1.3 半控器件半控器件晶闸管晶闸管1.3.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理1.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性1.3.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数1.3.4 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件1.3 半控器件半控器件晶闸管晶闸管引言引言1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。1957年美国通用电气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。晶晶闸闸管管ThyristorThyristor）：晶晶体体闸闸流流管管，可可控控硅硅整整流流 器器 Silicon Silicon Controlled Controlled RectifierRectifierSCRSCR）图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号a) 外形 b) 构造 c) 电气图形符号1.3.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理外形有螺栓型和平板型两种封装。有三个联接端。螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便。平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。1.3.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理常用晶闸管的结构螺栓型晶闸管晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构1.3.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理式中1和2分别是晶体管V1和V2的共基极电流增益；ICBO1和ICBO2分别是V1和V2的共基极漏电流。由以上式可得 ：图1-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a) 双晶体管模型 b) 工作原理 按晶体管的工作原理 ，得：（1-2）（1-1）（1-3）（1-4）（1-5）1.3.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理在低发射极电流下 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。开通状态：注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致1+2趋近于1的话，流过晶闸管的电流IA，将趋近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。1.3.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应阳极电压上升率du/dt过高结温较高光触发光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中，称为光控晶闸管Light Triggered ThyristorLTT）。只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。其他几种可能导通的情况：其他几种可能导通的情况：1.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本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。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 。DATASHEET晶闸管正常工作时的特性总结如下：晶闸管正常工作时的特性总结如下：1.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性反向特性类似二极管的反向特性。反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。当反向电压达到反向击穿电压后，可能导致晶闸管发热损坏。图1-8 晶闸管的伏安特性IG2IG1IG正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM（2反向特性反向特性1.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性1) 开通过程延迟时间td (0.51.5s)上升时间tr (0.53s)开通时间tgt以上两者之和， tgt=td+ tr （1-6）100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA2) 关断过程反向阻断恢复时间trr正向阻断恢复时间tgr关断时间tq以上两者之和tq=trr+tgr （1-7)普通晶闸管的关断时间约几百微秒2） 动态特性动态特性图1-9 晶闸管的开通和关断过程波形1.3.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM 在在门门极极断断路路而而结结温温为为额额定定值值时时，允允许许重重复复加加在在器器件件上上的的正正向峰值电压。向峰值电压。反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 在在门门极极断断路路而而结结温温为为额额定定值值时时，允允许许重重复复加加在在器器件件上上的的反反向峰值电压。向峰值电压。通态峰值电压通态峰值电压UT 晶晶闸闸管管通通以以某某一一规规定定倍倍数数的的额额定定通通态态平平均均电电流流时时的的瞬瞬态态峰峰值电压。值电压。通 常 取 晶 闸 管 的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍。使用注意：使用注意：1电压定额电压定额1.3.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数通态平均电流通态平均电流 IT(AV IT(AV）在环境温度为在环境温度为4040 C C和规定的冷却状态下，稳定结温不和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。均值。标称其额定电流的参数。使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。维持电流维持电流 IH IH 使晶闸管维持导通所必需的最小电流。使晶闸管维持导通所必需的最小电流。擎住电流擎住电流 IL IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持能维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说，通常导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说，通常ILIL约为约为IHIH的的2424倍。倍。浪涌电流浪涌电流ITSMITSM指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流不重复性最大正向过载电流 。2 2电流定额电流定额1.3.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 除开通时间除开通时间tgttgt和关断时间和关断时间tqtq外，还有：外，还有：断态电压临界上升率断态电压临界上升率du/dt du/dt 指指在在额额定定结结温温和和门门极极开开路路的的情情况况下下，不不导致晶闸管从断态到通导致晶闸管从断态到通 态转换的外加电压最大上升率。态转换的外加电压最大上升率。 电电压压上上升升率率过过大大，使使充充电电电电流流足足够够大大，就就会会使使晶闸管误导通晶闸管误导通 。 通态电流临界上升率通态电流临界上升率di/dtdi/dt 指指在在规规定定条条件件下下，晶晶闸闸管管能能承承受受而而无无有有害影响的最大通态电流上升率。害影响的最大通态电流上升率。 如如果果电电流流上上升升太太快快，可可能能造造成成局局部部过过热热而而使使晶闸管损坏。晶闸管损坏。3 3动态参数动态参数1.3.4 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件1.有快速晶闸管和高频晶闸管。有快速晶闸管和高频晶闸管。2.开关时间以及开关时间以及du/dt和和di/dt耐量都有明显改善。耐量都有明显改善。3.普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10s左右。左右。4.高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。5.由于工作频率较高，不能忽略其开关损耗的发热效应。由于工作频率较高，不能忽略其开关损耗的发热效应。6.DATASHEET1 1快速晶闸管快速晶闸管Fast Switching ThyristorFast Switching Thyristor FST)FST)1.3.4 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件2 2双双向向晶晶闸闸管管Triode Triode AC AC SwitchSwitchTRIACTRIAC或或Bidirectional triode thyristorBidirectional triode thyristor）图1-10 双向晶闸管的电气图形符号和伏安特性a) 电气图形符号 b) 伏安特性a)b)IOUIG=0GT1T2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。在第和第III象限有对称的伏安特性。不用平均值而用有效值来表示其额定电流值。DATASHEET1.3.4 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件3)逆逆导导晶晶闸闸管管Reverse Conducting ThyristorRCT）a)KGAb)UOIIG=0图1-11 逆导晶闸管的电气图形符号和伏安特性a) 电气图形符号 b) 伏安特性将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。具有正向压降小、关断时间短、高温特性好、额定结温高等优点。1.3.4 晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件4)光光控控晶晶闸闸管管Light Triggered ThyristorLTT）AGKa)AK光强度强弱b)OUIA图1-12 光控晶闸管的电气图形符号和伏安特性a) 电气图形符号 b) 伏安特性又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。光触发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。因此目前在高压大功率的场合。