【正文】 半控器件 — 晶閘管 引言 晶閘管 （ Thyristor） ：晶體閘流管 ， 可控硅整流器 （ Silicon Controlled Rectifier——SCR） 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 AAGGKKb) c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3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) 123 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 常用 晶閘管的結(jié)構(gòu) 螺栓型晶閘管 晶閘管模塊 平板型晶閘管外形及結(jié)構(gòu) 124 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 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 125 晶閘管的基本特性 （ 1）正向特性 正向 導(dǎo)通 雪崩 擊穿 O + U A U A I A I A I H I G2 I G1 I G = 0 U bo U DSM U DRM U RRM U RSM 1） 靜態(tài)特性 晶閘管的伏安特性 IG2IG1IG （ 2）反向特性 126 晶閘管的基本特性 （ 1） 開通過程 100% 90% 10% u AK t t O 0 t d t r t rr t gr U RRM I RM i A （ 2) 關(guān)斷過 2） 動(dòng)態(tài)特性 晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形 127 晶閘管的主要參數(shù) 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓 UDRM —— 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 。 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 。 選用時(shí) ， 一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓 2~3倍 。 使用注意： 1） 電壓定額 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。 通態(tài)（峰值）電壓 UT —— 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。 128 晶閘管的主要參數(shù) 通態(tài)平均電流 IT(AV） —— 在環(huán)境溫度為 40?C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時(shí)所允許流過的 最大工頻正弦半波電流的平均值 。標(biāo)稱其額定電流的參數(shù)。使用時(shí)應(yīng)按 有效值相等的原則 來選取晶閘管。 2） 電流定額 維持電流 IH —— 使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。 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)同一晶閘管來說 ， 通常 IL約為 IH的2~4倍 。 浪涌電流 ITSM —— 指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流 。 129 晶閘管的主要參數(shù) 通態(tài)電流臨界上升率 di/dt — 指在規(guī)定條件下 ， 晶閘管能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率 。 — 如果電流上升太快 ， 可能造成局部過熱而使晶閘管損壞 。 3） 動(dòng)態(tài)參數(shù) 除開通時(shí)間 tgt和關(guān)斷時(shí)間 tq外，還有： 斷態(tài)電壓臨界上升率 du/dt — 指在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，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。 — 電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通。 130 晶閘管的派生器件 有 快速晶閘管 和 高頻晶閘管 。 1） 快速晶閘管 （ Fast Switching Thyristor—— FST) 開關(guān)時(shí)間以及 du/dt和 di/dt耐量都有明顯改善。 普通晶閘管關(guān)斷時(shí)間數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)十微秒，高頻晶閘管 10?s左右 。 高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額都不易做高。 由于工作頻率較高，不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。 131 晶閘管的派生器件 2） 雙向晶閘管 （ Triode AC Switch—— TRIAC或 Bidirectional triode thyristor） 雙向晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性 a) 電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性 O I G b) I U = 0 a) G T 1 T 2 132 晶閘管的派生器件 3) 逆導(dǎo)晶閘管 （ Reverse Conducting Thyristor—— RCT） a) K G A b) U O I I G = 0 逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性 a) 電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性 133 晶閘管的派生器件 4) 光控晶閘管 （ Light Triggered Thyristor—— LTT） A G K a) b) 光強(qiáng)度 弱 強(qiáng) AK O U I A 光控晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性 a) 電氣圖形符號(hào) b) 伏安特性 134 典型全控型器件 門極可關(guān)斷晶閘管 電力晶體管 電力場效應(yīng)晶體管 絕緣柵雙極晶體管 135 典型全控型器件 引言 常用的 典型全控型器件 電力 MOSFET IGBT單管及模塊 136 門極可關(guān)斷晶閘管 (GTO) 結(jié)構(gòu) ： c)圖1 1 3AG K G GKN1P1N2N2 P2b)a)AGKGTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) a) 各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b) 并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖 1） GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理 與普通晶閘管的 相同點(diǎn) ： PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽極、陰極和門極。 和普通晶閘管的 不同點(diǎn) ： GTO是一種多元的功率集成器件。 137 工作原理 ： RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a) b)晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 ?1+?2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。 1） GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理 138 門極可關(guān)斷晶閘管 O t i G 0 t i A I A 90% I A 10% I A t t t f t s t d t r t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 GTO的開通和關(guān)斷過程電流波形 2) GTO的動(dòng)態(tài)特性 139 門極可關(guān)斷晶閘管 3) GTO的主要參數(shù) —— 延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和。延遲時(shí)間一般約1~2?s，上升時(shí)間則隨通態(tài)陽極電流的增大而增大。 —— 一般指儲(chǔ)存時(shí)間和下降時(shí)間之和，不包括尾部時(shí)間。下降時(shí)間一般小于 2?s。 （ 2） 關(guān)斷時(shí)間 toff （ 1） 開通時(shí)間 ton 不少 GTO都制造成逆導(dǎo)型 ， 類似于逆導(dǎo)晶閘管 ， 需承受反壓時(shí) ， 應(yīng)和電力二極管串聯(lián) 。 許多參數(shù)和普通晶閘管相應(yīng)的參數(shù)意義相同，以下只介紹意義不同的參數(shù)。 140 門極可關(guān)斷晶閘管 （ 3） 最大可關(guān)斷陽極電流 IATO （ 4） 電流關(guān)斷增益 ?off ——GTO額定電流。 ——最大可關(guān)斷陽極電流與門極負(fù)脈沖電流最大值 IGM之比稱為電流關(guān)斷增益。 GMA T Oof f II??3) GTO的主要參數(shù) 141 電力晶體管 (GTR) 1） GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理 GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號(hào)和內(nèi)部載流子的流動(dòng) a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖