電力電子技術(shù)教案 電力電子器件

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1、PE N E C電力電子技術(shù)電子教案第第1 1章章 電力電子器件電力電子器件西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第2頁第第1章章 電力電子器件電力電子器件 引言引言1.11.1電力電子器件概述電力電子器件概述1.21.2不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管1.31.3半控型器件半控型器件晶閘管晶閘管1.4 1.4 典型全控型器件典型全控型器件 1.5 1.5 其他新型電力電子器件其他新型電力電子器件 1.6 1.6 電力電子

2、器件的驅(qū)動電力電子器件的驅(qū)動 1.7 1.7 電力電子器件的保護電力電子器件的保護 1.8 1.8 電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用 小結(jié)小結(jié) 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第3頁引引 言言 電子技術(shù)的基礎(chǔ)電子技術(shù)的基礎(chǔ) 電子器件：晶體管和電子器件：晶體管和 集成電路集成電路 電力電子電路的基礎(chǔ)電力電子電路的基礎(chǔ) 電力電子器件電力電子器件 本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：簡要概述電力電子器件的概念、特點

3、和分類等簡要概述電力電子器件的概念、特點和分類等 問題問題介紹各種常用電力電子器件的工作原理、基本特介紹各種常用電力電子器件的工作原理、基本特 性性,主要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意的一些問題主要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意的一些問題 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第4頁1.11.1電力電子器件概述電力電子器件概述1.11.1電力電子器件概述電力電子器件概述 1.1.1 1.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和

4、特征 1.1.2 1.1.2 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 1.1.3 1.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類 1.1.4 1.1.4 本章內(nèi)容和學(xué)習要點本章內(nèi)容和學(xué)習要點西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第5頁1.11.1電力電子器件概述電力電子器件概述1.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征主電路主電路（main power circuit）電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承

5、擔電能的變換或控制任務(wù)的電路電力電子器件電力電子器件（power electronic device）可直接用于處理電能的主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第6頁1.1.1 1.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征廣義上電力電子器件可分為電真空器件和半導(dǎo)體器件兩類。兩類中，自20世紀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

6、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。因此，電力電子器件目前也往往專指電力半導(dǎo)體器件。電力半導(dǎo)體器件所采用的主要材料仍然是硅。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第7頁1.1.1 1.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的一般特征： (1) 能處理電功率的大小，即承受電壓和電流 的能力

7、，是最重要的參數(shù)其處理電功率的能力小至毫瓦級，大至兆瓦級, 大多都遠大于處理信息的電子器件。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第8頁1.1.1 1.1.1 電力電子器件的概念和特征電力電子器件的概念和特征 (2) 電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)導(dǎo)通時（通態(tài)）阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，而電流由外電路決定阻斷時（斷態(tài)）阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，而管子兩端電壓由外電路決定電力電子器件的動態(tài)特性（也就是開關(guān)特

8、性）和參數(shù)，也是電力電子器件特性很重要的方面，有些時候甚至上升為第一位的重要問題。作電路分析時，為簡單起見往往用理想開關(guān)來代替 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第9頁1.1.1 1.1.1 電力電子器件的概念和特征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。在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對控制電路的信號進行放大，這就是電力電子器件的驅(qū)動電路驅(qū)動電路。(4)為保證不致于因損耗

9、散發(fā)的熱量導(dǎo)致器件溫 度過高而損壞，不僅在器件封裝上講究散熱設(shè)計，在其工作時一般都要安裝散熱器。導(dǎo)通時器件上有一定的通態(tài)壓降，形成通態(tài)損耗 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第10頁1.1.1 1.1.1 電力電子器件的概念和特征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

10、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 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第11頁1.1.2 1.1.2 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1.1.2 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)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1-1 電力電子器件在

11、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 控制電路檢測電路驅(qū)動電路RL主電路V1V2 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第12頁1.1.2 1.1.2 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)組成有的電力電子系統(tǒng)中，還需要有檢測電路。廣義上往往其和驅(qū)動電路等主電路之外的電路都歸為控制電路，從而粗略地說電力電子系統(tǒng)是由主電路和控制電路組

12、成的。主電路中的電壓和電流一般都較大，而控制電路的元器件只能承受較小的電壓和電流，因此在主電路和控制電路連接的路徑上，如驅(qū)動電路與主電路的連接處，或者驅(qū)動電路與控制信號的連接處，以及主電路與檢測電路的連接處，一般需要進行電氣隔電氣隔離離，而通過其它手段如光、磁等來傳遞信號。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第13頁1.1.2 1.1.2 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)組成由于主電路中往往有電壓和電流的過沖，

13、而電力電子器件一般比主電路中普通的元器件要昂貴，但承受過電壓和過電流的能力卻要差一些，因此，在主電路和控制電路中附加一些保護電路，以保證電力電子器件和整個電力電子系統(tǒng)正?？煽窟\行，也往往是非常必要的。器件一般有三個端子（或稱極或管角），其中兩個聯(lián)結(jié)在主電路中，而第三端被稱為控制端（或控制極）。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。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC)

14、) )制作制作制作PE N E C第1章第14頁1.1.3 1.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類1.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類按照器件能夠被控制電路信號所控制的程度，分為以下三類： (1) 半控型器件通過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第15頁1.1.3 1.1.3

15、電力電子器件的分類電力電子器件的分類 (2) 全控型器件通過控制信號既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件絕緣柵雙極晶體管（Insulated-Gate Bipolar TransistorIGBT）電力場效應(yīng)晶體管（Power MOSFET，簡稱為電力MOSFET）門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-Off Thyristor GTO） 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第16頁1.1.3 1.1.3 電力電子器件的

16、分類電力電子器件的分類(3) 不可控器件不可控器件不能用控制信號來控制其通斷，不能用控制信號來控制其通斷， 因此也就不需要驅(qū)動電路因此也就不需要驅(qū)動電路電力二極管（Power Diode） 只有兩個端子，器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的 按照驅(qū)動電路加在器件控制端和公共端之間信號按照驅(qū)動電路加在器件控制端和公共端之間信號的的 性質(zhì)，分為兩類：性質(zhì)，分為兩類：電流驅(qū)動型通過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制電壓驅(qū)動型僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中

17、心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第17頁1.1.3 1.1.3 電力電子器件的分類電力電子器件的分類電壓驅(qū)動型器件實際上是通過加在控制端上的電壓在器件的兩個主電路端子之間產(chǎn)生可控的電場來改變流過器件的電流大小和通斷狀態(tài)，所以又稱為場控器件，或場效應(yīng)器件 按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類：情況分為三類：單極型器件由一種載流子參與導(dǎo)電的器件雙極型器件由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件復(fù)合型器件由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件 西安

18、交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第18頁1.1.4 1.1.4 本章內(nèi)容和學(xué)習要點本章內(nèi)容和學(xué)習要點介紹各種器件的工作原理、基本特性、主要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意的一些問題，然后集中講述電力電子器件的驅(qū)動、保護和串、并聯(lián)使用這三個問題。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

19、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 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第19頁1.2 1.2 不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管1.21.2不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管 1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理 1.2.2 1.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性 1.2.3 1.2.3 電力二極管的主要參

20、數(shù)電力二極管的主要參數(shù) 1.2.4 1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第20頁1.21.2不可控器件不可控器件電力二極管電力二極管Power Diode結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠，自20世紀50年代初期就獲得應(yīng)用快恢復(fù)二極管和肖特基二極管，分別 在中、高頻整流和逆變，以及低壓高頻整流的場合，具有不可替代的地位 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源

21、技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第21頁1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)由一個面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝 圖1-2 電力二極管的外形、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AKAKa)IKAPNJb)c) 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電

22、子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第22頁1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合后構(gòu)成PN結(jié)。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、負電荷但不能任意移動的雜質(zhì)離子。這些不能移動的正、負電荷稱為空間電荷空間電荷?？臻g電荷建立的電場被稱為內(nèi)電場內(nèi)電場或自建電場自建電場，其方向是阻止擴散運動的，另一方面又吸引對方區(qū)內(nèi)的少子（對本區(qū)而言則為多子）向本區(qū)運動，即漂移運動漂移運動。擴散運動

23、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耗盡層、阻擋層阻擋層或勢壘區(qū)勢壘區(qū)。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第23頁1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理 PN結(jié)的正向?qū)顟B(tài)結(jié)的正向?qū)顟B(tài) 電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使得PN結(jié)在正向電流較大時壓降仍然很低，維持在1V

24、左右，所以正向偏置的PN結(jié)表現(xiàn)為低阻態(tài)圖1-3 PN結(jié)的形成-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。+-+-+-+-+-空間電荷區(qū)P型區(qū)N型區(qū)內(nèi)電場 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第24頁 1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的工作原理PN結(jié)的反向截止狀態(tài)結(jié)的反向截止狀態(tài) PN結(jié)的單向?qū)щ娦?二極管的基本原理就在于PN結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一 主 要特征PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反

25、向擊穿 有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式，可能導(dǎo)致熱擊穿PN結(jié)的電容效應(yīng)：結(jié)的電容效應(yīng)： PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)電容效應(yīng)，稱 為結(jié)電容結(jié)電容CJ，又稱為微分電容微分電容。結(jié)電容按其產(chǎn)生機制和作用的差別分為勢壘電容勢壘電容CB和擴散電容擴散電容CD 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第25頁1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(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

26、壓頻率越高，勢壘電容作用越明顯。勢壘電容的大小與PN結(jié)截面積成正比，與阻擋層厚度成反比而擴散電容僅在正向偏置時起作用。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娦宰儾睿踔敛荒芄ぷ?，?yīng)用時應(yīng)加以注意。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第26頁1.2.1 PN1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理結(jié)與電力二極管的

27、工作原理造成電力二極管和信息電子電路中的普通造成電力二極管和信息電子電路中的普通二極管區(qū)別的一些因素：二極管區(qū)別的一些因素：正向?qū)〞r要流過很大的電流，其電流密度較大，因而額外載流子的注入水平較高，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不能忽略引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響承受的電流變化率di/dt較大，因而其引線和器件自身的電感效應(yīng)也會有較大影響為了提高反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降較大 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第27頁 1.2

28、.2 1.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性1.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性圖1-4 電力二極管的伏安特性 IOIFUTOUFU西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第28頁1.2.2 1.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性1. 靜態(tài)特性（靜態(tài)特性（電力二極管伏安特性圖電力二極管伏安特性圖）主要指其伏安特性 當電力二極管承受的正向電壓大到一定值（門檻電壓UTO），正向電流才開始明顯增

29、加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。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。當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。2. 動態(tài)特性動態(tài)特性動態(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 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第29頁1.2.2 1.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性開關(guān)特性開關(guān)特性反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換

30、過程關(guān)斷過程關(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1-5 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)IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第30頁1.2.2 1.2.2 電力二極管的

31、基本特性電力二極管的基本特性 b)UFPuiiFuFtfrt02Va)IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt 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)換為正向偏置西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第31頁1.2.

32、2 1.2.2 電力二極管的基本特性電力二極管的基本特性開通過程開通過程： 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）。這一動態(tài)過程時間被稱為正向恢復(fù)時間tfr。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。電流上升率越大，UFP越高 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第32頁1.2.3 1.2.3 電力二

33、極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)1. 正向平均電流正向平均電流IF(AV) 額定電流在指定的管殼溫度（簡稱殼溫，用TC表示）和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值正向平均電流是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，因此使用時應(yīng)按有效值相等的原則來選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。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 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N

34、 E C第1章第33頁1.2.3 1.2.3 電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)2. 正向壓降正向壓降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 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENEC

35、PENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第34頁1.2.3 1.2.3 電力二極管的主要參數(shù)電力二極管的主要參數(shù)4. 最高工作結(jié)溫最高工作結(jié)溫TJM結(jié)溫結(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125175C范圍之內(nèi)5. 反向恢復(fù)時間反向恢復(fù)時間trrtrr= 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。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安

36、交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第35頁1.2.4 1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型按照正向壓降、反向耐壓、反向漏電流等性能，特別是反向恢復(fù)特性的不同介紹在應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)不同場合的不同要求選擇不同類型的電力二極管性能上的不同是由半導(dǎo)體物理結(jié)構(gòu)和工藝上的差別造成的 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制

37、作制作PE N E C第1章第36頁1.2.4 1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型1. 普通二極管普通二極管（General Purpose Diode）又稱整流二極管（Rectifier Diode）多用于開關(guān)頻率不高（1kHz以下）的整流電路中其反向恢復(fù)時間較長，一般在5 s以上，這在開關(guān)頻率不高時并不重要正向電流定額和反向電壓定額可以達到很高，分別可達數(shù)千安和數(shù)千伏以上 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1

38、章第37頁1.2.4 1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型2. 快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管（Fast Recovery Diode FRD）恢復(fù)過程很短特別是反向恢復(fù)過程很短（5 s以下）的二極管，也簡稱快速二極管工藝上多采用了摻金措施有的采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)有的采用改進的PiN結(jié)構(gòu) 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第38頁1.2.4 1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型采用外延型PiN結(jié)構(gòu)的的快恢

39、復(fù)外延二極管快恢復(fù)外延二極管（Fast Recovery Epitaxial DiodesFRED），其反向恢復(fù)時間更短（可低于50ns），正向壓降也很低（0.9V左右），但其反向耐壓多在400V以下從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個等級。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2030ns。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第39頁1.2.4 1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類

40、型3. 肖特基二極管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 DiodeSBD），簡稱為肖特基二極管20世紀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肖特基二極管的弱點當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，而且必須更嚴格地限制其工作溫度 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制

41、作制作PE N E C第1章第40頁1.2.4 1.2.4 電力二極管的主要類型電力二極管的主要類型肖特基二極管的優(yōu)點肖特基二極管的優(yōu)點反向恢復(fù)時間很短（1040ns）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 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第41頁1.3 1.3 半控器件半控器件晶閘管晶閘管1.31.3半控型器件半控

42、型器件晶閘管晶閘管 1.3.1 1.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性 1.3.3 1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) 1.3.4 1.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第42頁1.31.3半控型器件半控型器件晶閘管晶閘管晶閘管晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器（Silicon Co

43、ntrolled RectifierSCR） 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 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) )

44、 )制作制作制作PE N E C第1章第43頁1.3.1 1.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(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1-6 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 AAGGKKb)c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPE

45、NEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第44頁1.3.1 1.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)圖1-7 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理a) 雙晶體管模型 b) 工作原理Ic1=1 IA + ICBO1 （1-1）Ic2=2 IK + ICBO2 （1-2）西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第4

46、5頁1.3.1 1.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 IK=IA+IG （1-3） IA=Ic1+Ic2 （1-4）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。由以上式（1-1）（1-4）可得 （1-5）晶體管的特性是：在低發(fā)射極電流下 是很小的，而當發(fā)射極電流建立起來之后， 迅速增大。 )(121CBO2CBO1G2AIIII西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N

47、 E C第1章第46頁1.3.1 1.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理阻斷狀態(tài)：IG=0，1+2很小。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。IA實際由外電路決定。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第47頁1.3.1 1.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理晶閘管的結(jié)構(gòu)

48、與工作原理其他幾種可能導(dǎo)通的情況其他幾種可能導(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) 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，稱為光控晶閘管光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT）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 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE

49、N E C第1章第48頁1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性1. 靜態(tài)特性靜態(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 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第49頁1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性晶閘管的伏安特性晶閘管

50、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=0UboUDSMUDRMURRMURSM圖1-8 晶閘管的伏安特性IG2IG1IG西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第50頁1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性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

51、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)。IH稱為維持電流。（伏安特性圖） 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第51頁1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性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

52、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門極伏安特性。為保證可靠、安全的觸發(fā)，觸發(fā)電路所提供的觸發(fā)電壓、電流和功率應(yīng)限制在可靠觸發(fā)區(qū)。（伏安特性圖伏安特性圖） 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第52頁1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性2. 動態(tài)特性動

53、態(tài)特性 圖1-9 晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形 100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第53頁1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性1) 開通過程（開通過程（特性圖特性圖)延遲時間延遲時間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開通時間tgt以上

54、兩者之和， tgt=td+ tr （1-6） 普通晶閘管延遲時間為0.51.5 s，上升時間為0.53 s 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第54頁1.3.2 1.3.2 晶閘管的基本特性晶閘管的基本特性2) 關(guān)斷過程關(guān)斷過程反向阻斷恢復(fù)時間反向阻斷恢復(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

55、新對晶閘管施加正向電壓，晶閘管會重新正向?qū)▽嶋H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)斷時間關(guān)斷時間tq：trr與tgr之和，即 tq=trr+tgr （1-7)） 普通晶閘管的關(guān)斷時間約幾百微秒。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第55頁1.3.3 1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)1. 電壓定額電壓定額1) 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDR

56、M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 正向峰值電壓。2) 反向重復(fù)峰值電壓反向重復(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。3) 通態(tài)（峰值）電壓通態(tài)（峰值）電壓UTM晶閘管通以某一規(guī)定倍 數(shù)的額定通態(tài)平均電流時的瞬態(tài)峰值電壓。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額定電壓。選用時，額定電壓要留有一定裕量裕量,一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓23倍 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPEN

57、EC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第56頁1.3.3 1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)2. 電流定額電流定額 1) 通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流 IT(A V) 額定電流- 晶閘管在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài) 下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。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1.52倍 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C

58、第1章第57頁1.3.3 1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)2) 維持電流維持電流 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24倍4) 浪涌電流浪涌電流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 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) )

59、 )制作制作制作PE N E C第1章第58頁1.3.3 1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)3. 動態(tài)參數(shù)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，被稱為位移電流位移電流。此電流流經(jīng)J3結(jié)時，起到類似門極觸發(fā)電流的作用。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 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究

60、中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第59頁1.3.3 1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù)(2) 通態(tài)電流臨界上升率通態(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 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作

61、制作PE N E C第1章第60頁1.3.4 1.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件1. 快速晶閘管（快速晶閘管（Fast Switching ThyristorFST)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) 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與

62、新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第61頁1.3.4 1.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件2. 雙向晶閘管（雙向晶閘管（Triode AC SwitchTRIAC或或Bidirectional triode thyristor）圖1-10 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)IOUIG=0GT1T2西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作

63、PE N E C第1章第62頁1.3.4 1.3.4 晶閘管的派生器件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 RelaySSR）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。 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPEN

64、EC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第63頁1.3.4 1.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件3. 逆導(dǎo)晶閘管（逆導(dǎo)晶閘管（Reverse Conducting ThyristorRCT）將晶閘管反并聯(lián)一個二極管制作在同一管芯上的功率集成器件具有正向壓降小、關(guān)斷時間短、高溫特性好、額定結(jié)溫高等優(yōu)點逆導(dǎo)晶閘管的額定電流有兩個，一個是晶閘管電流，一個是反并聯(lián)二極管的電流圖1-11 逆導(dǎo)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 b)a)UOIKGAIG=0西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新

65、能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第64頁1.3.4 1.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件4 . 光 控 晶 閘 管 （光 控 晶 閘 管 （ L i g h t Tr i g g e r e d ThyristorLTT）圖1-12 光控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 光強度強弱b)AGKa)OUAKIA西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作P

66、E N E C第1章第65頁1.3.4 1.3.4 晶閘管的派生器件晶閘管的派生器件又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長的光照信號觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管小功率光控晶閘管只有陽極和陰極兩個端子大功率光控晶閘管則還帶有光纜，光纜上裝有作為觸發(fā)光源的發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響，因此目前在高壓大功率的場合，如高壓直流輸電和高壓核聚變裝置中，占據(jù)重要的地位 西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心( ( (PENECPENECPENEC) ) )制作制作制作PE N E C第1章第66頁1.4 1.4 典型全控型器件典型全控型器件 1.4 典型全控型器件典型全控型器件 1.4.1 1.4.1 門極可關(guān)斷晶閘管門極可關(guān)斷晶閘管 1.4.2 1.4.2 電力晶體管電力晶體管 1.4.3 1.4.3 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管 1.4.4 1.4.4 絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交通大學(xué)電力電子與新能源技術(shù)研究中心西安交