【正文】 反向恢復時間 trr ■ 浪涌電流 IFSM ◆ 指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個或幾個工頻周期的過電流 。 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，特別是反向恢復特性的不同，介紹幾種常用 的電力二極管。 ◆ 普通二極管（ General Purpose Diode） ? 又稱 整流二極管（ Rectifier Diode） ，多用于開關(guān)頻率不高（ 1kHz以下）的整流電路中。 ? 其 反向恢復時間 較長，一般在 5?s以上 。 ? 其 正向電流定額 和 反向電壓定額 可以達到很高。 電力二極管的主要類型 ◆ 快恢復二極管（ Fast Recovery Diode—— FRD） ? 恢復過程 很短，特別是 反向恢復過程 很短（一 般在 5?s以下） 。 ? 快恢復外延二極管 （ Fast Recovery Epitaxial Diodes—— FRED） ，采用 外延型 PiN結(jié)構(gòu) ，其 反向恢復時間更短（可低于 50ns），正向壓降也很 低（ ）。 ? 從性能上可分為 快速恢復 和 超快速恢復 兩個等 級。前者反向恢復時間為數(shù)百納秒或更長，后者則 在 100ns以下，甚至達到 20~30ns。 電力二極管的主要類型 ◆ 肖特基二極管（ Schottky Barrier Diode—— SBD） ? 屬于 多子 器件 ? 優(yōu)點在于： 反向恢復時間 很短（ 10~40ns），正向恢 復過程中也不會有明顯的 電壓過沖 ；在反向耐壓較低的情 況下其 正向壓降 也很小，明顯低于快恢復二極管；因此， 其 開關(guān)損耗 和 正向?qū)〒p耗 都比快速二極管還要小，效率 高。 ? 弱點在于：當所能承受的反向耐壓提高時其 正向壓降 也會高得不能滿足要求，因此多用于 200V以下的低壓場 合； 反向漏電流 較大且對 溫度 敏感，因此 反向穩(wěn)態(tài)損耗 不 能忽略，而且必須更嚴格地限制其工作溫度。 半控型器件 —— 晶閘管 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 晶閘管的基本特性 晶閘管的主要參數(shù) 晶閘管的派生器件 半控器件 — 晶閘管 引言 ■ 晶閘管（ Thyristor）是 晶體閘流管 的簡稱，又稱作 可控硅整流器 （ Silicon Controlled Rectifier—— SCR） ，以前被簡稱為可控硅。 ■ 1956年美國貝爾實驗室（ Bell Laboratories）發(fā)明了晶閘管，到 1957年美國通用電氣公司（ General Electric）開發(fā)出了世界上第一只 晶閘管產(chǎn)品，并于 1958年使其商業(yè)化。 ■ 由于其能承受的 電壓和電流容量 仍然是目前電力電子器件中最高 的，而且工作可靠，因此在 大容量 的應用場合仍然具有比較重要的地 位。 晶閘管及模塊 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 ■ 晶閘管的結(jié)構(gòu) ◆ 從外形上來看，晶閘管也主要有 螺栓型和 平板型 兩種封裝結(jié)構(gòu) 。 ◆ 引出 陽極 A、 陰極 K和 門極（控制端） G三個聯(lián)接端。 ◆ 內(nèi)部是 PNPN四層半導體結(jié)構(gòu)。 圖 27 晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 圖 28 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 ■ 晶閘管的工作原理 ◆ 按照晶體管工作原理，可列出如下方程： 111 C B OAc III ?? ?222 C B OKc III ?? ?GAK III ??21 ccA III ??（ 22） （ 21） （ 23） （ 24） 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。 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 ◆ 晶體管的特性是：在低發(fā)射極電流下 ? 是很小的，而當 發(fā)射極電流建立起來之后， ? 迅速增大。 ◆ 在晶體管 阻斷狀態(tài) 下， IG=0，而 ?1+?2是很小的。由上式 可看出，此時流過晶閘管的漏電流只是稍大于兩個晶體管 漏電流之和。 ◆ 如果注入觸發(fā)電流使各個晶體管的發(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（陽極電流） 將 趨近于 無窮大 ，從而實現(xiàn)器件 飽和導通 。 ◆ 由于外電路負載的限制， IA實際上會維持 有限值 。 )(1 21C B O2C B O1G2A ???????? IIII 由以上式（ 21） ~（ 24）可得 (25) 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 ■ 除門極觸發(fā)外 其他幾種可能導通的情況 ◆ 陽極電壓升高至相當高的數(shù)值造成 雪崩效應 ◆ 陽極電壓上升率 du/dt過高 ◆ 結(jié)溫 較高 ◆ 光觸發(fā) ■ 這些情況除了 光觸發(fā) 由于可以保證控制電路與 主電路之間的良好絕緣而應用于高壓電力設(shè)備中 之外，其它都因不易控制而難以應用于實踐。只 有 門極觸發(fā) 是最精確、迅速而可靠的控制手段。 晶閘管的基本特性 ■ 靜態(tài)特性 ◆ 正常工作時的特性 ? 當晶閘管承受 反向電壓 時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通 。 ? 當晶閘管承受 正向電壓 時，僅在 門極 有 觸發(fā)電流 的情況下晶閘管才能開通 。 ? 晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導通 。 ? 若要使已導通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的 電流降到接近于零的某一數(shù)值以下 。 晶閘管的基本特性 ◆ 晶閘管的伏安特性 ? 正向特性 √當 IG=0時，如果在器件兩端施加正向電壓，則晶閘管處于正向 阻斷狀態(tài) ，只有很小的正向漏電流流過。 √如果正向電壓超過臨界極限即 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。 √如果門極電流為零，并且陽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 。 圖 29 晶閘管的伏安特性 IG2 IG1 IG 正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo 正向 導通 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 + 晶閘管的基本特性 ? 反向特性 √其伏安特性類似 二極管 的反向特性。 √晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)時，只有極小的 反向漏電流 通過。 √當反向電壓超過一定限度，到 反向擊穿電壓 后，外電路如無限制措施，則反向漏電流急劇增大，導致晶閘管發(fā)熱損壞。 圖 29 晶閘管的伏安特性 IG2IG1IG 正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo 正向 導通 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 + 晶閘管的基本特性 ■ 動態(tài)特性 ◆ 開通過程 ? 由于晶閘管內(nèi)部的 正反饋 過程 需要時間，再加上 外電路 電感 的限制，晶閘管受到觸發(fā) 后，其陽極電流的增長不可能 是 瞬時 的。 ? 延遲時間 td (~?s) 上升時間 tr (~3?s) 開通時間 tgt=td+tr ? 延遲時間隨 門極電流 的增 大而減小 ,上升時間除反映晶 閘管本身特性外，還受到 外電 路電感 的嚴重影響。提高 陽極 電壓 ,延遲時間和上升時間都 可顯著縮短。 圖 210 晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形 陽極電流穩(wěn)態(tài)值的 90% 100% 90% 10% u AK t t O 0 t d t r t rr t gr U RRM I RM i A 陽極電流穩(wěn)態(tài)值的 10% 晶閘管的基本特性 ◆ 關(guān)斷過程 ? 由于 外電路電感 的存在，原處 于導通狀態(tài)的晶閘管當外加電壓突 然由正向變?yōu)榉聪驎r，其陽極電流 在衰減時必然也是有過渡過程的。 ? 反向阻斷恢復時間 trr 正向阻斷恢復時間 tgr 關(guān)斷時間 tq=trr+tgr ? 關(guān)斷時間約幾百微秒。 ? 在 正向阻斷恢復時間 內(nèi)如果重 新對晶閘管施加 正向電壓 ，晶閘管 會重新正向?qū)?，而不是受門極電 流控制而導通。 圖 210 晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形 100% 反向恢復電流最大值 尖峰電壓 90% 10% u AK t t O 0 t d t r t rr t gr U RRM I RM i A 晶閘管的主要參數(shù) ■ 電壓定額 ◆ 斷態(tài)重復峰值電壓 UDRM ? 是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許 重復 加在器件上的 正向 峰值電壓 （見圖 29）。 ? 國標規(guī)定斷態(tài)重復峰值電壓 UDRM為斷態(tài)不重復峰值電壓（即 斷態(tài)最大瞬時電壓） UDSM的 90%。 ? 斷態(tài)不重復峰值電壓應低于 正向轉(zhuǎn)折電壓 Ubo。 ◆ 反向重復峰值電壓 URRM ? 是在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許 重復 加在器件上的 反向 峰值電壓 （見圖 28）。 ? 規(guī)定反向重復峰值電壓 URRM為反向不重復峰值電壓（即反向 最大瞬態(tài)電壓） URSM的 90%。 ? 反向不重復峰值電壓應低于 反向擊穿電壓 。 晶閘管的主要參數(shù) ◆ 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)平均電流時的瞬態(tài)峰值電 壓。 ◆ 通常取晶閘管的 UDRM和 URRM中較小的標值作為該器件的 額定電壓 。 選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓 2~3倍 。 ■ 電流定額 ◆ 通態(tài)平均電流 IT(AV） ? 國標規(guī)定通態(tài)平均電流為晶閘管在環(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)溫時所允許流過的最大工頻正弦半 波電流的平均值。 ? 按照正向電流造成的器件本身的通態(tài)損耗的 發(fā)熱效應 來定義的。 ? 一般取其通態(tài)平均電流為按發(fā)熱效應相等（即有效值相等）的 原則所得計算結(jié)果的 ~2倍。 晶閘管的主要參數(shù) ◆ 維持電流 IH ? 維持電流是指使晶閘管維持導通所必需的 最小 電流， 一般為幾十到幾百毫安。 ? 結(jié)溫 越高，則 IH越小。 ◆ 擎住電流 IL ? 擎住電流是晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號 后，能維持導通所需的 最小 電流。 ? 約為 IH的 2~4倍 ◆ 浪涌電流 ITSM