平板型普通晶闸管内部结构图
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电力电子技术第2章器件2_SCR
无法控制关断，半
a) 双晶体管模型 b) 工作原理
控型器件。
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电力电子技术第2章器件2_SCR
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
定量分析：
•（1-1）
•（1-2）
•（1-3）
•（1-4）
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 ：
• 例：某晶闸管实际承担电流波形有效值为400A，则可 选额定电流为400/1.57=255A,考虑裕量，实际选额 定电流为500A的晶闸管。
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电力电子技术第2章器件2_SCR
晶闸管的主要参数
•3）动态参数
除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：
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。
• 关断： ➢ 电流低于维持电
流。 ➢ 阳极电压反极性。
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电力电子技术第2章器件2_SCR
2.3.3 晶闸管的主要参数
•1）电压定额
断态重复峰值电压UDRM
——在门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。
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。
图2-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
•（1-5）
a) 双晶体管模型 b) 工作原理
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电力电子技术第2章器件2_SCR
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
阻断状态：IG=0，1+2很小。流过晶闸管的漏电流稍
电力电子技术第2章器件2_SCR
•
10、阅读一切好书如同和过去最杰出 的人谈 话。08:25:0708 :25:070 8:256/1 4/2021 8:25:07 AM
•
11、一个好的教师，是一个懂得心理 学和教 育学的 人。21. 6.1408:25:0708 :25Jun- 2114-J un-21
•
12、要记住，你不仅是教课的教师， 也是学 生的教 育者， 生活的 导师和 道德的 引路人 。08:25:0708:2 5:0708:25Mon day , June 14, 2021
s
t3 t Q2
• 门极正偏，Q2、Q1导通，再生正 反馈。电流超挚住电流后，门极 脉冲可去。（一维开通）。在低
发射极电流下 是很小的，而当 0 发射极电流建立起来之后， 迅
速增大。
Q1 Von
t
1-15
晶闸管的关断问题
• 导通后因门极面
积远小于阴极，
加负门极电流不 能影响阴极主体， J3
不能关断。
普通晶闸管的关断时间约 几百微秒。
trr URRM tgr
图1-9 晶闸管的开通和关断过程波形
1-14
晶闸管的开通特性 I A
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
（2-5）
•
注发t心s:入，射门触靠极极发门位电电极于部流流阴先极使增导晶晶大通片体，以中管
的 致
iA
•
17、儿童是中心，教育的措施便围绕 他们而 组织起 来。上 午8时25 分7秒 上午8时 25分08 :25:072 1.6.14
•
1、Genius only means hard-working all one's life. (Mendeleyer, Russian Chemist)
晶闸管课件.
A2 ～
O
α
α
A1
＋
G
uo
－
2
t
α
可关断晶闸管及其直流调压管相同。
不同之处在于：普通晶闸管在导通后，控制极不再
起作用，只有在阳极电压为零时，晶闸管才会关断
（截止）。而可关断晶闸管
在uA＞0, uG＞0时，由截止变为导通
A
，而在uA＞0, uG＜0时，即加负脉冲
A
形成正反馈过程
T1
R
G EG
T2
EA
+ _
K EA > 0、EG > 0
在极短时间内使两个 三极管均饱和导通，此 过程称触发导通。
晶闸管导电实验
（1）晶闸管截止时，
若uA>0, uG≤0，晶闸管 仍然 截止；
（2）晶闸管截止时，
若uA>0, uG>0,晶闸管由 截止变为导通；
＋
EA
－
S
EG
－＋
（3）晶闸管导通时，若uA>0, uG≤0，晶闸管仍然 导通；
(2) 有源逆变。有源逆变是指把直流电变换成与 电网同频率的交流电，并将电能返送给交流电源。例 如, 目前采用的高压输电工程，将三相交流电先变换 成高压直流电，再进行远距离的输送，到目的地后， 再利用有源逆变技术把直流电变成与当地电网同频率 的交流电供给用户。
(3) 交流调压。 交流调压是指把不变的交流电压 变换成大小可调的交流电压。例如，用于灯光控制、 温度控制及交流电动机的调压调速。
–
D2 –
3.工作波形
t
uO为一个 2O
π+α
α
不完整的全
波脉动电压，
t
它相当于从 O
晶闸管
峰值电压。
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。
2）额定电流 通态平均电流 IT(AV）
——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。 ——使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。
1-20
3、型号KP100-3、维持电流 IH=4mA的晶闸管，使用在下图 中是否合理？为什么？(不考虑裕 量）
(1)
(2)
1-21
(3)
1-22
1-13
4）其他参数
（1）维持电流 IH ——使晶闸管维持导通所必需的最小电流。 （2）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2~4 倍。 （3）浪涌电流ITSM ——指由于电路异常情况引起的并使结温 超过额定结温的不重复性最大正向过载电 流。 （4）门极触发电流IGT/触发电压UGT
2.2
半控器件—晶闸管· 引言
晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流 器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）
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。
雪崩 击穿
-IA
图1-8 晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
（2）反向特性
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
晶闸管的工作原理与应用ppt课件
❖ 用门极正脉冲可使GTO开通， 用门极负脉冲可以使 其关断， 这是GTO最大的优点。 但要使GTO关断的门极 反向电流比较大， 约为阳极电流的１/５左右。
❖ GTO有能承受反压和不能承受反压两种类型， 在使 用时要特别注意。
❖ 不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承 受反压时应和电力二极管串联 。
➢ 线性放大区： ➢ 准饱和区：
➢ 深饱和区：类似于开关的通态。
图1.5.3共发射极接法 时GTR的输出特性
返 回
24
1.6 电力场效应晶体管
电力MOSFET
P沟道 N沟道
耗尽型： 增强型 耗尽型 增强型:
当栅极电压为零时漏 源极之间就存在导电 沟道；
对于N（P）沟道器件, 栅极电压大于（小于） 零时才存在导电沟道
返 回
30
1.8.2 静电感应晶闸管（SITH）
➢ 它自1972年开始研制并生产； ➢ 优点：与GTO相比，SITH的通态电阻小、通态压
降低、开关速度快、损耗小及耐量高等； ➢ 应用：应用在直流调速系统，高频加热电源和开
关电源等领域； ➢ 缺点：SITH制造工艺复杂，成本高；
返 回
31
1.8.3 MOS控制晶闸管（MCT）
电力半导体器件可以用切断或接通电流 的开关表示。
•
在图1.9.1中，T1、T2表示由两个电力
• 1.8.1 静电感应晶体管 • 1.8.2 静电感应晶闸管 • 1.8.3 MOS控制晶闸管 • 1.8.4 集成门极换流晶闸管 • 1.8.5 功率模块与功率集成电路
返 回
29
1.8.1 静电感应晶体管（SIT）
➢ 它是一种多子导电的单极型器件，具有输出功率大、
输入阻抗高、开关特性好、热稳定性好、抗辐射能力 强等优点； ➢ 广泛用于高频感应加热设备(例如200kHz、200kW的 高频感应加热电源)。并适用于高音质音频放大器、 大功率中频广播发射机、电视发射机、差转机微波以 及空间技术等领域。
❖ GTO有能承受反压和不能承受反压两种类型， 在使 用时要特别注意。
❖ 不少GTO都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管，需承 受反压时应和电力二极管串联 。
➢ 线性放大区： ➢ 准饱和区：
➢ 深饱和区：类似于开关的通态。
图1.5.3共发射极接法 时GTR的输出特性
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1.6 电力场效应晶体管
电力MOSFET
P沟道 N沟道
耗尽型： 增强型 耗尽型 增强型:
当栅极电压为零时漏 源极之间就存在导电 沟道；
对于N（P）沟道器件, 栅极电压大于（小于） 零时才存在导电沟道
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1.8.2 静电感应晶闸管（SITH）
➢ 它自1972年开始研制并生产； ➢ 优点：与GTO相比，SITH的通态电阻小、通态压
降低、开关速度快、损耗小及耐量高等； ➢ 应用：应用在直流调速系统，高频加热电源和开
关电源等领域； ➢ 缺点：SITH制造工艺复杂，成本高；
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1.8.3 MOS控制晶闸管（MCT）
电力半导体器件可以用切断或接通电流 的开关表示。
•
在图1.9.1中，T1、T2表示由两个电力
• 1.8.1 静电感应晶体管 • 1.8.2 静电感应晶闸管 • 1.8.3 MOS控制晶闸管 • 1.8.4 集成门极换流晶闸管 • 1.8.5 功率模块与功率集成电路
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1.8.1 静电感应晶体管（SIT）
➢ 它是一种多子导电的单极型器件，具有输出功率大、
输入阻抗高、开关特性好、热稳定性好、抗辐射能力 强等优点； ➢ 广泛用于高频感应加热设备(例如200kHz、200kW的 高频感应加热电源)。并适用于高音质音频放大器、 大功率中频广播发射机、电视发射机、差转机微波以 及空间技术等领域。
2晶闸管的认识(1)
平板式晶闸管
平板式晶闸管加装散热器
螺旋式晶闸管
优点：拆装简单，器件维修更换方便。
缺点：散热效果一般、功率不大（额定电流200A以下）。
晶闸管的内部结构
晶闸管内部是由P1-N1-P2-N2四层半导体构成，两 个三极管或三个二极管的复合。
晶闸管的工作原理
主电路：A极与 K极之间所对应的电路。 触发电路：G极与 K极之间所对应的电路。
测量结果： rGK和rKG均很小、几十Ω ~几百Ω，但rGK≤rKG 。
步骤二 测量阳极与阴极之间的电阻
R×1kΩ 挡测量
测量结果：rAK和rKA均很大、几十kΩ ~几百kΩ。
电珠测试法
控制开关K的通断，观察指示灯HL的状ny slogan
3
4
晶闸管的外部结构
晶闸管是三端半 导体器件，具有三个 电极。 安装散热器使用
晶闸管的外部结构
外形分类：塑封式、螺旋式、平板式。
塑封式晶闸管
由于散热条件有限，功率都比较小，额定 电流通常在20A以下。
平板式晶闸管
优点：散热效果好、功率大（额定电流200A以上）。 缺点：拆装麻烦，器件维修更换不方便。
晶闸管的认识（1）
什么是晶闸管
名称：硅晶体闸流管，也称SCR。
性质：半导体型功率器件。
作用：作为开关使用。 晶闸管的优点：反应快、无触点、无火花、无噪 声、效率高、成本低等。
晶闸管的缺点：过载能力差、容易受干扰等。
晶闸管外形图片
晶闸管的认识
1 2
晶闸管的外部结构 晶闸管的内部结构 晶闸管的工作原理 晶闸管的测量
晶闸管的导通、关断条件
导通条件： 正向阳极电压 UA＞ 0
电力电子器件-电子课件
决定晶闸管的最大电流 管芯半导体结温 流过电流的有效值 （相同的电流有效值条件下，其发热情况相同，选取型号相同）
第一章 电力电子器件
波形系数Kf ：有效值/平均值，反应周期
交流量波形性质。
如果额定电流为100A的晶闸管 其允许通过的电流有效值为1.57×100＝157A
第一章 电力电子器件
选择晶闸管额定电流时，要依据实际波形的电流
有效值与额定电流IT（AV)有效值相等的原则（即管芯结
温一样）进行换算。即：
由于晶闸管的过载能力差，一般选用时取1.5～2倍 的安全裕量。
第一章 电力电子器件
3.通态平均电压UT(AV)
当流过正弦半波的电流为额定电流，并达到稳定 的额定结温时，晶闸管阳极与阴极之间电压降的平均 值，称为通态平均电压。
第一章 电力电子器件
电力电子器件在电力设备或电力系统中，直接 承担电能变换和控制任务的电路称为主电路。
电力电子器件就是可直接用于主电路中实现电 能的变换和控制的电子器件。
电力电子器件则是电力电子电路的基础。 目前常用的电力电子器件都是用半导体材料制 成的，主要分为半控型器件和全控型器件。
第一章 电力电子器件
门极可关断晶闸管实物、图形 和文字符号
GTO在牵引电力机车和斩波器中的应用
第一章 电力电子器件
二、功率晶体管GTR
大功率晶体管（Giant Transistor）简称GTR， 又称为电力晶体管。因为有PNP和NPN两种结构，因此 又称双极型晶体管BJT。
功率晶体管GTR实物、图形和文字符号
第一章 电力电子器件
为晶闸管的额定电压值，用电压等级来表示。
第一章 电力电子器件
2.额定电流IT（AV)
又称为额定通态平均电流。 是指在环境温度小于40℃和标准散热及全导通的条 件下，晶闸管可以连续导通的工频正弦半波电流的平均 值。 晶闸管的额定电流参数系列：1A、5A、10A、20A、 30A、50A、100A、200A、300A。
第一章 电力电子器件
波形系数Kf ：有效值/平均值，反应周期
交流量波形性质。
如果额定电流为100A的晶闸管 其允许通过的电流有效值为1.57×100＝157A
第一章 电力电子器件
选择晶闸管额定电流时，要依据实际波形的电流
有效值与额定电流IT（AV)有效值相等的原则（即管芯结
温一样）进行换算。即：
由于晶闸管的过载能力差，一般选用时取1.5～2倍 的安全裕量。
第一章 电力电子器件
3.通态平均电压UT(AV)
当流过正弦半波的电流为额定电流，并达到稳定 的额定结温时，晶闸管阳极与阴极之间电压降的平均 值，称为通态平均电压。
第一章 电力电子器件
电力电子器件在电力设备或电力系统中，直接 承担电能变换和控制任务的电路称为主电路。
电力电子器件就是可直接用于主电路中实现电 能的变换和控制的电子器件。
电力电子器件则是电力电子电路的基础。 目前常用的电力电子器件都是用半导体材料制 成的，主要分为半控型器件和全控型器件。
第一章 电力电子器件
门极可关断晶闸管实物、图形 和文字符号
GTO在牵引电力机车和斩波器中的应用
第一章 电力电子器件
二、功率晶体管GTR
大功率晶体管（Giant Transistor）简称GTR， 又称为电力晶体管。因为有PNP和NPN两种结构，因此 又称双极型晶体管BJT。
功率晶体管GTR实物、图形和文字符号
第一章 电力电子器件
为晶闸管的额定电压值，用电压等级来表示。
第一章 电力电子器件
2.额定电流IT（AV)
又称为额定通态平均电流。 是指在环境温度小于40℃和标准散热及全导通的条 件下，晶闸管可以连续导通的工频正弦半波电流的平均 值。 晶闸管的额定电流参数系列：1A、5A、10A、20A、 30A、50A、100A、200A、300A。
晶闸管的原理、特性、主要参数及测试方法
晶闸管的原理、特性、主要参数及测试方法1.1 晶闸管晶闸管（Thyristor）是硅晶体闸流管的简称，也称为可控硅SCR（Semiconductor Control Rectifier）。
晶闸管作为大功率的半导体器件，只要用几十至几百毫安的电流就可以控制几百至几千安的大电流，实现了弱电对强电的控制。
1.1.1 晶闸管的结构晶闸管是四层（P1N1P2N2）三端（阳极A、阴极K、门极G）器件，其内部结构和等效电路如图1-1所示。
图1-1 晶闸管的内部结构和等效电路晶闸管的符号及外形如图1-2所示，图1-2（a）为晶闸管的符号，图1-2（b）为晶闸管的外形。
晶闸管的类型大致有4种：塑封型、螺栓型、平板型和模块型。
塑封型晶闸管多用于额定电流5A以下；螺栓型晶闸管额定电流一般为5～200A；平板型晶闸管用于额定电流200A以上；模块型晶闸管额定电流可达数百安培。
晶闸管由于体积小、安装方便，常用于紧凑型设备中。
晶闸管工作时，由于器件损耗会产生热量，需要通过散热器降低管芯温度，器件外形是为便于安装散热器而设计的。
图1-2 晶闸管的符号及外形晶闸管的散热器如图1-3所示。
图1-3 晶闸管的散热器1.1.2 晶闸管的工作原理以图1-4所示的晶闸管的导通实验电路来说明晶闸管的工作原理。
在该电路中，由电源EA、晶闸管的阳极和阴极、白炽灯组成晶闸管主电路，由电源EG、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路（触发电路）。
图1-4 晶闸管的导通实验电路实验步骤及结果说明如下。
（1）将晶闸管的阳极接电源EA的正极，阴极经白炽灯接电源的负极，此时晶闸管承受正向电压。
当控制电路中的开关S断开时，灯不亮，说明晶闸管不导通。
（2）当晶闸管的阳极和阴极承受正向电压，控制电路中开关S闭合，使控制极也加正向电压（控制极相对阴极）时，灯亮说明晶闸管导通。
（3）当晶闸管导通时，将控制极上的电压去掉（即将开关S断开），灯依然亮，说明一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。