第二讲 电力电子器件2.ppt

电 力 电 子 技 术 杨淑英 合肥工业大学电气与自动化工程学院 上次课内容回顾 PN结的结电容 势垒电容（CB） 扩散电容（CD） 上次课内容回顾 功率二极管 上次课内容回顾 静态特性（伏安特性） 上次课内容回顾 动态特性 上次课内容回顾 动态特性 上次课内容回顾 主要参数： 正向平均电流 IF(AV) 正向压降 UF 反向重复峰值电压URRM 最高工作结温TJM 浪涌电流IFSM 反向恢复时间trr 上次课内容回顾 主要类型： 普通二极管、快恢复二极管、与肖特基二极管 2.4 半控型器件—晶闸管 晶闸管概述 晶闸管的结构与工作原理 晶闸管的基本特性 晶闸管的主要参数 晶闸管的派生器件 晶闸管的触发 2.4 半控型器件——晶闸管 晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier-SCR） 按照IEC（国际电工委员会）的定义，晶闸管是指那些具有3个以上的PN结，主电压—电流特性至少在一个象限内具有导通、阻断两个稳定状态，且可在这两个稳定状态之间进行转换的半导体器件。 1956年美国贝尔实验室（Bell Lab）发明了晶闸管 1957年美国通用电气（GE）公司开发出第一只晶闸管产品 1958年商业化，开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代 20世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代 能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场合具有重要地位 2.4.1 晶闸管的结构与工作原理 晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型——普通晶闸管。广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件 2.4.1 晶闸管的结构与工作原理 2.4.1 晶闸管的结构与工作原理 对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器(Radiator)紧密联接且安装方便 平板型封装的晶闸管可由两个散热器(Radiator)将其夹在中间 2.4.1 晶闸管的结构与工作原理 如前所述，晶闸管是PNPN四层半导体结构。 四个区分别命名为P1、N1、P2、N2。 P1 区引出A极，N2 区引出K极，P2区引出G极。 四个区形成三个PN结：J1、J2、J3 2.4.1 晶闸管的结构与工作原理 晶体管回顾 2.4.1 晶闸管的结构与工作原理 开通过程 S闭合晶闸管门极注入电流IG流经V2的基极 经V2放大后，集电极电流IC2构成了V1的基极电流 经V1放大后，进一步增大了V2的基极电流 2.4.1 晶闸管的结构与工作原理 2.4.1 晶闸管的结构与工作原理 晶体管的特性是：在低发射极电流下? 是很小的，而当发射极电流建立起来之后，? 迅速增大。 阻断状态：IG=0，?1+?2很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和 开通（门极触发）： 2.4.1 晶闸管的结构与工作原理 2.4.1 晶闸管的结构与工作原理 其他几种可能导通的情况（非门极出发机构）： 正向转折导通：在IG=0时，提高阳极-阴极之间的正向电压VAK，使反向偏置的J2结发生雪崩倍增效应，电流IA迅速上升，?1+?2≈1，IA增加到EA/R。 2.4.1 晶闸管的结构与工作原理 其他几种可能导通的情况： du/dt导通：各PN结都存在结电容，当外加正向电压VAK的du/dt很高时，各PN结将流过很大的充电电流：i=C·du/dt。 P1N1之间充电电流→ IA、IK增大 P2N2之间充电电流→ IB2增大→ IA、IK增大→ ?1+?2≈1 以上导通都不加门极信号→非正常导通，这是必须防止和避免的。 要提高器件本身du/dt 耐量，减小漏电流，提高耐压，特别是提高高结温下的耐压等。同时在电路中采取保护措施，降低电路上的干扰信号的影响。以防止晶闸管误动作。 2.4.1 晶闸管的结构与工作原理 2.4.2 晶闸管的基本特性 2.4.2 晶闸管的基本特性 晶闸管工作特性： 承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都将保持导通 要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即维持电流以下。 2.4.2 晶闸管的基本特性 静态特性 晶闸管阳极伏安特性 第I象限是正向特性；第III象限是反向特性 2.4.2 晶闸管的基本特性 当AK两端施加反压时，即使有门极信号也不可能在晶闸管内部产生电流正反馈。 当反向电压过大而达到反向折转电压，则反向漏电流迅速上升。类似二极管。 2.4.2 晶闸管的基本特性 IG=0时，器件两端施加正向电压，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