【正文】 ?1. 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 ■ 晶閘管的基本特性 ?晶閘管的伏安特性 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= 0UboUD S MUD R MUR R MUR S M圖 18 晶閘管的伏安特性 IG2IG1IG 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 ， 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 ? 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) 。 （ 伏安特性圖 ） ■ 晶閘管的基本特性 2. 動態(tài)特性 圖 19 晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形 ■ 100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrUR R MIRMiA 晶閘管的基本特性 ? 1) 開通過程 （ 特性圖 ) ?延遲時(shí)間 td：門極電流階躍時(shí)刻開始 ， 到陽極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的 10%的時(shí)間 ?上升時(shí)間 tr：陽極電流從 10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時(shí)間 ?開通時(shí)間 tgt以上兩者之和 ， tgt=td+ tr （ 16） 普通晶閘管延遲時(shí)間為 ~?s， 上升時(shí)間為~3?s ■ 晶閘管的基本特性 ?2) 關(guān)斷過程 ?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 tgr：晶閘管要恢復(fù)其對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)如果重新對晶閘管施加正向電壓 ， 晶閘管會重新正向?qū)? ?實(shí)際應(yīng)用中 ， 應(yīng)對晶閘管施加足夠長時(shí)間的反向電壓 ， 使晶閘管充分恢復(fù)其對正向電壓的阻斷能力 ， 電路才能可靠工作 ? 關(guān)斷時(shí)間 tq： trr與 tgr之和 ， 即 tq=trr+tgr （ 17)） 普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約幾百微秒 。 ?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 。如果電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導(dǎo)通 ■ 晶閘管的主要參數(shù) ?(2) 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 ， 則晶閘管剛一開通 ，便會有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi) ， 從而造成局部過熱而使晶閘管損壞 ■ 晶閘管的派生器件 1. 快速晶閘管 （ Fast Switching Thyristor——FST) ?包括所有專為快速應(yīng)用而設(shè)計(jì)的晶閘管 ， 有快速晶閘管和高頻晶閘管 ?管芯結(jié)構(gòu)和制造工藝進(jìn)行了改進(jìn) ， 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 ， 選擇通態(tài)平均電流時(shí)不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng) ■ 晶閘管的派生器件 2. 雙向晶閘管 （ Triode AC Switch—— TRIAC或Bidirectional triode thyristor） 圖 110 雙向晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性 a) 電氣圖形符號 b) 伏安特性 ■ a) b)IO UIG= 0GT1T2 晶閘管的派生器件 ?可認(rèn)為是一對反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成 ?有兩個主電極 T1和 T2， 一個門極 G ?正反兩方向均可觸發(fā)導(dǎo)通 ， 所以雙向晶閘管在第Ｉ和第 III象限有對稱的伏安特性 ?與一對反并聯(lián)晶閘管相比是經(jīng)濟(jì)的 ， 且控制電路簡單 ， 在交流調(diào)壓電路 、 固態(tài)繼電器 （ Solid State Relay—— SSR） 和交流電機(jī)調(diào)速等領(lǐng)域應(yīng)用較多 ?通常用在交流電路中，因此不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。 GTO的儲存時(shí)間隨陽極電流的增大而增大 ， 下降時(shí)間一般小于 2?s ?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) ■ 門極可關(guān)斷晶閘管 ? 3) 最大可關(guān)斷陽極電流 IATO GTO額定電流 ? 4) 電流關(guān)斷增益 ?off 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 （ 18） ?off一般很小，只有 5左右，這是 GTO的一個主要缺點(diǎn)。 但柵極的正電壓會將其下面 P區(qū)中的空穴推開 ， 而將 P區(qū)中的少子 —— 電子吸引到柵極下面的 P區(qū)表面 ?當(dāng) UGS大于 UT（ 開啟電壓或閾值電壓 ） 時(shí) ， 柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度 ， 使 P型半導(dǎo)體反型成 N型而成為 反型層 ， 該反型層形成 N溝道而使 PN結(jié) J1消失 ， 漏極和源極導(dǎo)電 ■ 電力場效應(yīng)晶體管 2. 電力 MOSFET的基本特性 ? 1) 靜態(tài)特性 圖 120 電力 MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性 ? 漏極電流 ID和柵源間電壓 UGS的關(guān)系稱為 MOSFET的 轉(zhuǎn)移特性 ? ID較大時(shí) ， ID與 UGS的關(guān)系近似線性 ， 曲線的斜率定義為 跨導(dǎo) Gfs 01020305040圖1 2 02 4 6 8a)10203050400b)10 20 30 5040飽和區(qū)非飽和區(qū)截止區(qū)I D/AUTUGS/ VUDS/ VUGS= UT= 3 VUGS= 4 VUGS= 5 VUGS= 6 VUGS= 7 VUGS= 8 VI D/A ■ 電力場效應(yīng)晶體管 ? MOSFET的漏極伏安特性 （ 輸出特性 ） ： ?截止區(qū) （ 對應(yīng)于 GTR的截止區(qū) ） ?飽和區(qū) （ 對應(yīng)于 GTR的放大區(qū) ） ?非飽和區(qū) （ 對應(yīng)于 GTR的飽和區(qū) ） ?電力 MOSFET工作在開關(guān)狀態(tài) ， 即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換 ?電力 MOSFET漏源極之間有寄生二極管 ， 漏源極間加反向電壓時(shí)器件導(dǎo)通 ?電力 MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù) ， 對器件并聯(lián)時(shí)的均流有利 ■ 電力場效應(yīng)晶體管 ?2) 動態(tài)特性 圖 121 電力 MOSFET的開關(guān)過程 a) 測試電路 b) 開關(guān)過程波形 up— 脈沖信號源， Rs— 信號源內(nèi)阻， RG— 柵極電阻， RL— 負(fù)載電阻， RF— 檢測漏極電流 a ） b )圖1 2 1RsRG RFRLiDuGSupiD信號+ UEiDOOOuptttuGSuG S PuTtd ( o n )trtd ( o ff )tf ■ 電力場效應(yīng)晶體管 ?開通過程 （ 開關(guān)過程圖 ） ? 開通延遲時(shí)間 td(on) —— up前沿時(shí)刻到 uGS=UT并開始出現(xiàn) iD的時(shí)刻間的時(shí)間段 ? 上升時(shí)間 tr—— uGS從 uT上升到 MOSFET進(jìn)入非飽和區(qū)的柵壓 UGSP的時(shí)間段 ?iD穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓 UE和漏極負(fù)載電阻決定 ?UGSP的大小和 iD的穩(wěn)態(tài)值有關(guān) ?UGS達(dá)到 UGSP后 ， 在 up作用下繼續(xù)升高直至達(dá)到穩(wěn)態(tài) ， 但 iD已不變 ? 開通時(shí)間 ton—— 開通延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和 ■ 電力場效應(yīng)晶體管 ? 開通過程 ? 關(guān)斷延遲時(shí)間 td(off) —— up下降到零起 ， Cin通過 Rs和RG放電 ， uGS按指數(shù)曲線下降到 UGSP時(shí) ， iD開始減小止的時(shí)間段 ? 下降時(shí)間 tf—— uGS從 UGSP繼續(xù)下降起 ， iD減小 ， 到uGSUT時(shí)溝道消失 ， iD下降到零為止的時(shí)間段 ? 關(guān)斷時(shí)間 toff—— 關(guān)斷延遲時(shí)間和下降時(shí)間之和 a ） b )圖1 2 1RsRG RFRLiDuGSupiD信號+ UEiDOOOuptttuGSuG S PuTtd ( o n ) t rtd ( o ff) t f圖 121 電力 MOSFET的開關(guān)過程 a) 測試電路 b) 開關(guān)過程波形 up— 脈沖信號源， Rs— 信號源內(nèi)阻，RG— 柵極電阻， RL— 負(fù)載電阻， RF— 檢測漏極電流 ■ 電力場效應(yīng)晶體管 ?MOSFET的開關(guān)速度 ? MOSFET的開關(guān)速度和 Cin充放電有很大關(guān)系 ?使用者無法降低 Cin， 但可降低驅(qū)動電路內(nèi)阻 Rs減小時(shí)間常數(shù) ， 加快開關(guān)速度 ?MOSFET只靠多子導(dǎo)電 ， 不存在少子儲存效應(yīng) ，因而關(guān)斷過程非常迅速 ?開關(guān)時(shí)間在 10~100ns之間 ， 工作頻率可達(dá) 100kHz以上 ， 是主要電力電子器件中最高的 ?場控器件 ， 靜態(tài)時(shí)幾乎不需輸入電流 。分別與 GTR的截止區(qū) 、 放大區(qū)和飽和區(qū)相對應(yīng) ?uCE0時(shí) ， IGBT為反向阻斷工作狀態(tài) ■ 絕緣柵雙極晶體管 ?2) IGBT的動態(tài)特性 圖 124 IGBT的開關(guān)過程 ttt10%90%10%90%UCEIC0O0UGEUGEMICMUCEMtfv1tfv2tofftontfi1tfi2td(off)tftd(on)trUCE(on)UGEMUGEMICMICM ■ 絕緣柵雙極晶體管 ? IGBT的開通過程 與 MOSFET的相似 ， 因?yàn)殚_通過程中 IGBT在大部分時(shí)間作為 MOSFET運(yùn)行 ?開通延遲時(shí)間 td(on) —— 從 uGE上升至其幅值 10%的時(shí)刻 ， 到 iC上升至 10% ICM178。 在電壓 1000V以上 時(shí) ， 開關(guān)損耗只有 GTR的 1/10， 與電力 MOSFET相當(dāng) (2) 相同電壓和電流定額時(shí) ， 安全工作區(qū)比 GTR 大 ， 且具有耐脈沖電流沖擊能力 (3) 通態(tài)壓降比 VDMOSFET低 ， 特別是在電流較 大的區(qū)域 (4) 輸入阻抗高 ， 輸入特性與 MOSFET類似 (5) 與 MOSFET和 GTR相比，耐壓和通流能力還可 以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開關(guān)頻率高的。 tfv1—— IGBT中MOSFET 單獨(dú)工作的電壓下降過程； tfv2——MOSFET和 PNP晶體管同時(shí)工作的電壓下降過程 （ 開關(guān)過程圖 ） ■ 絕緣柵雙極晶體管 ? IGBT的關(guān)斷過程 （ 開關(guān)過程圖 ） ?關(guān)斷延遲時(shí)間 td(off) —