电力电子技术(第一章).ppt

第一章 电力电子器件 第一节 晶闸管 一、普通晶闸管的结构和工作原理 普通晶闸管是一种功率四层半导体（P1N1P2N2）器件，由三个PN结J1、J2、J3组成。普通晶闸管有三个电极，分别为阳极（A）、阴极（K）、门极（G）。 1、内部结构和图形符号如下图所示。 2、工作原理 单向导电性：与二极管一样具有单向导电性，电流只能从阳极流向阴极。 正向阻断性：在晶闸管阳极和阴极之间加上正向电压管子不能导通，必须在门极和阴极之间加上门极电压，有了足够的门极电流流入后才能使晶闸管正向导通。要使导通德晶闸管恢复为阻断状态，可降低阳极的电源电压或增加阳极回路的电阻，使流过管子的阳极电流Ia减小，当阳极电流Ia减小到一定数值，阳极电流Ia会突然降为0，之后即使再调高阳极电压或减小阳极回路电阻，阳极电流Ia也不会增加，说明管子已经恢复了正向阻断。 Ic1=?1 IA + ICBO1 （1-1） Ic2=?2 IK + ICBO2 （1-2） IK=IA+IG （1-3） IA=Ic1+Ic2 （1-4） 结论 晶闸管导通条件为： （1）在阳极和阴极之间加上一定大小的正向电压； （2）在门极和阴极之间加上一定的正向触发电压； 晶闸管关断条件为： （1）减小阳极电压 （2）增加阳极回路电阻 （3）加反向电压 二、晶闸管的阳极伏安特性和主要参数 1、阳极伏安特性：阳极和阴极之间电压与阳极电流之间的关系。IG2IG1IG （1）正向特性 IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。 随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿。晶闸管本身的压降很小，在1V左右。 导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。IH称为维持电流。 （2）反向特性 晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性。 晶闸管处于反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。 当反向电压超过一定限度，到反向击穿电压后，外电路如无限制措施，则反向漏电流急剧增加，导致晶闸管发热损坏。 2、主要参数 （1）额定电压： 晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。 选用时，额定电压要留有一定裕量,一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压 倍。 （2）额定电流：在环境温度为40°和规定的冷却条件下，元件在电阻性负载的单相工频正弦半波、导通角不小于170°的电路中，当结温不超过额定结温时，所允许的最大通态平均电流 。 （3）维持电流与掣住电流 维持电流：在室温下门极断开时，元件从较大的通态电流降至刚好能保持导通的最小阳极电流。用 表示。 掣住电流：在晶闸管加上触发电压，当元件从阻断状态刚转为导通状态就去除触发电压，此时能维持管子继续导通所需要的最小阳极电流。用 表示。 （4）国产晶闸管的型号 三、双向晶闸管（Triode AC Switch——TRIAC或Bidirectional triode thyristor） （一）图形符号以及伏安特性 可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。有两个主电极T1和T2，一个门极G。 正反两方向均可触发导通，所以双向晶闸管在第Ｉ和第III象限有对称的伏安特性。 与一对反并联晶闸管相比是经济的，且控制电路简单，在交流调压电路、固态继电器（SSR）和交流电机调速等领域应用较多。 （二）触发方式与参数选择 1、触发方式 （1）Ⅰ+触发方式 第一阳极为正，第二阳极为负；门极为正，第二阳极为负； （2）Ⅰ-触发方式 第一阳极为正，第二阳极为负；门极为负，第二阳极为正； （3）Ⅲ+触发方式 第一阳极为负，第二阳极为正；门极为正，第二阳极为负； （4）Ⅲ-触发方式 第一阳极为负，第二阳极为正；门极为负，第二阳极为正； 2、参数选择 （1）额定电流 双向晶闸管通常用在交流电路中，因此不用平均值而其允许流过的最大交流有效值来表示其额