【正文】 Thyristor——FST) ?包括所有專為快速應(yīng)用而設(shè)計的晶閘管 ， 有快速晶閘管和高頻晶閘管 ?管芯結(jié)構(gòu)和制造工藝進行了改進 ， 開關(guān)時間以及 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。 ?使用時應(yīng)按實際電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原則來選取晶閘管 ?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，相當于一個電容的 J2結(jié)會有充電電流流過，被稱為 位移電流 。 ?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 。 ?2) 反向重復(fù)峰值電壓 URRM—— 在門極斷路而結(jié)溫為額定值時 ， 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 ) ?延遲時間 td：門極電流階躍時刻開始 ， 到陽極電流上升到穩(wěn)態(tài)值的 10%的時間 ?上升時間 tr：陽極電流從 10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時間 ?開通時間 tgt以上兩者之和 ， tgt=td+ tr （ 16） 普通晶閘管延遲時間為 ~?s， 上升時間為~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間 ?正向阻斷恢復(fù)時間 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間 ?在正向阻斷恢復(fù)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)? ?實際應(yīng)用中 ， 應(yīng)對晶閘管施加足夠長時間的反向電壓 ， 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)斷時間 tq： trr與 tgr之和 ， 即 tq=trr+tgr （ 17)） 普通晶閘管的關(guān)斷時間約幾百微秒 。 （ 伏安特性圖 ） ■ 晶閘管的基本特性 ? 晶閘管上施加反向電壓時 ， 伏安特性類似二極管的反向特性 ? 晶閘管的門極觸發(fā)電流從門極流入晶閘管 ， 從陰極流出 ? 陰極是晶閘管主電路與控制電路的公共端 ? 門極觸發(fā)電流也往往是通過觸發(fā)電路在門極和陰極之間施加觸發(fā)電壓而產(chǎn)生的 ? 晶閘管的門極和陰極之間是 PN結(jié) J3， 其伏安特性稱為 門極伏安特性 。 ■ 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 ： ?陽極電壓升高至相當高的數(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) 。 流過晶閘管的漏電流稍大于兩個晶體管漏電流之和 ?開通 （ 門極觸發(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 ， 流過晶閘管的電流 IA（ 陽極電流 ） 將趨近于無窮大 ， 實現(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)時間為數(shù)百納秒或更長 ， 后者則在100ns以下 ， 甚至達到 20~30ns。 ?當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 。 ?電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用需一定的時間來儲存大量少子 ， 達到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大 ?正向電流的上升會因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降 。 ? 2. 動態(tài)特性 ?動態(tài)特性 —— 因結(jié)電容的存在 ， 三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一個過渡過程 ， 此過程中的電壓 — 電流特性是隨時間變化的 ■ 電力二極管的基本特性 ? 開關(guān)特性 —— 反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程 ? 關(guān)斷過程 ： ?須經(jīng)過一段短暫的時間才能重新獲得反向阻斷能力 ， 進入截止狀態(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沖 圖 15 電力二極管的動態(tài)過程波形 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 延遲時間： td= t1 t0, 電流下降時間： tf= t2 t1 反向恢復(fù)時間： trr= td+ tf 恢復(fù)特性的軟度：下降時間與延遲時間 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 ? 開通過程 ： 電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個過沖 UFP，經(jīng)過一段時間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個值 （ 如 2V） 。 與正向電流 IF對應(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 ，當正向電壓較低時 ， 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 。 結(jié)電容按其產(chǎn)生機制和作用的差別分為 勢壘電容 CB和 擴散電容 CD ■ PN結(jié)與電力二極管的工作原理 ? 勢壘電容只在外加電壓變化時才起作用 ， 外加電壓頻率越高 ， 勢壘電容作用越明顯 。++++++++ 。 。 。 。 。 擴散運動和漂移運動既相互聯(lián)系又是一對矛盾 ， 最終達到動態(tài)平衡 ， 正 、 負空間電荷量達到穩(wěn)定值 ， 形成了一個穩(wěn)定的由空間電荷構(gòu)成的范圍 ， 被稱為 空間電荷區(qū) ， 按所強調(diào)的角度不同也被稱為 耗盡層 、 阻擋層 或 勢壘區(qū) 。 這些不能移動的正 、 負電荷稱為 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命名法 ， 以及其參數(shù)和特性曲線的使用方法 ， 這是在實際中正確應(yīng)用電力電子器件的兩個基本要求 ? 由于電力電子電路的工作特點和具體情況的不同 ，可能會對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