【正文】 Thyristor——FST) ?包括所有專(zhuān)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(kāi)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(kāi)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(hào)和伏安特性 a) 電氣圖形符號(hào) 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(duì)反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成 ?有兩個(gè)主電極 T1和 T2， 一個(gè)門(mén)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(duì)稱的伏安特性 ?與一對(duì)反并聯(lián)晶閘管相比是經(jīng)濟(jì)的 ， 且控制電路簡(jiǎn)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(lái)表示其額定電流值。 ?使用時(shí)應(yīng)按實(shí)際電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原則來(lái)選取晶閘管 ?應(yīng)留一定的裕量 ， 一般取 ~2倍 ■ 晶閘管的主要參數(shù) ? 2) 維持電流 IH —— 使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流 ?一般為幾十到幾百毫安 ， 與結(jié)溫有關(guān) ， 結(jié)溫越高 ，則 IH越小 ? 3) 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(duì)同一晶閘管來(lái)說(shuō) ， 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(guò) 額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過(guò)載電流 ■ 晶閘管的主要參數(shù) ?3. 動(dòng)態(tài)參數(shù) 除開(kāi)通時(shí)間 tgt和關(guān)斷時(shí)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(mén)極開(kāi)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(shí)，相當(dāng)于一個(gè)電容的 J2結(jié)會(huì)有充電電流流過(guò)，被稱為 位移電流 。 ?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 。 ?2) 反向重復(fù)峰值電壓 URRM—— 在門(mén)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 。 （ 伏安特性圖 ） ■ 晶閘管的基本特性 2. 動(dòng)態(tài)特性 圖 19 晶閘管的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程波形 ■ 100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrUR R MIRMiA 晶閘管的基本特性 ? 1) 開(kāi)通過(guò)程 （ 特性圖 ) ?延遲時(shí)間 td：門(mén)極電流階躍時(shí)刻開(kāi)始 ， 到陽(yáng)極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的 10%的時(shí)間 ?上升時(shí)間 tr：陽(yáng)極電流從 10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時(shí)間 ?開(kāi)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(guò)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(duì)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(duì)晶閘管施加正向電壓 ， 晶閘管會(huì)重新正向?qū)? ?實(shí)際應(yīng)用中 ， 應(yīng)對(duì)晶閘管施加足夠長(zhǎng)時(shí)間的反向電壓 ， 使晶閘管充分恢復(fù)其對(duì)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 。 （ 伏安特性圖 ） ■ 晶閘管的基本特性 ? 晶閘管上施加反向電壓時(shí) ， 伏安特性類(lèi)似二極管的反向特性 ? 晶閘管的門(mén)極觸發(fā)電流從門(mén)極流入晶閘管 ， 從陰極流出 ? 陰極是晶閘管主電路與控制電路的公共端 ? 門(mén)極觸發(fā)電流也往往是通過(guò)觸發(fā)電路在門(mén)極和陰極之間施加觸發(fā)電壓而產(chǎn)生的 ? 晶閘管的門(mén)極和陰極之間是 PN結(jié) J3， 其伏安特性稱為 門(mén)極伏安特性 。 ■ 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(yáng)極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng) ? 陽(yáng)極電壓上升率 du/dt過(guò)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(shí)踐 ， 稱為 光控晶閘管 （ Light Triggered Thyristor—— LTT） ? 只有門(mén)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(shí) ， 不論門(mén)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(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開(kāi)通 ?晶閘管一旦導(dǎo)通 ， 門(mén)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(guò) ， 正向電壓超過(guò)臨界極限即正向轉(zhuǎn)折電壓 Ubo， 則漏電流急劇增大 ， 器件開(kāi)通 ? 隨著門(mén)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(mén)極電流為零 ， 并且陽(yáng)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) 。 流過(guò)晶閘管的漏電流稍大于兩個(gè)晶體管漏電流之和 ?開(kāi)通 （ 門(mén)極觸發(fā) ） ： 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(guò)晶閘管的電流 IA（ 陽(yáng)極電流 ） 將趨近于無(wú)窮大 ， 實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通 。 ? 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 。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng) ， 后者則在100ns以下 ， 甚至達(dá)到 20~30ns。 ?當(dāng)用在頻率較高的場(chǎng)合時(shí) ， 開(kāi)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(shí) ， 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(guò)某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降 ?有時(shí)參數(shù)表中也給出在指定溫度下流過(guò)某一瞬態(tài)正向大電流時(shí)器件的最大瞬時(shí)正向壓降 ? 3. 反向重復(fù)峰值電壓 URRM ?指對(duì)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(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 ■ 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(shí)間 trr ?trr= td+ tf ， 關(guān)斷過(guò)程中 ， 電流降到 0起到恢復(fù)反響阻斷能力止的時(shí)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(gè)或幾個(gè)工頻周期的過(guò)電流 。 ?電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用需一定的時(shí)間來(lái)儲(chǔ)存大量少子 ， 達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大 ?正向電流的上升會(huì)因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降 。 ? 2. 動(dòng)態(tài)特性 ?動(dòng)態(tài)特性 —— 因結(jié)電容的存在 ， 三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程 ， 此過(guò)程中的電壓 — 電流特性是隨時(shí)間變化的 ■ 電力二極管的基本特性 ? 開(kāi)關(guān)特性 —— 反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程 ? 關(guān)斷過(guò)程 ： ?須經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力 ， 進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài) ? 在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn) ， 并伴隨有明顯的反向電壓過(guò)沖 圖 15 電力二極管的動(dòng)態(tài)過(guò)程波形 a) 正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置 b) 零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置 ■ b)UFPuiiFuFtfrt02Va)IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPd iFd td iRd t 電力二極管的基本特性 ■ b)UFPuiiFuFtfrt02Va)IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPd iFd td iRd t 延遲時(shí)間： td= t1 t0, 電流下降時(shí)間： tf= t2 t1 反向恢復(fù)時(shí)間： trr= td+ tf 恢復(fù)特性的軟度：下降時(shí)間與延遲時(shí)間 的比值 tf /td，或稱恢復(fù)系數(shù)，用 Sr表示 正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置 零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置 電力二極管的基本特性 ? 開(kāi)通過(guò)程 ： 電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過(guò)沖 UFP，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值 （ 如 2V） 。 與正向電流 IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降 。 在正向偏置時(shí) ，當(dāng)正向電壓較低時(shí) ， 勢(shì)壘電容為主；正向電壓較高時(shí) ， 擴(kuò)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(kāi)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(shí)應(yīng)加以注意 。 結(jié)電容按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為 勢(shì)壘電容 CB和 擴(kuò)散電容 CD ■ PN結(jié)與電力二極管的工作原理 ? 勢(shì)壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用 ， 外加電壓頻率越高 ， 勢(shì)壘電容作用越明顯 。++++++++ 。 。 。 。 。 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)既相互聯(lián)系又是一對(duì)矛盾 ， 最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 ， 正 、 負(fù)空間電荷量達(dá)到穩(wěn)定值 ， 形成了一個(gè)穩(wěn)定的由空間電荷構(gòu)成的范圍 ， 被稱為 空間電荷區(qū) ， 按所強(qiáng)調(diào)的角度不同也被稱為 耗盡層 、 阻擋層 或 勢(shì)壘區(qū) 。 這些不能移動(dòng)的正 、 負(fù)電荷稱為 空間電荷 。 ? 最重要的是掌握其基本特性 ? 掌握電力電子器件的型號(hào)命名法 ， 以及其參數(shù)和特性曲線的使用方法 ， 這是在實(shí)際中正確應(yīng)用電力電子器件的兩個(gè)基本要求 ? 由于電力電子電路的工作特點(diǎn)和具體情況的不同 ，可能會(huì)對(duì)與電力電子器件用于同一主電路的其它電路元件 ， 如變壓器 、 電感 、 電容 、 電阻等 ， 有不同于普通電路的要求 ■ 不可控器件 — 電力二極管 不可控器件 —— 電力二極管