【正文】 應(yīng)用的嶄新時(shí)代 。 20世紀(jì) 80年代以來 ， 開始被全控型器件取代 。 能承受的電壓和電流容量最高 ， 工作可靠 ， 在大容量的場合具有重要地位 。 晶閘管 （ Thyristor） ：晶體閘流管 ， 可控硅整流器 （ Silicon Controlled Rectifier——SCR） 20 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) 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 AAGGKKb) c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3A：陽極 K：陰極 G：門極 (控制極 ) 21 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) 22 〔 簡單描述 〕 晶閘管 SCR相當(dāng)于一個(gè)半可控的 、 可開不可關(guān)的單向開關(guān) 。 晶閘管的工作條件的試驗(yàn)電路 ?當(dāng) SCR的陽極和陰極電壓 UAK0，無論門極 G加什么電壓， SCR始終處于關(guān)斷狀態(tài)； ?UAK0時(shí)，只有 EGk0， SCR才能導(dǎo)通。說明 SCR具有正向阻斷能力； ?SCR一旦導(dǎo)通，門極 G將失去控制作用，即無論 EG如何，均保持導(dǎo)通狀態(tài)。 SCR導(dǎo)通后的管壓降為 1V左右，主電路中的電流 I由 R和 RW以及 EA的大小決定； ?當(dāng) UAK0時(shí)，無論 SCR原來的狀態(tài)，都會(huì)使 R熄滅，即此時(shí) SCR關(guān)斷。其實(shí)，在 I逐漸降低（通過調(diào)整 RW）至某一個(gè)小數(shù)值時(shí)，剛剛能夠維持 SCR導(dǎo)通。如果繼續(xù)降低 I，則 SCR同樣會(huì)關(guān)斷。該小電流稱為 SCR的維持電流。 23 ?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。 按 晶體管的工作原理 ，得： 111 C B OAc III ?? ?222 C B OKc III ?? ?GAK III ??21 ccA III ??（ 12） （ 11） （ 13） （ 14） )(1 21C B O 2C B O 1G2A ???????? IIII （ 15） IG（ IB2） ??IC2 （ IB1） ?? IC1 （ IB2）? 導(dǎo)通的過程是一個(gè) 正反饋 過程 。 V V2飽和 24 在低發(fā)射極電流下 ? 是很小的，而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來之后，? 迅速增大（ ?1 ?2 ）。 阻斷狀態(tài) ： IG=0， ?1+?2很小 。 流過晶閘管的漏電流稍大于兩個(gè)晶體管漏電流之和 。 開通狀態(tài) ： 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 ， 流過晶閘管 的電流 IA， 將趨近于無窮大 ， 實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通 。 IA實(shí)際由外電路 決定 。 放大區(qū) O I c i b3 i b2 i b1 i b1 ib2 ib3 U ce 25 陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng) 陽極電壓上升率 du/dt過高 結(jié)溫較高 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 ， 稱為 光控晶閘管 （ Light Triggered Thyristor——LTT） 。 只有門極觸發(fā)是最精確 、 迅速而可靠的控制手段 。 其他幾種可能導(dǎo)通的情況 ： 26 晶閘管的基本特性 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 。 晶閘管正常工作時(shí)的特性總結(jié)如下： 27 （ 1） 正向特性 IG=0時(shí)，器件兩端施加正向電壓，只有很小的正向漏電流，為正向阻斷狀態(tài)。 正向電壓超過正向轉(zhuǎn)折電壓 Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通。 隨著門極電流幅值的增大 ， 正向轉(zhuǎn)折電壓降低 。 晶閘管本身的壓降很小 ， 在 1V左右 。 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 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓 斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓 正向轉(zhuǎn)折電壓 28 反向特性類似二極管的反向特性 。 反向阻斷狀態(tài)時(shí) ， 只有極小的反相漏電流流過 。 當(dāng)反向電壓達(dá)到反向擊穿電壓后 ， 可能導(dǎo)致晶閘管發(fā)熱損壞 。 晶閘管的伏安特性 IG2IG1IG 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 （ 2） 反向特性 反向重復(fù)峰值電壓 反向不重復(fù)峰值電壓 29 1) 開通過程 (正反饋 、 電感 ) 延遲時(shí)間 td (~?s) 上升時(shí)間 tr (~3?s) 開通時(shí)間 tgt以上兩者之和 ， tgt=td+ tr 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)斷過程 反向阻斷恢復(fù)時(shí)間 trr 正向阻斷恢復(fù)時(shí)間 tgr 關(guān)斷時(shí)間 tq以上兩者之和tq=trr+tgr 普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約 幾百微秒 2） 動(dòng)態(tài)特性 晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形 30 3）門極 特性 ? 門極電流 IG 與門極和陰極之間電壓 UGK的關(guān)系 。 ? 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 。 ? 門極觸發(fā)電流也往往是通過觸發(fā)電路在門極和陰極之間施加觸發(fā)電壓而產(chǎn)生的 31 可靠觸發(fā)區(qū) 不可靠觸發(fā)區(qū) 不觸發(fā)區(qū) IFGM ：門極正向峰值電流 UFGM ：門極正向峰值電壓 IGT ：門極觸發(fā)電流（幾十到幾百 mA） UGT ：門極觸發(fā)電壓（幾 V） IGD ：門極不觸發(fā)電流 UGD ：門極不觸發(fā)電壓 PG ：平均功率 PGM ：瞬時(shí)最大功率 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) 。 32 晶閘管的主要參數(shù) 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓 UDRM（ 幾百 幾千 V） —— 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 。 反向重復(fù)峰值電壓 URRM（ 幾百 幾千 V ） —— 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 UTM（ 幾 V ） —— 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 。 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 33 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。 維持電流 IH ： 使晶閘管 維持導(dǎo)通 所必需的最小電流（ 幾十到幾百mA），與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，則 IH越小 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（幾十到幾千 A） 。 2） 電流定額 m0 mT ( A V )1)(s i n21 IttdII ?????????34 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 （ 幾十到幾百 V/微秒 ） —— 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 。 通態(tài)電流臨界上升率 di/dt（ 幾十到幾百 A/微秒 ） —— 指在