【正文】 號(hào) 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 外形有 螺栓型 、 平板型 和 模塊型 三種封裝 。 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 。 AAGGKKb) c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J313 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 常用 晶閘管的結(jié)構(gòu) 螺栓型晶閘管 晶閘管模塊 平板型晶閘管外形及結(jié)構(gòu) 14 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 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。 阻斷狀態(tài) ： IG=0， ?1+?2很小 。 開通狀態(tài) ： 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， 將趨近于無窮大 ， 實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通 。 16 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 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 ， 稱為 光控晶閘管 （ Light Triggered Thyristor—— LTT） 。 其他幾種可能導(dǎo)通的情況 ： 17 晶閘管的基本特性 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(huì)導(dǎo)通 。 晶閘管一旦導(dǎo)通 ， 門極就失去控制作用 。 晶閘管正常工作時(shí)的特性總結(jié)如下： 18 晶閘管的基本特性 （ 1） 正向特性 IG=0時(shí)，器件兩端施加正向電壓，只有很小的正向漏電流，為正向阻斷狀態(tài)。 隨著門極電流幅值的增大 ，正向轉(zhuǎn)折電壓降低 。 正向 導(dǎo)通 雪崩 擊穿 O + U A U A I A I A I H I G2 I G1 I G = 0 U bo U DSM U DRM U RRM U RSM 1） 靜態(tài)特性 圖 14 晶閘管的伏安特性 IG2IG1IG 19 晶閘管的基本特性 反向特性類似二極管的反向特性 。 當(dāng)反向電壓達(dá)到反向擊穿電壓后 ， 可能導(dǎo)致晶閘管發(fā)熱損壞 。 反向重復(fù)峰值電壓 URRM —— 在門極斷路而結(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 。 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 。 使用注意： 1） 電壓定額 22 晶閘管的主要參數(shù) 通態(tài)平均電流 IT(AV） —— 在環(huán)境溫度為 40?C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時(shí)所允許流過的 最大工頻正弦半波電流的平均值 。 —— 使用時(shí)應(yīng)按 有效值相等的原則 來選取晶閘管。 ? 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。 ? 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 。（不考慮電壓、電流裕量） E 100V 50KΩ E 150V 1Ω 220V 10Ω （ a） (b) (c) 解： KP1003 UN=300V。IN=157A； Il=(2~4)4mA=(8~16) mA (a)U=Um=100V＜ 300 V I=100/50000=2mA＜ Ilmin 所以，該電路中晶閘管不能導(dǎo)通。 —— 電壓上升率過大 ， 使充電電流足夠大 ， 就會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通 。 —— 如果電流上升太快 ， 可能造成局部過熱而使晶閘管損壞 。 開關(guān)時(shí)間以及 du/dt和 di/dt耐量都有明顯改善 。 高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額都不易做高 。 1） 快速晶閘管 （ Fast Switching Thyristor—— FST) 31 晶閘管的派生器件 2） 雙向晶閘管 （ Triode AC Switch—— TRIAC或 Bidirectional triode thyristor） 圖 16 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) I O U I G = 0 G T 1 T 2 可認(rèn)為是一對(duì)反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成。 在第 Ｉ 和第 III象限有對(duì)稱的伏安特性。 32 晶閘管的派生器件 3) 逆導(dǎo)晶閘管 （ Reverse Conducting Thyristor—— RCT） a) K G A b) U O I I G = 0 圖 17 逆導(dǎo)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 將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。 33 晶閘管的派生器件 4) 光控晶閘管 （ Light Triggered Thyristor—— LTT） A G K a) AK 光強(qiáng)度 強(qiáng) 弱 b) O U I A 圖 18 光控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 又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長的光照信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。 因此目前在高壓大功率的場(chǎng)合。 靜態(tài)不均壓 ：串聯(lián)的器件流過的漏電流相同 ， 但因靜態(tài)伏安特性的分散性 ， 各器件分壓不等 。 目的 ：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時(shí) ， 可以串聯(lián) 。 采用電阻均壓 ， Rp的阻值應(yīng)比器件阻斷時(shí)的正 、 反向電阻小得多 。 用 RC并聯(lián)支路作動(dòng)態(tài)均壓 。 37 晶閘管的并聯(lián) 問題 ：會(huì)分別因靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的差異而電流分配不均勻 。 采用均流電抗器 。 當(dāng)需要同時(shí)串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時(shí) ， 通常采用先串后并的方法聯(lián)接 。引言 整流電路的分類 ： 按組成的器件可分為 不可控 、 半控 、 全控 三種。 按交流輸入相數(shù)分為 單相電路 和 多相電路 。 整流電路 ： 出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姟? 電阻負(fù)載的特點(diǎn) ：電壓與電流成正比 ， 兩者波形相同 。 首先 ， 引入兩個(gè)重要的基本概念： 觸發(fā)延遲角 ：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度 ,用 ?表示 ,也稱 觸發(fā)角 或 控制角 。 基本數(shù)量關(guān)系 直流輸出電壓平均值為 ? ????? ?? ?????? 2c o )c o s1(22)(s i n22 1 222 UUttdUU d (11) 42 單相半波可控整流電路 帶阻感負(fù)載的工作情況 圖 110 帶阻感負(fù)載的 單相半波電路及其波形 阻感負(fù)載的特點(diǎn) ：電感對(duì)電流變化有抗拒作用 ，使得流過電感的電流不發(fā)生突變 。 L儲(chǔ)存的能量保證了電流 id在LRVDR回路中流通 ， 此過程通常稱為 續(xù)流 。 簡單 ， 但輸出脈動(dòng)大 ， 變壓器二次側(cè)電流中含直流分量 ， 造成變壓器鐵芯 直流磁化 。 分析該電路的主要目的建立起整流電路的基本概念 。 VT2和 VT3組成另一對(duì)橋臂 ，在 u2正半周承受電壓 u2， 得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通 ， 當(dāng) u2過零時(shí)關(guān)斷 。 向負(fù)載輸出的平均電流值為： 流過晶閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的一半，即： 2c o 21 2dd V T????RUII（ 210） 2c o 2c o s122 22dd????????RURURUI (17) ? ? t ? t ? t 0 0 0 i 2 u d i d b) c) d) d d ? ? u VT 1,4 48 單相全控橋式整流電路 流過晶閘管的電流有效值： 變壓器二次測(cè)電流有效值 I2與輸出直流電流 I有效值相等： 由式（ 212）和式（ 213）得： 不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量 S=U2I2。 假設(shè)負(fù)載電感很大 ， 負(fù)載電流 id連續(xù)且波形近似為一水平線 。 至 ωt=π+? 時(shí)刻 ， 晶閘管 VT1和VT4關(guān)斷 ， VT2和 VT3兩管導(dǎo)通 。 50 單相全控橋式整流電路 數(shù)量關(guān)系 ? ? ??? ??? ?????? c o o s22)(ds i n21 222d UUttUU（ 111） 晶閘管移相范圍為 90?。電流的平均值和有效值： 變壓器二次側(cè)電流 i2的波形為正負(fù)各 180?的矩形波，其相位由 a角決定，有效值 I2=Id。 22U2 O ? t O ? t O ? t u d i d i 2 b) O ? t O ? t u VT 1,4 O ? t O ? t I d I d I d I d I d i VT 2,3 i VT 1,4 51 單相全控橋式整流電路 3） 帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況 圖 114 單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì) — 電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形 在 |u2|E時(shí)，才有晶閘管承 受正電壓，有導(dǎo)通的可能。 導(dǎo)通之后， ud=u2， ， 直至 |u2|=E， id即降至 0使得 晶閘管關(guān)斷，此后 ud=E 。 圖 115b 單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì) — 電阻 負(fù)載時(shí)的波形 電流斷續(xù) 觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng) ?t=?時(shí)刻有晶閘管開始承受正電壓時(shí)，觸發(fā)脈沖仍然存在。 如圖 115b所示 id波形所示： 電流連續(xù) u b) i d O E d ? t I d O ? t α q ? 53 單相全控橋式整流電路 負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)，則電動(dòng)機(jī) 的機(jī)械特性將很軟 。 這時(shí)整流電壓 ud的波形和負(fù)載電流 id的波形與阻感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)的波形相同， ud的計(jì)算公式也一樣。 單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致的 。 圖 117 單相全波可控整流電路及波形 a) ? t ? ? b) u d i 1 O O t 55 單相全控橋式整流電路 單相全波與單相全控橋的區(qū)別： 單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 ， 材料的消耗多 。 單相全波導(dǎo)電回路只含 1個(gè)晶閘管 ， 比單相橋少 1個(gè) ，因而管壓降也少 1個(gè) 。 56 單相半控橋式整流電路 電路結(jié)構(gòu) 單相全控橋中，每個(gè)導(dǎo)電回路中有 2個(gè)晶閘管， 1個(gè)晶閘管可以用二極管代替，從而簡化整個(gè)電路。 u d O b) 2 O u d i d I