《电子电路》课件：项目一(2)晶闸管的特性及参数.ppt

1、电力电子装置安装与调试晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性1、晶闸管的静态伏安特性晶闸管的静态伏安特性第第I象限的是正向特性象限的是正向特性o有阻断状态和导通状态之分。 在正向阻断状态时，晶闸管 的伏安特性是一组随门极电 流的增加而不同的曲线簇。o当IG足够大时，晶闸管的正 向转折电压很小，可以看成与一般二极管一样 第第III象限的是反向特性象限的是反向特性o晶闸管的反向特性与一般二极管的反向特性相似。 正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM晶闸管的伏安特性IG2IG1IG电力电子装置安装与调试IG=0时，器件两端施加正向电压，为正向

2、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（硬开通）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。 电力电子装置安装与调试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的门极触发电流从门极流入晶闸管，从阴极流出阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端门极触发电流也往往是通过触发电路在门极和阴极之间施加触 发电压而产生的晶闸管的门极和阴极

3、之间是PN结J3，其伏安特性称为门极伏安 特性。为保证可靠、安全的触发，触发电路所提供的触发电压、 电流和功率应限制在可靠触发区。 电力电子装置安装与调试晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性 2. 动态特性动态特性 与二极管类 似，开通、 关断过程产 生动态损耗 晶闸管的开通和关断过程波形 100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA电力电子装置安装与调试晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性1) ) 开通过程开通过程延迟时间延迟时间td：门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的10%的时间上升时间上升时间tr：阳极电流从10%上升到稳态值的90%所需的时间开通时间开通

4、时间tgt：以上两者之和， tgt=td+ tr 普通晶闸管延迟时间为0.51.5s，上升时间为0.53s 电力电子装置安装与调试晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性 2) ) 关断过程关断过程反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间trr：正向电流降为零到反向恢复电流衰减 至近于零的时间正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间tgr：晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能 力还需要一段时间在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正向导通实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作关断时间关断时间tq：trr与tgr之和，即 tq=trr

5、+tgr 普通晶闸管的关断时间约几百微秒，这是设计反向电压设计时间的依据。 电力电子装置安装与调试晶闸管的基本特性晶闸管的基本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的门极触发电流从门极流入晶闸管，从阴极流出阴极是晶闸管主电路与控制电路的公共端门极触发电流也往往是通过触发电路在门极和阴极之间施加触 发电压而产生的晶闸管的门极和阴极之间是PN结J3，其伏安特性称为门极伏安 特性。为保证可靠、安全的触发，触发电路所提供的触发电压、 电流和功率应限制在可靠触发区。 电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数1.1.电压额定电压额定1) 断态重复峰值电压UDRM 在门

6、极断路而结温为额定值时，允许重复 加在器件上的正向峰值电压,一般为正向转 折电压的80。 2) 反向重复峰值电压URRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复 加在器件上的反向峰值电压，一般为反向 击穿电压的80 。3) 通态（峰值）电压UTM 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（一般为2V）。 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，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23倍。 电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数2. 2. 额定电流额定电流1) 通态平均电流（额定电流） IT(AV

7、) 晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许连续流过的单相工频正弦半波电流的最大平均值。o 使用时应按实际电流与通态平均电流有效值相等的原则来选取晶闸管额定电流。o 实际使用时应留一定的裕量，一般取1.52倍。 电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数o 对于一只额定电流IT(AV)=100A的晶闸管，允许的电流有 效值应该为157A（考虑正弦半波波形系数）。o 对于特定电流波形，其有效值和平均值的比值成为波形 系数Kf=Irms/IAV，按有效值相等原则选择晶闸管时遵循：o 例：例：当三个不同的电流波形，分别流经额定电流为 IT(AV)= 10

8、0A的晶闸管时，其允许的电流平均值为IAV不 同。T(AV)AVf57. 1IIK 电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数（1）正弦半波整流电流波形状态 电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数o 实际波形的平均值:o 实际波形的有效值:o 波形系数:o 100A的器件允许的电流平均值: 这时100A的器件只能当作70A(平均值)使用.22. 2AVrmsIIKf22)(d)sin(21m22mrmsIttII2)(dsin21m2mAVIttIIA7 .7022. 2157AVI 电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数（2）正弦全波整流电流波形状

9、态 电力电子装置安装与调试o实际波形的平均值:o实际波形的有效值:o实际波形的波形系数:o100A的器件允许的电流平均值: 这时100A的器件可当作140A(平均值)使用晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数2)(d)sin(1m02mrmsIttIIm0mAV2)(dsin1IttII11. 1AVrmsIIKfA14111. 1157AVI 电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数（3）方波半波整流电流波形状态 电力电子装置安装与调试o 实际波形的平均值:o 实际波形的有效值:o 实际波形的波形系数:o 100A的器件允许的电流平均值: 这时100A的器件只能当作90A(平均值)使

10、用.晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数3)(d)(21m3202mrmsItII3)(d21m320mAVItII73. 1AVrmsIIKfA7 .9073. 1157AVI 电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 2) ) 维持电流维持电流 IH 晶闸管处于通态时，使晶闸管维持导通所必需的最小电流 一般为几十到几百毫安，与结温有关，结温越高，则IH越小 3) ) 擎住电流擎住电流 IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通 所需的最小电流 对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的24倍 4) ) 浪涌电流浪涌电流ITSM 指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温

11、的不重 复性最大正向过载电流 电力电子装置安装与调试晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数3 3、动态参数、动态参数（1）晶闸管的开通时间tgt与关断时间 tq 开通与关断时间的含义如前所述 （2）断态电压临界上升率du/dt 指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到 通态转换的外加电压最大上升率。（2）通态电流临界上升率di/dt 指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电 流上升率。如果电流上升太快，则晶闸管刚一开通，便会有 很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部过热 而使晶闸管损坏。 电力电子装置安装与调试晶闸管的型号:根据国家的有关规定，普通晶闸管的型号及含义

12、如下: 电力电子装置安装与调试开通条件与关断条件举例一开通条件与关断条件举例一 电力电子装置安装与调试开通条件与关断条件举例二开通条件与关断条件举例二 电力电子装置安装与调试晶闸管应用要点：晶闸管应用要点：1、触发导通条件：触发导通条件： UAK0，UGK0（或IGK0） ，并有足够的触发功率。 一旦器件导通，门极电流就不再具有控制作用。因此，门极触发电流可用脉冲电流，无需用直流。2、晶闸管的关断方法：晶闸管的关断方法： 自然关断：在导通期间，如果要求器件返回到正向阻断状态，必 须令门极电流为零，且将阳极电流降低到一个称为维 持电流的临界极限值以下，并保持一段时间。 强迫关断：通过加一反向电压

13、UAK0，并保持一段时间使其关断。在实际电路中是采用阳极电压反向、减小阳极电压、增大回路阻抗等方式，使阳极电流小于维持电流，使晶闸管关断。 电力电子装置安装与调试晶闸管应用要点：晶闸管应用要点：3、晶闸管可靠关断的条件：晶闸管可靠关断的条件： 关断时间tq：恢复晶闸管电压阻断能力所需的最小电路 换流反压时间。 电路换流反压时间t：正向电流过零点与重新施加正向 电压的起点之间的时间间隔。 可靠关断的条件： UAK0 (或IA tq。由于在触发导通时积累的非平衡载流子需要恢复时间，使其可靠 关断，因此需要在t tq之后再施加正向电压而不会导通。 电力电子装置安装与调试单结晶体管触发电路单结晶体管触

14、发电路 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路单结晶体管电力电子装置安装与调试1单结晶体管单结晶体管1）单结晶体管的结构）单结晶体管的结构电力电子装置安装与调试单结晶体管的内部结构o在一块高电阻率的N型硅片上引出两个基极b1和b2，两个基极之间的电阻就是硅片本身的电阻，一般为212k。在两个基极之间靠近b1的地方合金法或扩散法掺入P型杂质并引出电极，成为发射极e。o它有三个电极，只有一个PN结，因此称为“单结晶体管”，又因为管子有两个基极，所以又称为“双极二极管”、“双基极管”。 电力电子装置安装与调试触发电路常用的国产单结晶体管的型号主要有触发电路常用的国产单结晶体管的型号主要有BT31，BT

15、33，BT35，其外形与管脚排列。，其外形与管脚排列。发射极e第一基极b1第二基极b2电力电子装置安装与调试o 电力电子装置安装与调试单结晶体管性能好坏的判断 电力电子装置安装与调试2）单结晶体管的伏安特性）单结晶体管的伏安特性单结晶体管的伏安特性：单结晶体管的伏安特性：当两基极当两基极b1和和b2间加某一固定直流电压时，发间加某一固定直流电压时，发射极电流与发射极正向电压射极电流与发射极正向电压Ue之间的关系曲线称为单结晶体管的伏安特之间的关系曲线称为单结晶体管的伏安特性性f（Ue）。）。电力电子装置安装与调试 当开关S断开，Ibb为零，加发射极电压Ue时，得到如图所示伏安特性曲线，该曲线与

16、二极管伏安特性曲线相似。 电力电子装置安装与调试 1）单结晶体管的伏安特性）单结晶体管的伏安特性截止区截止区aP段段当开关闭合，当当开关闭合，当b2、b1间加正向电压，间加正向电压，e、b1间为高阻特性，但当间为高阻特性，但当e的的电位达到电压的某一比值时，电位达到电压的某一比值时， e、b1间变为低阻特性，这是单结管最基间变为低阻特性，这是单结管最基本的特点。本的特点。开关闭合，电压开关闭合，电压Ubb通过单结晶体管等效电路中的通过单结晶体管等效电路中的rbl和和rb2分压，得分压，得A点点电位电位UA，可表示为，可表示为式中式中 分压比，是单结晶体管的主要参数，分压比，是单结晶体管的主要参

17、数，一般为一般为0309。Ue UA时，时，PN结反偏；结反偏；Ue= UA时，时，Ie=0； UAUe UA+UD时，时，PN结正偏，只有很小的漏电流；结正偏，只有很小的漏电流；Ue=UA+UD时，时， PN结完全导通，进入结完全导通，进入P点（峰点）点（峰点） UP=UA+UDbbb2b1bbb1AUrrUrU电力电子装置安装与调试负阻区负阻区PV段段Ue由由Up再增加时：Ie rb1 UA Ue rb1 偏压 当增大到一定程度，硅片中载流子的浓度趋于饱和，rbl已减小至最小值，A点的分压UA最小，因而Ue也最小，得曲线上的V点。V点称为谷点，谷点所对应的电压和电流称为谷点电压Uv和谷点电

18、流Iv。PV为负阻区，在负阻区不能停留。 饱和区饱和区VN段段V点过后，载流子饱和，欲使Ie 须Ue ，即又恢复正阻特性。谷点电压是维持单结管导通的最小电压。电力电子装置安装与调试（2）单结晶体管的主要参数）单结晶体管的主要参数单结晶体管的主要参数有：单结晶体管的主要参数有：o 基极间电阻基极间电阻rbbo 分压比分压比o 峰点电流峰点电流IPo 谷点电压谷点电压UVo 谷点电流谷点电流IVo 耗散功率等。耗散功率等。电力电子装置安装与调试2单结晶体管自激振荡电路单结晶体管自激振荡电路（a）单结晶体管自激振荡电路的电路图）单结晶体管自激振荡电路的电路图（b）单结晶体管自激振荡电路波形图）单结晶

19、体管自激振荡电路波形图电力电子装置安装与调试3单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路1）单结晶体管触发电路，是由）单结晶体管触发电路，是由同步电路同步电路和和脉冲移相与形成脉冲移相与形成两部分组成两部分组成的。的。2）同步电路）同步电路触发信号和电源电压在频率和相位上相互协调的关系叫同步。触发信号和电源电压在频率和相位上相互协调的关系叫同步。同步电路由同步电路由同步变压器同步变压器、桥式整流电路桥式整流电路VD1VD4、电阻电阻R3及稳压及稳压管管组成。组成。电力电子装置安装与调试3）波形分析）波形分析单结晶体管触发电路的调试以及在今后的使用过程中的检修主要是通过单结晶体管触发电路的调试以及在今

20、后的使用过程中的检修主要是通过几个点的典型波形来判断个元器件是否正常。几个点的典型波形来判断个元器件是否正常。桥式整流后脉动电压的波形桥式整流后脉动电压的波形将探头的测试端接于将探头的测试端接于“A”点，接地端接于点，接地端接于“E”点，测得波形。点，测得波形。 （a）实测波形）实测波形 （b）理论波形）理论波形电力电子装置安装与调试、削波后梯形波电压波形、削波后梯形波电压波形将探头的测试端接于将探头的测试端接于“B”点，测得点，测得B点的波形点的波形 （a）实测波形）实测波形 （b）理论波形）理论波形电力电子装置安装与调试 （2）脉冲移相与形成）脉冲移相与形成 1）电路组成）电路组成 脉冲移

21、相由电阻脉冲移相由电阻RE和电容和电容C组成，脉冲形成由单结晶体管、温组成，脉冲形成由单结晶体管、温补电阻补电阻R3、输出电阻、输出电阻R4组成。组成。 改变自激振荡电路中电容改变自激振荡电路中电容C的充电电阻的阻值，就可以改变充电的充电电阻的阻值，就可以改变充电的时间常数，图中用电位器的时间常数，图中用电位器RP来实现这一变化，例如：来实现这一变化，例如：RPC出现第一个脉冲的时间后移出现第一个脉冲的时间后移Ud电力电子装置安装与调试2）波形分析）波形分析、电容电压的波形、电容电压的波形将探头的测试端接于将探头的测试端接于“C”点点 （a）实测波形）实测波形 （b）理论波形）理论波形半个周期

22、电力电子装置安装与调试 （2）脉冲移相与形成）脉冲移相与形成调节电位器调节电位器RP的旋钮，观察的旋钮，观察C点的波形的变化范围。点的波形的变化范围。电力电子装置安装与调试、输出脉冲的波形、输出脉冲的波形将探头的测试端接于将探头的测试端接于“D”点点 （a）实测波形）实测波形 （b）理论波形）理论波形电力电子装置安装与调试调节电位器调节电位器RP的旋钮，观察的旋钮，观察D点的波形的变化范围。点的波形的变化范围。电力电子装置安装与调试3触发电路各元件的选择触发电路各元件的选择（1）充电电阻的选择）充电电阻的选择改变充电电阻的大小，就可以改变张驰振荡电路的频率，但是频改变充电电阻的大小，就可以改变

23、张驰振荡电路的频率，但是频率的调节有一定的范围，如果充电电阻选择不当，将使单结晶体率的调节有一定的范围，如果充电电阻选择不当，将使单结晶体管自激振荡电路无法形成振荡。管自激振荡电路无法形成振荡。充电电阻的取值范围为：充电电阻的取值范围为：其中：其中： U加于图中加于图中B-E两端的触发电路电源电压两端的触发电路电源电压 UV单结晶体管的谷点电压单结晶体管的谷点电压 IV单结晶体管的谷点电流单结晶体管的谷点电流 UP 单结晶体管的峰点电压单结晶体管的峰点电压 IP单结晶体管的峰点电流单结晶体管的峰点电流PPEVVIUURIUU电力电子装置安装与调试（2）电阻的选择）电阻的选择电阻电阻R3是用来补

24、偿温度对峰点电压的影响，通常取值范围为：是用来补偿温度对峰点电压的影响，通常取值范围为：200600。（3）输出电阻）输出电阻R4的选择的选择输出电阻的大小将影响输出脉冲的宽度与幅值，通常取值范围为：输出电阻的大小将影响输出脉冲的宽度与幅值，通常取值范围为：50100。（4）电容）电容C的选择的选择电容电容C的大小与脉冲宽窄和的大小有关，通常取值范围为：的大小与脉冲宽窄和的大小有关，通常取值范围为：0.11F。电力电子装置安装与调试 【总结与提高【总结与提高】 把交流电变成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。可控把交流电变成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。可控整流装置由主电

25、路和触发电路两部分构成。整流装置的输入端一般接在交整流装置由主电路和触发电路两部分构成。整流装置的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般在主电路输入端接整流变压器，把一次侧电压装置的功率因数，一般在主电路输入端接整流变压器，把一次侧电压U1，变成二次侧电压变成二次侧电压U2。由晶闸管等组成的可控整流主电路，其输出端的负。由晶闸管等组成的可控整流主电路，其输出端的负载，可以是电阻性（如白炽灯、电炉、电焊机等）、大电感性负载（如直载，可以是电阻性（如白炽灯、电炉、电焊机等）

26、、大电感性负载（如直流电动机的励磁绕组、滑差电动机的电枢线圈等）以及反电势负载（如直流电动机的励磁绕组、滑差电动机的电枢线圈等）以及反电势负载（如直流电动机的电枢反电势负载、充电状态下的蓄电池等）。以上负载往往要流电动机的电枢反电势负载、充电状态下的蓄电池等）。以上负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。为此，只要改变触发电路所求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。为此，只要改变触发电路所提供的触发脉冲送出的时刻（即控制角），就能改变晶闸管在交流电压提供的触发脉冲送出的时刻（即控制角），就能改变晶闸管在交流电压u2一周期内导通时间，这样负载上直流电压的平均值就可以得到控制。一周期内导通时间，这样负载上直流电压的平均值就可以得到控制。为了使触发电路能和主电路电压同步，在触发电路输入端接同步变压器。为了使触发电路能和主电路电压同步，在触发电路输入端接同步变压器。