【正文】 第一章 功率二極管、晶閘管及單相相控整流電路 第一節(jié) 功率二極管 第二節(jié) 晶閘管 第四節(jié) 晶閘管簡(jiǎn)單觸發(fā)電路 第三節(jié) 單相相控整流電路 電力電子器件的分類(lèi) 按照器件能夠被控制信號(hào)所控制的程度 ， 分為以下三類(lèi)： 1) 半控型器件 ? 絕 緣 柵 雙極 晶 體 管 （ InsulatedGate Bipolar Transistor—— IGBT） ? 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 （ 電力 MOSFET） ? 門(mén)極可關(guān)斷晶閘管 （ GTO） 等 3) 不可控器件 ? 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。 ? 電力二極管 （ Power Diode） 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。 ? 器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定 ? 晶閘管 （ Thyristor） 及其大部分派生器件 2) 全控型器件 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。 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 。 ★ 電力電子器件的分類(lèi) 按照驅(qū)動(dòng)電路加在器件控制端和公共端之間信號(hào)的性質(zhì)，分為兩類(lèi)： 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(lèi) ： 1) 電流驅(qū)動(dòng)型 1) 單極型器件 2) 電壓驅(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 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 2) 雙極型器件 3) 復(fù)合型器件 由一種載流子參與導(dǎo)電的器件 由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件 由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件 晶閘管及派生器件、晶體管（ GTR） MOSFET、 IGBT、 MCT、 IGCT、SIT、 SITH MOSFET、 SIT 晶閘管及派生器件、 GTR、 SITH IGBT、 MCT、 IGCT ★ 第一節(jié) 功率二極管 1 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 2 以半導(dǎo)體 PN結(jié)為基礎(chǔ) , PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。 二極管是一個(gè)正方向?qū)щ?、 反方向阻斷的電力電子器件 。 3 由一個(gè)面積較大的 PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的 4 從外形上看 ， 主要有螺栓型和平板型兩種封裝 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) A K A K a) I K A P N J b) c) 5 功率二極管的伏安特性 當(dāng)外加正向電壓大于 UTO （門(mén)檻電壓） 即克服 PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)后管子才開(kāi)始導(dǎo)通，正向?qū)ê笃鋲航祷静浑S電流變化。反向工作時(shí)，當(dāng)反向電壓增大到 UB（擊穿電壓）， 使 PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)達(dá)到雪崩擊穿強(qiáng)度時(shí)，反向漏電流 Ｉ ＲＲ 劇增，導(dǎo)致二極管擊穿損壞。 用于工頻整流的功率二極管亦稱整流管 ， 國(guó)產(chǎn)型號(hào)為Ｚ P， 主要參數(shù)說(shuō)明如下： （ 1） 額定正向平均電流 Ｉ F（ 額定電流 ） 指管子長(zhǎng)期運(yùn)行在規(guī)定散熱條件下 ， 允許流過(guò)正弦半波時(shí)的最大平均電流 ， 將此電流值配規(guī)定系列的電流等級(jí) 。 6 功率二極管的主要參數(shù) ★ Ｉ F受發(fā)熱限制 ， 因此在使用中按 有效值相等的原則 來(lái)選取管子電流定額 ， 并應(yīng)留有一定的 裕量 。 對(duì)應(yīng)額定電流Ｉ F， 其有效值為 F。 （ 2） 反向重復(fù)峰值電壓Ｕ ＲＲＭ （ 額定電壓 ） 指管子反向能重復(fù)施加的最高峰值電壓 ， 此值通常為擊穿電壓Ｕ B的 2／ 3。 （ 3） 正向平均電壓Ｕ F在規(guī)定條件下 ， 管子流過(guò)額定正弦半波電流時(shí) ， 管子兩端的 正向平均電壓 亦稱 管壓降 ， 此值比直流壓降小 。 （ 4） 反向漏電流Ｉ ＲＲ 對(duì)應(yīng)于反向重復(fù)峰值電壓時(shí)的漏電流 。 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 第二節(jié) 晶閘管 晶閘管的優(yōu)點(diǎn)： ：達(dá) 104以上 ： ms級(jí) ，效率高：晶閘管的正向壓降為 1V，功耗＜ 1％ ，無(wú)噪音，體積小，費(fèi)用低。 ★ 晶閘管的缺點(diǎn)： 1. 過(guò)載能力小 2. 晶閘管工作在深調(diào)速（ α較大）時(shí)，產(chǎn)生較大的無(wú)功功率，使裝置 cosφ降低，并產(chǎn)生高次諧波，引起電網(wǎng)波形畸變。 ★ ? ◆ 關(guān)于晶閘管 （ Thyristor） ：晶體閘流管 ， 也稱可控硅（ Silicon Controlled Rectifier—— SCR） ? 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(lèi)型 —— 普通晶閘管 ， 廣義上講 ， 晶閘管還包括其許多類(lèi)型的派生器件 晶閘管是電力電子器件 ， 工作時(shí)發(fā)熱大 ， 必須安裝散熱器 。 圖 a為小電流塑封式 ，電流稍大時(shí)也需緊固在散熱板上 ， 圖 b、 c為螺栓式 ， 使用時(shí)必須緊栓在散熱器上 ，圖 d為平板式 ， 使用時(shí)由兩個(gè)彼此絕緣的散熱器把其緊夾在中間 。 一、晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 晶閘管是一種功率四層半導(dǎo)體器件 ， 有三個(gè)引出極 ， 陽(yáng)極（ A） 、 陰極 （ K） 、 門(mén)極 （ G） ， 常用的有螺栓式與平板式 。 平板式普通晶閘管屬于雙面散熱，適用于大功率場(chǎng)合；螺栓式普通晶閘管屬于單面散熱，適用于中、小功率場(chǎng)合。 平板式普通晶閘管和螺 栓式普通晶閘管的區(qū)別 晶閘管散熱器，圖 a適用于螺栓式，圖 b、 c用于平板式。平板式兩面散熱效果好，電流在 200Ａ 以上的管子都采用平板式結(jié)構(gòu)。 自冷式 風(fēng)冷式 水冷式 集成化的晶閘管模塊 集成化的晶閘管模塊 Eg EaQ 2UgG KAQ 1晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷實(shí)驗(yàn)原理圖 晶閘管的工作條件 實(shí)驗(yàn)順序 實(shí)驗(yàn)前燈的情況 實(shí)驗(yàn)時(shí)晶閘管情況 實(shí)驗(yàn)后燈的情況 陽(yáng)極電壓 門(mén)極電壓 導(dǎo)通實(shí)驗(yàn) 1 2 3 暗 暗 暗 反向 反向 反向 反向 零 正向 暗 暗 暗 1 2 3 暗 暗 暗 正向 正向 正向 反向 零 正向 暗 暗 亮 關(guān)斷實(shí)驗(yàn) 1 2 3 亮 亮 亮 正向 正向 正向 正向 零 反向 亮 亮 亮 4 亮 正向 (減小到零） (任意 ) 暗 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 ? ，不論門(mén)極為何種電壓，都處于關(guān)斷狀態(tài)。 ? 壓作用下，才能導(dǎo)通。 ? ，門(mén)極失去控制作用。 ? ，當(dāng) Ea減小到接近零時(shí)，晶閘管關(guān)斷。 管芯由四層半導(dǎo)體（ P1 N1 P2 N2）組成 ,形成三個(gè) PN結(jié)（Ｊ Ｊ Ｊ3）。 晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu) 晶閘管由四層半導(dǎo)體交替疊成，可等效看成兩個(gè)晶體管Ｖ 1（Ｐ 1—Ｎ 1— Ｐ 2）