西安交大_電力電子技術(shù)

1、PE N E C電力電子技術(shù)電子教案第第1 1章章 電力電子器件電力電子器件西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第2頁(yè)第第1章章 電力電子器件電力電子器件 引言引言1.11.1電力電子器件概述電力電子器件概述1.21.2不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管1.31.3半控型器件半控型器件晶閘管晶閘管1.4 1.4 典型全控型器件典型全控型器件 1.5 1.5 其他新型電力電子器件其他新型電力電子器件 1.6 1.6 電力電子

2、器件的驅(qū)動(dòng)電力電子器件的驅(qū)動(dòng) 1.7 1.7 電力電子器件的保護(hù)電力電子器件的保護(hù) 1.8 1.8 電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用 小結(jié)小結(jié) 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第3頁(yè)引引 言言 電子技術(shù)的基礎(chǔ)電子技術(shù)的基礎(chǔ) 電子器件：晶體管和電子器件：晶體管和 集成電路集成電路 電力電子電路的基礎(chǔ)電力電子電路的基礎(chǔ) 電力電子器件電力電子器件 本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：簡(jiǎn)要概述電力電子器件的概念、特點(diǎn)

3、和分類等簡(jiǎn)要概述電力電子器件的概念、特點(diǎn)和分類等 問(wèn)題問(wèn)題介紹各種常用電力電子器件的工作原理、基本特介紹各種常用電力電子器件的工作原理、基本特 性性,主要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意的一些問(wèn)題主要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意的一些問(wèn)題 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第4頁(yè)1.11.1電力電子器件概述電力電子器件概述1.11.1電力電子器件概述電力電子器件概述 1.1.1 1.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和

4、特征 1.1.2 1.1.2 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成 1.1.3 1.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類 1.1.4 1.1.4 本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點(diǎn)本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點(diǎn)西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第5頁(yè)1.11.1電力電子器件概述電力電子器件概述1.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征主電路主電路（main power circuit）電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承

5、擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路電力電子器件電力電子器件（power electronic device）可直接用于處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第6頁(yè)1.1.1 1.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征廣義上電力電子器件可分為電真空器件和半導(dǎo)體器件兩類。兩類中，自20世紀(jì)50年代以來(lái)，真空管僅在頻率很高（如微波）的大功率高頻電源中還在使用，而電力半導(dǎo)體器

6、件已取代了汞弧整流器（Mercury Arc Rectifier）、閘流管（Thyratron）等電真空器件，成為絕對(duì)主力。因此，電力電子器件目前也往往專指電力半導(dǎo)體器件。電力半導(dǎo)體器件所采用的主要材料仍然是硅。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第7頁(yè)1.1.1 1.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的一般特征： (1) 能處理電功率的大小，即承受電壓和電流 的能力

7、，是最重要的參數(shù)其處理電功率的能力小至毫瓦級(jí)，大至兆瓦級(jí), 大多都遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第8頁(yè)1.1.1 1.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征 (2) 電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)導(dǎo)通時(shí)（通態(tài)）阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，而電流由外電路決定阻斷時(shí)（斷態(tài)）阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，而管子兩端電壓由外電路決定電力電子器件的動(dòng)態(tài)特性（也就是開(kāi)關(guān)特

8、性）和參數(shù)，也是電力電子器件特性很重要的方面，有些時(shí)候甚至上升為第一位的重要問(wèn)題。作電路分析時(shí)，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)往往用理想開(kāi)關(guān)來(lái)代替 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第9頁(yè)1.1.1 1.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征 (3) 實(shí)用中，電力電子器件往往需要由信息電子電路來(lái)控制。在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大，這就是電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路。(4)為保證不致于因損耗

9、散發(fā)的熱量導(dǎo)致器件溫 度過(guò)高而損壞，不僅在器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。導(dǎo)通時(shí)器件上有一定的通態(tài)壓降，形成通態(tài)損耗 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第10頁(yè)1.1.1 1.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征阻斷時(shí)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過(guò)，形成斷態(tài)損耗在器件開(kāi)通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗，總稱開(kāi)關(guān)損耗對(duì)某些器件來(lái)講，驅(qū)動(dòng)電路向其注入的功率也是造成器件發(fā)熱的原因之一

10、通常電力電子器件的斷態(tài)漏電流極小，因而通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因器件開(kāi)關(guān)頻率較高時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗會(huì)隨之增大而可能成為器件功率損耗的主要因素 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第11頁(yè)1.1.2 1.1.2 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成1.1.2 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成電力電子系統(tǒng)電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成 圖1-1 電力電子器件在

11、實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成控制電路按系統(tǒng)的工作要求形成控制信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路去控制主電路中電力電子器件的通或斷，來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)的功能 控制電路檢測(cè)電路驅(qū)動(dòng)電路RL主電路V1V2 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第12頁(yè)1.1.2 1.1.2 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成有的電力電子系統(tǒng)中，還需要有檢測(cè)電路。廣義上往往其和驅(qū)動(dòng)電路等主電路之外的電路都?xì)w為控制電路，從而粗略地說(shuō)電力電子系統(tǒng)是由主電路和控制電路組

12、成的。主電路中的電壓和電流一般都較大，而控制電路的元器件只能承受較小的電壓和電流，因此在主電路和控制電路連接的路徑上，如驅(qū)動(dòng)電路與主電路的連接處，或者驅(qū)動(dòng)電路與控制信號(hào)的連接處，以及主電路與檢測(cè)電路的連接處，一般需要進(jìn)行電氣隔電氣隔離離，而通過(guò)其它手段如光、磁等來(lái)傳遞信號(hào)。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第13頁(yè)1.1.2 1.1.2 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成由于主電路中往往有電壓和電流的過(guò)沖，

13、而電力電子器件一般比主電路中普通的元器件要昂貴，但承受過(guò)電壓和過(guò)電流的能力卻要差一些，因此，在主電路和控制電路中附加一些保護(hù)電路，以保證電力電子器件和整個(gè)電力電子系統(tǒng)正常可靠運(yùn)行，也往往是非常必要的。器件一般有三個(gè)端子（或稱極或管角），其中兩個(gè)聯(lián)結(jié)在主電路中，而第三端被稱為控制端（或控制極）。器件通斷是通過(guò)在其控制端和一個(gè)主電路端子之間加一定的信號(hào)來(lái)控制的，這個(gè)主電路端子是驅(qū)動(dòng)電路和主電路的公共端，一般是主電路電流流出器件的端子。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC)

14、) )制作制作制作PE N E C第1章第14頁(yè)1.1.3 1.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類1.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類按照器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度，分為以下三類： (1) 半控型器件通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第15頁(yè)1.1.3 1.1.3

15、電力電子器件的分類電力電子器件的分類 (2) 全控型器件通過(guò)控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件絕緣柵雙極晶體管（Insulated-Gate Bipolar TransistorIGBT）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Power MOSFET，簡(jiǎn)稱為電力MOSFET）門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-Off Thyristor GTO） 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第16頁(yè)1.1.3 1.1.3 電力電子器件的

16、分類電力電子器件的分類(3) 不可控器件不可控器件不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通斷，不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通斷， 因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路電力二極管（Power Diode） 只有兩個(gè)端子，器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的 按照驅(qū)動(dòng)電路加在器件控制端和公共端之間信號(hào)按照驅(qū)動(dòng)電路加在器件控制端和公共端之間信號(hào)的的 性質(zhì)，分為兩類：性質(zhì)，分為兩類：電流驅(qū)動(dòng)型通過(guò)從控制端注入或者抽出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制電壓驅(qū)動(dòng)型僅通過(guò)在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中

17、心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第17頁(yè)1.1.3 1.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類電壓驅(qū)動(dòng)型器件實(shí)際上是通過(guò)加在控制端上的電壓在器件的兩個(gè)主電路端子之間產(chǎn)生可控的電場(chǎng)來(lái)改變流過(guò)器件的電流大小和通斷狀態(tài)，所以又稱為場(chǎng)控器件，或場(chǎng)效應(yīng)器件 按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類：情況分為三類：?jiǎn)螛O型器件由一種載流子參與導(dǎo)電的器件雙極型器件由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件復(fù)合型器件由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件 西安

18、交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第18頁(yè)1.1.4 1.1.4 本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點(diǎn)本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點(diǎn)介紹各種器件的工作原理、基本特性、主要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意的一些問(wèn)題，然后集中講述電力電子器件的驅(qū)動(dòng)、保護(hù)和串、并聯(lián)使用這三個(gè)問(wèn)題。最重要的是掌握其基本特性掌握電力電子器件的型號(hào)命名法，以及其參數(shù)和特性曲線的使用方法，這是在實(shí)際中正確應(yīng)用電力電子器件的兩個(gè)基本要求由于電力電子電路的工作特點(diǎn)和具體情況的不同，可能會(huì)對(duì)與電力電子

19、器件用于同一主電路的其它電路元件，如變壓器、電感、電容、電阻等，有不同于普通電路的要求 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第19頁(yè)1.2 1.2 不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管1.21.2不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管 1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理 1.2.2 1.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性 1.2.3 1.2.3 電力二極管的主要參

20、數(shù)電力二極管的主要參數(shù) 1.2.4 1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第20頁(yè)1.21.2不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管Power Diode結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠，自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用快恢復(fù)二極管和肖特基二極管，分別 在中、高頻整流和逆變，以及低壓高頻整流的場(chǎng)合，具有不可替代的地位 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源

21、技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第21頁(yè)1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝 圖1-2 電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號(hào)AKAKa)IKAPNJb)c) 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電

22、子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第22頁(yè)1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合后構(gòu)成PN結(jié)。交界處電子和空穴的濃度差別，造成了各區(qū)的多子向另一區(qū)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，到對(duì)方區(qū)內(nèi)成為少子，在界面兩側(cè)分別留下了帶正、負(fù)電荷但不能任意移動(dòng)的雜質(zhì)離子。這些不能移動(dòng)的正、負(fù)電荷稱為空間電荷空間電荷。空間電荷建立的電場(chǎng)被稱為內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)或自建電場(chǎng)自建電場(chǎng)，其方向是阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的，另一方面又吸引對(duì)方區(qū)內(nèi)的少子（對(duì)本區(qū)而言則為多子）向本區(qū)運(yùn)動(dòng)，即漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

23、和漂移運(yùn)動(dòng)既相互聯(lián)系又是一對(duì)矛盾，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，正、負(fù)空間電荷量達(dá)到穩(wěn)定值，形成了一個(gè)穩(wěn)定的由空間電荷構(gòu)成的范圍，被稱為空間電荷區(qū)，按所強(qiáng)調(diào)的角度不同也被稱為耗盡層耗盡層、阻擋層阻擋層或勢(shì)壘區(qū)勢(shì)壘區(qū)。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第23頁(yè)1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理 PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)結(jié)的正向?qū)顟B(tài) 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得PN結(jié)在正向電流較大時(shí)壓降仍然很低，維持在1V

24、左右，所以正向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為低阻態(tài)圖1-3 PN結(jié)的形成-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。+-+-+-+-+-空間電荷區(qū)P型區(qū)N型區(qū)內(nèi)電場(chǎng) 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第24頁(yè) 1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理PN結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài)結(jié)的反向截止?fàn)顟B(tài) PN結(jié)的單向?qū)щ娦?二極管的基本原理就在于PN結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一 主 要特征PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反

25、向擊穿 有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式，可能導(dǎo)致熱擊穿PN結(jié)的電容效應(yīng)：結(jié)的電容效應(yīng)： PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)電容效應(yīng)，稱 為結(jié)電容結(jié)電容CJ，又稱為微分電容微分電容。結(jié)電容按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容CB和擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容CD 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第25頁(yè)1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理勢(shì)壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用，外加電

26、壓頻率越高，勢(shì)壘電容作用越明顯。勢(shì)壘電容的大小與PN結(jié)截面積成正比，與阻擋層厚度成反比而擴(kuò)散電容僅在正向偏置時(shí)起作用。在正向偏置時(shí)，當(dāng)正向電壓較低時(shí)，勢(shì)壘電容為主；正向電壓較高時(shí)，擴(kuò)散電容為結(jié)電容主要成分結(jié)電容影響PN結(jié)的工作頻率，特別是在高速開(kāi)關(guān)的狀態(tài)下，可能使其單向?qū)щ娦宰儾?，甚至不能工作，?yīng)用時(shí)應(yīng)加以注意。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第26頁(yè)1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的

27、工作原理造成電力二極管和信息電子電路中的普通造成電力二極管和信息電子電路中的普通二極管區(qū)別的一些因素：二極管區(qū)別的一些因素：正向?qū)〞r(shí)要流過(guò)很大的電流，其電流密度較大，因而額外載流子的注入水平較高，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不能忽略引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響承受的電流變化率di/dt較大，因而其引線和器件自身的電感效應(yīng)也會(huì)有較大影響為了提高反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降較大 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第27頁(yè) 1.2

28、.2 1.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性1.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性圖1-4 電力二極管的伏安特性 IOIFUTOUFU西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第28頁(yè)1.2.2 1.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性1. 靜態(tài)特性（靜態(tài)特性（電力二極管伏安特性圖電力二極管伏安特性圖）主要指其伏安特性 當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到一定值（門檻電壓UTO），正向電流才開(kāi)始明顯增

29、加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。當(dāng)電力二極管承受反向電壓時(shí)，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。2. 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性因結(jié)電容的存在，三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，此過(guò)程中的電壓電流特性是隨時(shí)間變化的 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第29頁(yè)1.2.2 1.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性開(kāi)關(guān)特性開(kāi)關(guān)特性反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換

30、過(guò)程關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷過(guò)程：須經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài) 在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過(guò)沖 圖1-5 電力二極管的動(dòng)態(tài)過(guò)程波形 a) 正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置 b) 零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置 b)UFPuiiFuFtfrt02Va)IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第30頁(yè)1.2.2 1.2.2 電力二極管的

31、基本特性電力二極管的基本特性 b)UFPuiiFuFtfrt02Va)IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt 延遲時(shí)間：td= t1- t0, 電流下降時(shí)間：tf= t2- t1 反向恢復(fù)時(shí)間：trr= td+ tf 恢復(fù)特性的軟度：下降時(shí)間與延遲時(shí)間 的比值tf /td，或稱恢復(fù)系數(shù)，用Sr表示正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置 零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第31頁(yè)1.2.

32、2 1.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性開(kāi)通過(guò)程開(kāi)通過(guò)程： 電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過(guò)沖UFP，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值（如 2V）。這一動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間被稱為正向恢復(fù)時(shí)間tfr。電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用需一定的時(shí)間來(lái)儲(chǔ)存大量少子，達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上升率越大，UFP越高 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第32頁(yè)1.2.3 1.2.3 電力二

33、極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)1. 正向平均電流正向平均電流IF(AV) 額定電流在指定的管殼溫度（簡(jiǎn)稱殼溫，用TC表示）和散熱條件下，其允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定義的，因此使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來(lái)選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。當(dāng)用在頻率較高的場(chǎng)合時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗造成的發(fā)熱往往不能忽略當(dāng)采用反向漏電流較大的電力二極管時(shí)，其斷態(tài)損耗造成的發(fā)熱效應(yīng)也不小 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N

34、 E C第1章第33頁(yè)1.2.3 1.2.3 電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)2. 正向壓降正向壓降UF指電力二極管在指定溫度下，流過(guò)某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降有時(shí)參數(shù)表中也給出在指定溫度下流過(guò)某一瞬態(tài)正向大電流時(shí)器件的最大瞬時(shí)正向壓降3. 反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URRM指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓通常是其雪崩擊穿電壓UB的2/3使用時(shí)，往往按照電路中電力二極管可能承受的反向最高峰值電壓的兩倍來(lái)選定 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENEC

35、PENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第34頁(yè)1.2.3 1.2.3 電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)4. 最高工作結(jié)溫最高工作結(jié)溫TJM結(jié)溫結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用TJ表示最高工作結(jié)溫最高工作結(jié)溫是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度TJM通常在125175C范圍之內(nèi)5. 反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間trrtrr= td+ tf ，關(guān)斷過(guò)程中，電流降到0起到恢復(fù)反響阻斷能力止的時(shí)間6. 浪涌電流浪涌電流IFSM指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過(guò)電流。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安

36、交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第35頁(yè)1.2.4 1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型按照正向壓降、反向耐壓、反向漏電流等性能，特別是反向恢復(fù)特性的不同介紹在應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同場(chǎng)合的不同要求選擇不同類型的電力二極管性能上的不同是由半導(dǎo)體物理結(jié)構(gòu)和工藝上的差別造成的 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制

37、作制作PE N E C第1章第36頁(yè)1.2.4 1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型1. 普通二極管普通二極管（General Purpose Diode）又稱整流二極管（Rectifier Diode）多用于開(kāi)關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路中其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5 s以上，這在開(kāi)關(guān)頻率不高時(shí)并不重要正向電流定額和反向電壓定額可以達(dá)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1

38、章第37頁(yè)1.2.4 1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型2. 快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管（Fast Recovery Diode FRD）恢復(fù)過(guò)程很短特別是反向恢復(fù)過(guò)程很短（5 s以下）的二極管，也簡(jiǎn)稱快速二極管工藝上多采用了摻金措施有的采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)有的采用改進(jìn)的PiN結(jié)構(gòu) 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第38頁(yè)1.2.4 1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型采用外延型PiN結(jié)構(gòu)的的快恢

39、復(fù)外延二極管快恢復(fù)外延二極管（Fast Recovery Epitaxial DiodesFRED），其反向恢復(fù)時(shí)間更短（可低于50ns），正向壓降也很低（0.9V左右），但其反向耐壓多在400V以下從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100ns以下，甚至達(dá)到2030ns。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第39頁(yè)1.2.4 1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類

40、型3. 肖特基二極管肖特基二極管以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢(shì)壘二極管（Schottky Barrier DiodeSBD），簡(jiǎn)稱為肖特基二極管20世紀(jì)80年代以來(lái)，由于工藝的發(fā)展得以在電力電子電路中廣泛應(yīng)用肖特基二極管的弱點(diǎn)肖特基二極管的弱點(diǎn)當(dāng)反向耐壓提高時(shí)其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求，因此多用于200V以下反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制

41、作制作PE N E C第1章第40頁(yè)1.2.4 1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)反向恢復(fù)時(shí)間很短（1040ns）正向恢復(fù)過(guò)程中也不會(huì)有明顯的電壓過(guò)沖在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管其開(kāi)關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第41頁(yè)1.3 1.3 半控器件半控器件晶閘管晶閘管1.31.3半控型器件半控

42、型器件晶閘管晶閘管 1.3.1 1.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性 1.3.3 1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) 1.3.4 1.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第42頁(yè)1.31.3半控型器件半控型器件晶閘管晶閘管晶閘管晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器（Silicon Co

43、ntrolled RectifierSCR） 1956年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室（Bell Lab）發(fā)明了晶閘管 1957年美國(guó)通用電氣公司（GE）開(kāi)發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品 1958年商業(yè)化 開(kāi)辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代 20世紀(jì)80年代以來(lái)，開(kāi)始被性能更好的全控型器件取代 能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，在大容量的場(chǎng)合具有重要地位晶閘管往往專指晶閘管的一種基本類型普通晶閘管廣義上講，晶閘管還包括其許多類型的派生器件 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) )

44、 )制作制作制作PE N E C第1章第43頁(yè)1.3.1 1.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 外形有螺栓型和平板型兩種封裝引出陽(yáng)極A、陰極K和門極（控制端）G三個(gè)聯(lián)接端對(duì)于螺栓型封裝，通常螺栓是其陽(yáng)極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便平板型封裝的晶閘管可由兩個(gè)散熱器將其夾在中間圖1-6 晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號(hào) AAGGKKb)c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPE

45、NEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第44頁(yè)1.3.1 1.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)圖1-7 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理a) 雙晶體管模型 b) 工作原理Ic1=1 IA + ICBO1 （1-1）Ic2=2 IK + ICBO2 （1-2）西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第4

46、5頁(yè)1.3.1 1.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 IK=IA+IG （1-3） IA=Ic1+Ic2 （1-4）式中1和2分別是晶體管V1和V2的共基極電流增益；ICBO1和ICBO2分別是V1和V2的共基極漏電流。由以上式（1-1）（1-4）可得 （1-5）晶體管的特性是：在低發(fā)射極電流下 是很小的，而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來(lái)之后， 迅速增大。 )(121CBO2CBO1G2AIIII西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N

47、 E C第1章第46頁(yè)1.3.1 1.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理阻斷狀態(tài)：IG=0，1+2很小。流過(guò)晶閘管的漏電流稍大于兩個(gè)晶體管漏電流之和開(kāi)通（門極觸發(fā)）：注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致1+2趨近于1的話，流過(guò)晶閘管的電流IA（陽(yáng)極電流）將趨近于無(wú)窮大，實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通。IA實(shí)際由外電路決定。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第47頁(yè)1.3.1 1.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)

48、與工作原理其他幾種可能導(dǎo)通的情況其他幾種可能導(dǎo)通的情況：陽(yáng)極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng) 陽(yáng)極電壓上升率du/dt過(guò)高結(jié)溫較高光直接照射硅片，即光觸發(fā)光觸發(fā) 光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路之間的良好絕緣而應(yīng)用于高壓電力設(shè)備中之外，其它都因不易控制而難以應(yīng)用于實(shí)踐，稱為光控晶閘管光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT）只有門極觸發(fā)（包括光觸發(fā)）是最精確、迅速而可靠的控制手段 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE

49、N E C第1章第48頁(yè)1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性1. 靜態(tài)特性靜態(tài)特性承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開(kāi)通晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第49頁(yè)1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性晶閘管的伏安特性晶閘管

50、的伏安特性 第I象限的是正向特性 第III象限的是反向特性 正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM圖1-8 晶閘管的伏安特性IG2IG1IG西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第50頁(yè)1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性IG=0時(shí)，器件兩端施加正向電壓，正向阻斷狀態(tài)，只有很小的正向漏電流流過(guò)，正向電壓超過(guò)臨界極限即正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo，則漏電流急劇

51、增大，器件開(kāi)通隨著門極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低導(dǎo)通后的晶閘管特性和二極管的正向特性相仿晶閘管本身的壓降很小，在1V左右導(dǎo)通期間，如果門極電流為零，并且陽(yáng)極電流降至接近于零的某一數(shù)值IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài)。IH稱為維持電流。（伏安特性圖） 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第51頁(yè)1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性晶閘管上施加反向電壓時(shí)，伏安特性類似二極管的反向特性 晶閘管的門極觸發(fā)電

52、流從門極流入晶閘管，從陰極流出陰極是晶閘管主電路與控制電路的公共端門極觸發(fā)電流也往往是通過(guò)觸發(fā)電路在門極和陰極之間施加觸發(fā)電壓而產(chǎn)生的晶閘管的門極和陰極之間是PN結(jié)J3，其伏安特性稱為門極伏安特性門極伏安特性。為保證可靠、安全的觸發(fā)，觸發(fā)電路所提供的觸發(fā)電壓、電流和功率應(yīng)限制在可靠觸發(fā)區(qū)。（伏安特性圖伏安特性圖） 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第52頁(yè)1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性2. 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)

53、態(tài)特性 圖1-9 晶閘管的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程波形 100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第53頁(yè)1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性1) 開(kāi)通過(guò)程（開(kāi)通過(guò)程（特性圖特性圖)延遲時(shí)間延遲時(shí)間td：門極電流階躍時(shí)刻開(kāi)始，到陽(yáng)極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的10%的時(shí)間上升時(shí)間上升時(shí)間tr：陽(yáng)極電流從10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時(shí)間開(kāi)通時(shí)間開(kāi)通時(shí)間tgt以上

54、兩者之和， tgt=td+ tr （1-6） 普通晶閘管延遲時(shí)間為0.51.5 s，上升時(shí)間為0.53 s 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第54頁(yè)1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性2) 關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷過(guò)程反向阻斷恢復(fù)時(shí)間反向阻斷恢復(fù)時(shí)間trr：正向電流降為零到反向恢復(fù)電流衰減至接近于零的時(shí)間正向阻斷恢復(fù)時(shí)間正向阻斷恢復(fù)時(shí)間tgr：晶閘管要恢復(fù)其對(duì)正向電壓的阻斷能力還需要一段時(shí)間在正向阻斷恢復(fù)時(shí)間內(nèi)如果重

55、新對(duì)晶閘管施加正向電壓，晶閘管會(huì)重新正向?qū)▽?shí)際應(yīng)用中，應(yīng)對(duì)晶閘管施加足夠長(zhǎng)時(shí)間的反向電壓，使晶閘管充分恢復(fù)其對(duì)正向電壓的阻斷能力，電路才能可靠工作 關(guān)斷時(shí)間關(guān)斷時(shí)間tq：trr與tgr之和，即 tq=trr+tgr （1-7)） 普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約幾百微秒。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第55頁(yè)1.3.3 1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)1. 電壓定額電壓定額1) 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDR

56、M在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的 正向峰值電壓。2) 反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URRM 在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。3) 通態(tài)（峰值）電壓通態(tài)（峰值）電壓UTM晶閘管通以某一規(guī)定倍 數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓額定電壓。選用時(shí)，額定電壓要留有一定裕量裕量,一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓23倍 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPEN

57、EC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第56頁(yè)1.3.3 1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)2. 電流定額電流定額 1) 通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流 IT(A V) 額定電流- 晶閘管在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài) 下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫時(shí)所允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值。使用時(shí)應(yīng)按實(shí)際電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原則來(lái)選取晶閘管應(yīng)留一定的裕量，一般取1.52倍 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C

58、第1章第57頁(yè)1.3.3 1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)2) 維持電流維持電流 IH 使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流一般為幾十到幾百毫安，與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，則IH越小3) 擎住電流擎住電流 IL 晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信 號(hào)后， 能維持導(dǎo)通所需的最小電流 對(duì)同一晶閘管來(lái)說(shuō)，通常IL約為IH的24倍4) 浪涌電流浪涌電流ITSM 指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過(guò) 額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過(guò)載電流 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) )

59、 )制作制作制作PE N E C第1章第58頁(yè)1.3.3 1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)3. 動(dòng)態(tài)參數(shù)動(dòng)態(tài)參數(shù) 除開(kāi)通時(shí)間tgt和關(guān)斷時(shí)間tq外，還有： (1) 斷態(tài)電壓臨界上升率斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt 指在額定結(jié)溫和門極開(kāi)路的情況下，不導(dǎo)致晶閘 管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率在阻斷的晶閘管兩端施加的電壓具有正向的上升率時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)電容的J2結(jié)會(huì)有充電電流流過(guò)，被稱為位移電流位移電流。此電流流經(jīng)J3結(jié)時(shí)，起到類似門極觸發(fā)電流的作用。如果電壓上升率過(guò)大，使充電電流足夠大，就會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究

60、中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第59頁(yè)1.3.3 1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)(2) 通態(tài)電流臨界上升率通態(tài)電流臨界上升率di/dt 指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而 無(wú)有害影響的最大通態(tài)電流上升率 如果電流上升太快，則晶閘管剛一開(kāi)通，便會(huì)有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而造成局部過(guò)熱而使晶閘管損壞 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作