作为功率开关使用，主要要求其有足够的容量（高电压、大电流）、适当的增益、较高的工作速度和较低的功率损耗等。当GTR饱和导通时，其正向压降为（0.3～0.8）V，而晶闸管一般为1V左右。 4. 电力场效应晶体管（电力MOSFET） 场效应管有三个电极，栅极G、漏极D和源极S。由栅极控制漏极和源极之间的等效电阻，使场效应管处于截止或导通状态。场效应管可分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管两大类。 5. 绝缘栅双极晶体管（IGBT） IGBT从结构上可以看做是一种复合器件，图形符号和内部结构等效电路如图9-8所示。其输入控制部分为MOSFET，输出级为双极结型三极晶体管，因此兼有MOSFET和GTR的优点，即高输入阻抗、电压控制、驱动功率小、开关速度快、工作频率高、饱和压降低、电压电流容量较大、安全工作区域宽等特点。 9.2电力半导体器件的驱动电路 9.2.1 半控型电力半导体器件的驱动电路 （3）为了实现变流电路输出的电压连续可调，触发脉冲应能在一定的范围进行移相。例如，单相全控桥电阻负载要求触发脉冲移相范围为180°；而三相全控桥电感性负载（不接续流管时）要求触发脉冲的移相范围是90°。 （4）多数晶闸管电路还要求触发脉冲的前沿要陡，以实现精确的触发导通控制。当负载为电感性时，晶闸管的触发脉冲必须具有一定的宽度，以保证晶闸管的电流上升到擎住电流以上，使器件可靠导通。 1. 单结晶体管的结构和特性 2. 单结晶体管的自振荡电路 3. 单结晶体管触发电路 9.2.2 全控型电力半导体器件的驱动电路 驱动电路的具