1 电力二极管与晶闸管

1）正向特性 a.当IG=0时，如果在器件两端施加正 向电压，则晶闸管处于正向阻断状态， 只有很小的正向漏电流流过。 b.如果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。 c.随着门极电流幅值的增大，正向转 折电压降低，晶闸管本身的压降很小， 在1V左右。 d.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。
3.肖特基二极管（Schottky Barrier Diode——SBD） 1）属于多子器件 2）优点在于：反向恢复时间很短（10~40ns），正向恢 复过程中也不会有明显的电压过冲；在反向耐压较低的情 况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管；因此， 其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率 高。 3）弱点在于：当所能承受的反向耐压提高时其正向压降 也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下的低压场 合；反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不 能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。
一、结构与伏安特性 1. 结构
■电力二极管是以半导体PN结为基础的,实际上是由一个面积
较大的PN结和两端引线以及封装组成的。从外形上看，可 以有螺栓型、平板型等多种封装。
a)
b)
c)
d)
图1-1 电力二极管的结构、符号和外形 a)结构 b)符号 c) 螺旋式外形 d) 平板式外形
2. 伏安特性 电力二极管的阳极和阴极间的电压UAK和流过管 子的电流IA之间的关系称为伏安特性，其伏安特性 曲线如图1-2所示。
晶闸管的外形、 图1-3 晶闸管的外形、结构和电气图形符号 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
晶闸管的内部结构和等效电路如图1-3所示。
a) b) 图1-4 晶闸管的内部结构和等效电路 a) 内部结构 b)以互补三极管等效
二、晶闸管的工作原理
晶闸管等效为两个互补连接的 三极管工作分析 IG→IB2↑→IC2（IB1) ↑ →IB2↑ ↑＿＿＿＿＿＿＿＿↓
图1-5 晶闸管的工作原理示意图
导通和关断条件可通过图1 导通和关断条件可通过图1-6所示的实验
图1-6
晶闸管的导通与关断实验电路
三、晶闸管的阳极伏安特性
总结前面介绍的工作原理，可以归纳晶闸管正常工作时的特性如下： 总结前面介绍的工作原理，可以归纳晶闸管正常工作时的特性如下： 当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流， 1)当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导 通。 当晶闸管承受正向电压时， 2)当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导 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存在， 3)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存在， 晶闸管都保持道通。 晶闸管都保持道通。 若要使已导通的晶闸管关断， 4)若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过 晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。 晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。 以上特点反映到晶闸管的伏安特性上如图1 所示： 以上特点反映到晶闸管的伏安特性上如图1-7所示：
图1-7 晶闸管的伏安特性 IG2 >IG1 >IG
2)反向特性 a.其伏安特性类似二极管的反 向特性。 b.晶闸管处于反向阻断状态时， 只有极小的反向漏电流通过。 c.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 大，导致晶闸管发热损坏。
图1-7 晶闸管的伏安特性 IG2>IG1>IG
第二节 晶闸管
一、晶闸管的结构
1.从外形上来看，晶闸管也主 1.从外形上来看， 从外形上来看 要有螺栓型和平板型两种封 要有螺栓型和平板型两种封 螺栓型 装结构 。 2.引出阳极A、阴极K和 引出阳极 2.引出阳极 、阴极 和门极 控制端） 三个联接端 三个联接端。 （控制端）G三个联接端。 3.内部是 内部是PNPN四层半导体结 3.内部是 四层半导体结 构。
第1章 电力二极管与晶闸管
学习目标
1.掌握电力二极管的结构、伏安特性、主要参数、测 试方法和选用方法。 2.了解晶闸管的结构、工作原理及伏安特性 3.掌握晶闸管的导通条件和关断条件。 4.熟练掌握晶闸管的主要参数、测试方法和选用方法。 5.掌握双向晶闸管的结构、主要参数及选用测试方法。
第一节 电力二极管
1.普通二极管（General Purpose Diode） 1）又称整流二极管（Rectifier Diode），多用于开 关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。 2）其反向恢复时间较长，一般在5µs以上。 3）其正向电流定额和反向电压定额可以达到很高。 2. 快恢复二极管（Fast Recovery Diode——FRD） 1）恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短（一般在 5µs以下） 。可用于要求很小恢复时间的电路中。 2）从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。 前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以 下，甚至达到20~30ns。
2 π ∫0 3
3 × 78.5 当考虑2倍的安全余量时， 当考虑2倍的安全余量时，Im的允许值为 I m = A = 68A 2
五、晶闸管的门极伏安特性及主要参数
和门极不触发电流I 1.门极不触发电压UGD和门极不触发电流 GD 门极不触发电压 不能使晶闸管从断态转入通态的最大门极电压称为门极 不触发电压U 相应的最大电流称为门极不触发电流I 不触发电压 GD，相应的最大电流称为门极不触发电流 GD。 门极触发电压U 和门极触发电流I 2.门极触发电压 GT和门极触发电流 GT 在室温下，对晶闸管加上6V 正向阳极电压时， 使器件由 在室温下 ， 对晶闸管加上 6 正向阳极电压时， 极电流称为门极触发电流I 断态转入通态所必须的最小门 极电流称为门极触发电流 GT， 相应的门极电压称为门极触发电压U 相应的门极电压称为门极触发电压 GT。 门极正向峰值电压U 门极正向峰值电流I 3.门极正向峰值电压 GM、门极正向峰值电流 GM和门极峰值功 率PGM 在晶闸管触发过程中， 在晶闸管触发过程中 ， 不致造成门极损坏的最大门极电 压 、 最大门极电流和最大瞬时功率分别称为门极正向峰值电 门极正向峰值电流I 和门极峰值功率P 压 UGM、 门极正向峰值电流 GM 和门极峰值功率 GM 。 使用时 晶闸管的门极触发脉冲不应超过以上数值。 晶闸管的门极触发脉冲不应超过以上数值。
三、电力二极管的选用
1.选择额定正向平均电流IF 的原则
I F = (1.5 ~ 2) I DM 1.57
（1-1）
选用时取相应标准系列值即可。
2.选择额定电压URRM 的原则 2.选择额定电压
URRM =（2～3）UDM
选用时取相应标准系列值。 （1-2）
3. 电力二极管的测试及使用注意事项
由于电力二极管的内部结构为PN结，因此用万用 表的R×100挡测量阳极A和阴极K两端的正、反向 电阻，可以判断电力二极管的好坏。一般电力二极 管的正向电阻在几十欧至几百欧，而反向电阻在几 千欧至几十千欧以上为好的；若正、反向电阻都为 零或都为无穷大，说明电力二极管已经损坏。注意： 严禁用兆欧表测试电力二极管。 电力二极管使用时必须保证规定的冷却条件，如 不能满足规定的冷却条件，必须降低容量使用。如 规定风冷元件使用在自冷时，只允许用到额定电流 的1/3左右。
例1-2 现有晶闸管型号为KP50-7，用于某电路中时，流过的电 现有晶闸管型号为KP50用于某电路中时， KP50 流波形如图1 所示，试求I 允许多大? 流波形如图1-7所示，试求 m允许多大?
图1-7 流过晶闸管的电流波形
解
KP50KP50-7晶闸管允许流过的电流有效值为 50 IT =1.57 I T(AV)=1.57×50A=78.5A A=78 ×50A=78. 2 实际流过该管的电流有效值 I = 1 2 π / 3 I m d (ωt ) = I m
国产普通晶闸管型号的命名
一晶闸管接在220 交流回路中， 220V 例 1-1 一晶闸管接在 220V 交流回路中 ， 通过器件的电流 有效值为100 100A 问选择什么型号的晶闸管? 有效值为100A，问选择什么型号的晶闸管? 解 选择晶闸管额定电压 UTn =(2～3) UTM = (2～3)×220V=622～933V =(2 220V=622～933V V=622 按晶闸管参数系列取800 800V 按晶闸管参数系列取800V，即8级。 选择晶闸管的额定电流 IT(AV)=(1.5 ～ 2)IT/1.57=(1.5 ～ 2)×100/1.57 =95 ～ =(1 57=( =(1 100/ 127A 127A 100A 按 晶 闸 管 参 数 系 列 取 100A ， 所 以 选 取 晶 闸 管 型 号 KPl00 00KPl00-8E。
四、电力二极管的主要类型
电力二极管在许多电力电子电路中有着广泛的 应用。在后面的章节中我们将会看到，电力二极管 可以在交流-直流变换电路中作为整流元件，也可以 在电感元件的电能需要适当释放的电路中作为续流 元件，还可以在各种变流电路中作为电压隔离、箝 位或保护元件。在应用面介绍几种 常用的电力二极管。
■电力二极管（Power Diode）自20世纪50年代初期就获得 应用，但其结构和原理简单，工作可靠，直到现在电力二 极管仍然大量应用于许多电气设备当中。 ■在采用全控型器件的电路中电力二极管往往是不可缺少 的，特别是开通和关断速度很快的快恢复二极管和肖特基 二极管，具有不可替代的地位。
整流二极管及模块
4．晶闸管的其他参数 ． 在室温和门极断开时， (1)维持电流IH 在室温和门极断开时，器件从较大的通态电流降至维持通 维持电流 最小电流称为维持电流。它一般为几毫安到几百毫安。 态所必需的 最小电流称为维持电流。它一般为几毫安到几百毫安。 擎住电流I 晶闸管刚从断态转入通态就去掉触发信号， (2)擎住电流 L 晶闸管刚从断态转入通态就去掉触发信号，能使器件保持 导通所需要的最小阳极电流。 导通所需要的最小阳极电流。 断态电压临界上升率du／ 在额定结温和门极开路情况下， (3)断态电压临界上升率 ／dt 在额定结温和门极开路情况下，不使器件 从断态到通态转换的阳极电压最大上升率称为断态电压临界上升率。 从断态到通态转换的阳极电压最大上升率称为断态电压临界上升率。 (4)通态电流临界上升率di／dt 在规定条件下，晶闸管在门极触发开通时 通态电流临界上升率d ／ 在规定条件下， 所能承受不导致损坏的通态电流最大上升率称为通态电流临界上升率。 所能承受不导致损坏的通态电流最大上升率称为通态电流临界上升率。