【正文】 從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信 號后 ， 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 ? 4) 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 ■ 晶閘管的主要參數(shù) ?3. 動態(tài)參數(shù) 除開通時間 tgt和關(guān)斷時間 tq外 ， 還有： (1) 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 ?在阻斷的晶閘管兩端施加的電壓具有正向的上升率時，相當(dāng)于一個電容的 J2結(jié)會有充電電流流過，被稱為 位移電流 。 一般可認(rèn)為 ??hFE ? 單管 GTR的 ? 值比小功率的晶體管小得多 ， 通常為10左右 ， 采用達林頓接法可有效增大電流增益 ■ 電力晶體管 ?2. GTR的基本特性 ? (1) 靜態(tài)特性 ?共發(fā)射極接法時的典型輸出特性：截止區(qū) 、 放大區(qū)和飽和區(qū) ?在電力電子電路中 GTR工作在開關(guān)狀態(tài) ， 即工作在截止區(qū)或飽和區(qū) ?在開關(guān)過程中 ， 即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時 ，要經(jīng)過放大區(qū) 圖 116 共發(fā)射極接法時 GTR的輸出特性 截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)圖1 1 6OI ci b3ib2i b1i b1 i b2 i b3U ce ■ 電力晶體管 ?(1) 動態(tài)特性 圖 117 GTR的開通和關(guān)斷過程電流波形 ? 開通過程 ?延遲時間 td和上升時間 tr， 二者之和為開通時間 ton ?td主要是由發(fā)射結(jié)勢壘電容和集電結(jié)勢壘電容充電產(chǎn)生的 。 tfv1—— IGBT中MOSFET 單獨工作的電壓下降過程； tfv2——MOSFET和 PNP晶體管同時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)斷延遲時間 td(off) —— 從 uGE后沿下降到其幅 值 90%的時刻起 ， 到 iC下降至 90%ICM ? 電流下降時間 —— iC從 90%ICM下降至 10%ICM ? 關(guān)斷時間 toff—— 關(guān)斷延遲時間與電流下降之和 ?電流下降時間又可分為 tfi1和 tfi2兩段 。分別與 GTR的截止區(qū) 、 放大區(qū)和飽和區(qū)相對應(yīng) ?uCE0時 ， 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 ， 因為開通過程中 IGBT在大部分時間作為 MOSFET運行 ?開通延遲時間 td(on) —— 從 uGE上升至其幅值 10%的時刻 ， 到 iC上升至 10% ICM178。 GTO的儲存時間隨陽極電流的增大而增大 ， 下降時間一般小于 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 ， 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。 ?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 。 ■ 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 ? 其他幾種可能導(dǎo)通的情況 ： ?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 ?光直接照射硅片 ， 即 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)備中之外 ， 其它都因不易控制而難以應(yīng)用于實踐 ， 稱為 光控晶閘管 （ Light Triggered Thyristor—— LTT） ? 只有門極觸發(fā) （ 包括光觸發(fā) ） 是最精確 、 迅速而可靠的控制手段 ■ 晶閘管的基本特性 ?1. 靜態(tài)特性 ?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(dǎo)通 ?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(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 ， 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) 。 ?當(dāng)用在頻率較高的場合時 ， 開關(guān)損耗造成的發(fā)熱往往不能忽略 ?當(dāng)采用反向漏電流較大的電力二極管時 ， 其斷態(tài)損耗造成的發(fā)熱效應(yīng)也不小 ■ 電力二極管的主要參數(shù) ? 2. 正向壓降 UF ?指電力二極管在指定溫度下 ， 流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時對應(yīng)的正向壓降 ?有時參數(shù)表中也給出在指定溫度下流過某一瞬態(tài)正向大電流時器件的最大瞬時正向壓降 ? 3. 反向重復(fù)峰值電壓 URRM ?指對電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓 ?通常是其雪崩擊穿電壓 UB的 2/3 ?使用時 ， 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選定 ■ 電力二極管的主要參數(shù) ? 4. 最高工作結(jié)溫 TJM ?結(jié)溫 是指管芯 PN結(jié)的平均溫度 ， 用 TJ表示 ?最高工作結(jié)溫 是指在 PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度 ?TJM通常在 125~175?C范圍之內(nèi) ? 5. 反向恢復(fù)時間 trr ?trr= td+ tf ， 關(guān)斷過程中 ， 電流降到 0起到恢復(fù)反響阻斷能力止的時間 ? 6. 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 。 在正向偏置時 ，當(dāng)正向電壓較低時 ， 勢壘電容為主；正向電壓較高時 ， 擴散電容為結(jié)電容主要成分 ? 結(jié)電容影響 PN結(jié)的工作頻率 ， 特別是在高速開關(guān)的狀態(tài)下 ， 可能使其單向?qū)щ娦宰儾?， 甚至不能工作 ， 應(yīng)用時應(yīng)加以注意 。++。 。器件通斷是通過在其控制端和一個主電路端子之間加一定的信號來控制的，這個主電路端子是驅(qū)動電路和主電路的公共端，一般是主電路電流流出器件的端子。 ?作電路分析時 ， 為簡單起見往往用理想開關(guān)來代替 ■ 電力電子器件的概念和特征 (3) 實用中 ， 電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制 。 ?兩類中 ， 自 20世紀(jì) 50年代以來 ， 真空管僅在頻率很高 （ 如微波 ） 的大功率高頻電源中還在使用 ， 而電力半導(dǎo)體器件已取代了汞弧整流器（ Mercury Arc Rectifier ） 、 閘流管（ Thyratron） 等電真空器件 ， 成為絕對主力 。 ?導(dǎo)通時器件上有一定的通態(tài)壓降，形成通態(tài)損耗 ■ 電力電子器件的概念和特征 ? 阻斷時器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過 ， 形成斷態(tài)損耗 ? 在器件開通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生開通損耗和關(guān)斷損耗 ， 總稱開關(guān)損耗 ? 對某些器件來講 ， 驅(qū)動電路向其注入的功率也是造成器件發(fā)熱的原因之一 ? 通常電力電子器件的斷態(tài)漏電流極小 ， 因而通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因 ? 器件開關(guān)頻率較高時 ， 開關(guān)損耗會隨之增大而可能成為器件功率損耗的主要因素 ■ 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成 ?電力電子系統(tǒng) ：由控制電路 、 驅(qū)動電路和以電力電子器件為核心的主電路組成 ? 圖 11 電力電子器件在實際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成 ?控制電路按系統(tǒng)的工作要求形成控制信號，通過驅(qū)動電路去控制主電路中電力電子器件的通或斷，來完成整個系統(tǒng)的功能 ■ 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成 ? 有的電力電子系統(tǒng)中 ， 還需要有檢測電路 。 交界處電子和空穴的濃度差別 ， 造成了各區(qū)的多子向另一區(qū)的擴散運動 ， 到對方區(qū)內(nèi)成為少子 ， 在界面兩側(cè)分別留下了帶正 、 負(fù)電荷但不能任意移動的雜質(zhì)離子 。 。++ 當(dāng)電力二極管承受反向電壓時 ， 只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流 。 ■ 電力二極管的主要類型 ?3. 肖特基二極管 ?以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢壘二極管 （ Schottky Barrier Diode—— SBD） ， 簡稱為肖特基二極管 ?20世紀(jì) 80年代以來 ， 由于工藝的發(fā)展得以在電力電子電路中廣泛應(yīng)用 ?肖特基二極管的弱點 ?當(dāng)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 ?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(yán)格地限制其工作溫度 ■ 電力二極管的主要類型 ?肖特基二極管的優(yōu)點 ?反向恢復(fù)時間很短 （ 10~40ns） ?正向恢復(fù)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(fù)二極管 ?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 ■ 半控器件 — 晶閘管 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 半控型器件 —— 晶閘管 ? 晶閘管 （ Thyristor ） ：晶體閘流管 ， 可控硅整流器（ Silicon Controlled Rectifier—— SCR） ? 1956年美國貝爾實驗室 （ Bell Lab） 發(fā)明了晶閘管 ? 1957年美國通用電氣公司 （ GE） 開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品 ? 1958年商業(yè)化 ?開辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時代 ? 20世紀(jì) 80年代以來 ， 開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 ， 在大容量的場合具有重要地位 ? 晶閘管往往專指晶閘管的一種基本類型 —— 普通晶閘管廣義上講 ， 晶閘管還包括其許多類型的派生器件 ■ 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 ? 外形有螺栓型和平板型兩種封裝 ? 引出陽極 A、 陰極 K和門極 （ 控制端 ） G三個聯(lián)接端 ? 對于螺栓型封裝 ， 通常螺栓是其陽極 ， 能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便 ? 平板型封裝的晶閘管可由兩個散熱器將其夾在中間 圖 16 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 ■ AA