第一章电力电子器件.ppt

电力电子技术第一章电力电子器件第一章电力二极管与晶闸管1.1普通晶闸管1.2全控型电力电子器件1.3晶闸管的派生系列1.4功率二极管第一章电力二极管与晶闸管普通晶闸管能够通过信号控制其导通,但不能控制其关断,故称半控型器件.功率二极管又称电力二极管,由于不能通过信号控制其导通和关断,故称不可控器件.功率二极管和晶闸管还有很多派生器件,如快速恢复二极管,肖特基二极管,双向晶闸管,快速晶闸管,逆导晶闸管和光控晶闸管等.通过控制信号既可以控制其导通,又可以控制其关断的电力电子器件称为全控型器件.常用的有门极可关断晶闸管,大功率晶体管,功率场效应管,绝缘栅双极型晶体管,静电感应晶体管及静电感应晶闸管等.根据器件内部载流子参与导电的种类不同全控型器件又分为单极型,双极型和复合型.1.1普通晶闸管晶闸管是能承受高电压、大电流的半控型电力电子器件，包括普通晶闸管（SCR）、快速晶闸管（FST）、双向晶闸管（TRIAC）、逆导晶闸管（RCT）和光控晶闸管（LTT）等。一、晶闸管的工作原理1．晶闸管的结构其外形封装可分为小电流塑封式、小电流螺旋式、大电流螺旋式和大电流平板式。它有三个电极，分别为阳极A、阴极K和门极（或称栅极）G。晶闸管是大功率器件，工作时产生大量的热，因此需安选装散热器。2．晶闸管的工作原理普通晶闸管由四层半导体组成，它可等效为两个三极管T1（P1-N1-P2）和T2（N1-P2-N2）。当晶闸管阳极施加正向电流时，若给门极也加正向电压Ug，门极电流Ig经三极管T2放大后成为集电极电流IC2，IC2又是三极管T1的基极电流，放大后的集电极电流IC1进一步使Ig增大且又作为T2的基极电流流入。1.1晶闸管重复上述正反馈过程，两个三极管都阳极A与阴极K之间导通。此时若撤除Ug，T1，T2内部电流仍维持原来的方向，只要满足阳极正偏的条件，晶闸管一直导通。当晶闸管A、K间施加正向电压，而门极电流Ig=0时，上述T1和T2之间的正反馈不能建立起来，晶闸管A、K间只有很小的正向漏电流快速进入饱和状态，使晶闸管，它处于正向阻断状态。1.1晶闸管综述：晶闸管的导通条件是阳极与阴极之间为正偏和门极与阴极之间为正偏。晶闸管导通后，即使撤除门极驱动信号Ug，也不能使晶闸管关断，只有设法使阳极电流Ig减小到维持电流IH以下，导致内部已建立的正反馈无法维持，晶闸管才能恢复阻断能力。门极电压只能触发晶闸管开通，不能控制它的关断，故称为半控型器件。晶闸管的内部结构和等效电路1.1晶闸管二、晶闸管的特性与参数1．晶闸管的伏安特性UDRM、URRM——正反向断态重复峰值电压（UDRM=0.8UDSM，URRM=0.8URSM）UDSM、URSM——正反向断态不重复峰值电压UBO——正向转折电压URO——反向击穿电压晶闸管的正向特性又有阻断状态和导通状态之分。在正向阻断状态，晶闸管的伏安特性是一组随门极电流Ig的增大而不同的曲线族。Ig＝0时，逐渐增大阳极电压Ua，只有很小的正向漏电流，晶闸管正向阻断；随着阳极电压的增大，当达到正向转折电压UBO时，漏电流突然剧增，晶闸管由正向阻断突变为正向导通状态。这种在Ig＝0时，依靠增大阳极电压而强迫晶闸管导通的方式称为“硬开通”多次硬开通会使晶闸管损坏。随着门极电流的增大，晶闸管的正向转折电压UBO迅速下降，当Ig足够大时，晶闸管的正向转折电压很小，1.1晶闸管可看成与一般二极管一样，一加上正向阳极电压，管子就导通了。综述：晶闸管就像一个可以控制的单向无触点开关。但不是理想的开关，在正向阻断和反向阻断时，晶闸管的电阻不是无穷大；正向导通时，晶闸管的电阻也不是0，还有一定的管压降。2．晶闸管的主要参数（1）晶闸管的重复峰值电压——额定电压UTe门极断开（Ig=0），元件处在额定结温时，正向阳极电压为正向阻断不重复峰值电压UDSM的80％所对应的电压称为正向重复峰值电压UDRM。元件承受反向电压时，阳极电压为反向不重复峰值电压的80％所对应的电压，称为反向重复峰值电压URRM，晶闸管铭牌标注的额定电压通常取UDRM与URRM中的最小值。取标准系列值。（2）晶闸管的额定通态平均电流IT(AV)——额定电流在环境温度为400C和规定的冷却条件下，晶闸管在电阻性负载导通角不小于1700的单相工频正弦半波电路中，当结温稳定且不超过最大结温时，所允许的最大通态平均电流，称为额定通态平均电流。取标准系列值。1.1晶闸管定义某电流的有效值与平均值之比称为这个电流的波形系数Kf=电流有效值/电流平均值。（3）门极触发电流IGT和门极触发电压UGT在室温下，晶闸管加6V正向阳极电压时，使元件完全