晶闸管的基本特性.
晶闸管相关知识点总结
晶闸管相关知识点总结一、晶闸管的基本结构晶闸管由四层P-N结组成，常用的结构有NPNP和PNPN两种。
NPNP结构的晶闸管由N型半导体和P型半导体交替组成，其中N1P1之间为薄的P2层，称为控制层。
PNPN结构的晶闸管则由P型半导体和N型半导体交替组成，其中P1N1之间为薄的N2层，也称为控制层。
在两种结构中，N1和P2之间或P1和N2之间的结被称为触发结，控制层P2或N2与外接的触发电压信号V_g相结，当V_g增大到一定数值时，触发结打开，晶闸管导通，电流通过。
晶闸管的最大阳极与阴极电压称为额定阳极电压U DRM，最大阳极电流称为额定阳极电流I DRM。
二、晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理可以从触发过程和导通过程两个方面来解释：1.触发过程晶闸管的触发过程是从晶闸管关断状态转变成导通状态的过程。
在正常工作状态下，晶闸管的阳极与阴极两端之间的电压为正向电压，晶闸管是处于关断状态的。
当控制层加上一个正脉冲电压时，触发结上的电场会产生漏极扩散，从而使控制层中的电子和空穴向N1层或P1层运动。
如果控制层中的载流子浓度高于某个值，那么触发结的电阻就会下降，电流将通过触发结，使晶闸管进入导通状态。
2.导通过程当晶闸管处于导通状态时，阳极和压电传输的电流都是主要的通电要素。
此时晶闸管的特性曲线显示出电流与电压之间的非线性关系。
当电流I G增加，晶闸管的触发电压U GT几乎不变，但是阳极电流I A与触发电流I G呈线性关系。
当晶闸管的阳极电压增加，电流增大，但是增加的速度并非线性关系。
当电压继续增大时，电流稳定在一个较大的数值。
在导通状态下，晶闸管相当于一个两端电压少量扩大的二极管。
三、晶闸管的特性晶闸管的特性可以从静态特性和动态特性两个方面来讨论：1.静态特性晶闸管的静态特性包括触发特性和导通特性两个方面：触发特性是指晶闸管在不同触发电流和触发电压条件下的触发特性曲线。
当触发电流I G增加时，触发电压U GT基本不变，这种关系在实际电路中经常用来测量晶闸管的参数。
晶闸管的原理与应用pdf
晶闸管的原理与应用一、晶闸管的基本原理晶闸管是一种电子器件，具有可控硅的特点。
其基本原理如下：1.PN结–晶闸管由P型半导体、N型半导体和P型半导体三层特殊结构构成。
–P型半导体具有正电荷载流子，N型半导体具有负电荷载流子，形成PN结。
2.开关特性–当PN结两端没有电压时，晶闸管处于关断状态。
–当PN结两端有正向电压时，晶闸管依然处于关断状态。
–当PN结两端有反向电压时，当反向电压超过某一临界值时，晶闸管会被击穿，进入导通状态。
3.可控性–通过控制晶闸管的控制电极，可以改变晶闸管的导通时间和导通电流。
–当控制电极施加正脉冲信号时，晶闸管进入导通状态，电流流过。
–当控制电极施加负脉冲信号时，晶闸管恢复关断状态，电流停止流动。
二、晶闸管的应用晶闸管由于其独特的特性，在电力控制、电动机控制和功率供应等领域有着广泛的应用。
1.电力控制–晶闸管可以控制电流的大小和方向，广泛应用于电力变频调速系统中。
–通过调节晶闸管的导通时间和导通电流，可以实现对电力系统的精确控制。
2.电动机控制–晶闸管可以控制电动机的启动、停止和转速等参数。
–通过控制晶闸管的导通时间和导通电流，可以实现对电动机的精确控制。
3.功率供应–晶闸管具有高功率控制能力，适用于高功率负载。
–晶闸管广泛应用于电力系统的功率供应、工业控制和电压变换等领域。
4.电流调制–晶闸管可通过不同的控制方式，实现电流的调制。
–通过改变晶闸管的导通时间和导通电流，可以实现正弦波、脉冲及方波等各种电流波形的调制。
三、晶闸管的优势与发展晶闸管作为一种可控硅器件，具有以下优势：•高可靠性：晶闸管的寿命长，无机械动部件，可靠性高。
•调制能力强：晶闸管能够实现多种电流波形的调制。
•功率控制精度高：晶闸管能够实现对功率的精确控制。
•体积小：晶闸管体积小，便于集成和安装。
晶闸管在过去几十年里得到了快速发展，随着科技的进步，有望在以下领域实现更多突破：1.新能源–晶闸管在风能、太阳能等新能源的开发和利用中有着广阔的应用前景。
晶闸管介绍
晶闸管介绍：晶闸管是一种大功率开关型半导体器件，具有硅整流器件的特性。
1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化。
晶闸管是PNPN 四层半导体结构，有三个极：阳极、阴极和控制极。
它能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制，被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
晶闸管具有硅整流器件的特性，因此能够在高电压、大电流条件下工作。
在实际应用中，晶闸管的导通和截止状态可以通过控制极触发电流来实现控制。
在正向电压条件下，晶闸管内部两个等效三极管均处于截止状态，此时晶闸管是截止的。
当控制极上施加触发电流时，晶闸管内部等效三极管导通，晶闸管进入导通状态。
在导通状态下，控制极失去作用，即使控制极上施加反向电压，晶闸管仍然保持导通状态。
要使晶闸管截止，需要使其阳压为零或为负，或将阳压减小到一定程度，使流过晶闸管的电流小于维持电流，晶闸管才自行关断。
此外，晶闸管具有正向和反向特性。
在正向特性下，只有很小的正向漏电流；在反向特性下，需要施加反向电压才能使晶闸管导通。
因此，在实际应用中需要根据具体电路要求选择合适的晶闸管类型和规格。
晶闸管的特点
晶闸管的特点
晶闸管的特点：
1、开关特性：晶闸管具有较强的开关特性，即在小输入电流和很小的电压差下，可在微秒级别内容直接承担大于千瓦的负载，承担功率器件特点，性能比开关管表现更好。
2、稳定性：晶闸管具有良好的稳定性，无需外接电容就可以达到高稳定性，并且在保证稳定性情况下，能够承担大于千瓦的电流负载，因此晶闸管在电源调节器技术中得到了广泛的应用。
3、受控特性：极小的控制和驱动电流，可以在测量微小的电压差的条件下控制强大的负载系统，可直接把小功率的输入电流转换成大功率的交流输出，这也是晶闸管作为集中系统控制器的重要原因之一。
4、阻断能力：晶闸管具有很强的阻断能力，即在小电流和很小的电压差下，可以在微秒级别直接承担大于千瓦的负载，可阻断高压和大电流模型，安全可靠。
5、散热特性：晶闸管具有良好的散热性能，在小电流情况下它的尖峰散热强度大于硅发射管；而当它的电流大于一定的阈值的时候，其热损失可大大降低，这有助于提高系统效率并延长其使用寿命。
6、反应速度：晶闸管的反应速度比普通硅发射管要快，可以在微秒级别内，控制一个大于千瓦的负载，这样就可以有效地防止因负载高速切换而带来的损耗和影响，是电源技术的重要元件。
7、安全性：晶闸管由于其结构安全性能稳定，多数电路结构中使用它作为保护元件，以降低系统停电率，改善系统的安全性能，保护系统的安全运行。
晶闸管相关练习题
晶闸管相关练习题
晶闸管是一种常用的电子器件，广泛应用于电力电子控制领域。
为了帮助大家更好地掌握晶闸管的操作和特性，以下是一些晶闸管相关练习题，供大家练习和巩固知识。
题目一：晶闸管的基本特性
1. 什么是晶闸管？它的主要结构是什么？
2. 晶闸管的工作原理是什么？
3. 晶闸管的常见用途有哪些？
题目二：晶闸管的控制
1. 晶闸管的触发方式有哪些？请分别介绍。
2. 画出晶闸管的典型触发电路，并解释其工作原理。
3. 晶闸管的关断方式有哪些？请分别介绍。
题目三：晶闸管的保护和应用
1. 晶闸管的过电流保护方法有哪些？
2. 晶闸管的过压保护方法有哪些？
3. 晶闸管在电机控制中的应用有哪些？请举例说明。
题目四：晶闸管的特性参数
1. 什么是晶闸管的导通压降和关断压降？它们分别有什么特点？
2. 什么是晶闸管的阻断能力？
3. 什么是晶闸管的恢复时间和导通延迟时间？它们对晶闸管性能有何影响？
题目五：晶闸管的常见故障和排除方法
1. 晶闸管的常见故障有哪些？请分别介绍。
2. 当晶闸管出现故障时，我们应该如何判断和排除问题？
3. 晶闸管故障的预防措施有哪些？
题目六：晶闸管的逆变电路
1. 什么是逆变电路？它有什么常见的应用？
2. 画出晶闸管逆变电路的典型示意图，并解释其工作原理。
3. 晶闸管逆变电路的控制方法有哪些？
以上是一些晶闸管相关的练习题，希望能够帮助大家更好地理解和掌握晶闸管的知识。
通过不断练习和学习，我们可以在电力电子控制领域中更加熟练地应用晶闸管，为实际工程带来更多的便利与效益。
祝大家在晶闸管的学习中取得好成绩！。
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第I 象限的是正向特性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。
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III 象限的是反向特性晶闸管的反向特性与一般二极管的反向特性相似。
IG=0 时，器件两端施加正向电压，为正向阻断状态，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。
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。
2. 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
1) 开通过程延迟时间td：门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值。
电力电子技术-模拟试题4-答案
哈尔滨工业大学远程教育学院 2007年秋季学期电力电子技术模拟试题4（开卷，时间：120分钟）（所有答案必须写在答题纸上）一、填空题（40分，每空1分）1.晶闸管的基本工作特性可概括为：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。
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。
2.通常取晶闸管的U DRM和U RRM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2～3倍。
3.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。
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称为擎住电流。
对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2～4倍。
4.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。
5. 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10 s左右。
高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。
6.双向晶闸管晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。
7.逆导晶闸管是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。
8. 光控晶闸管又称光触发晶闸管，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。
9.带隔离变压器的DC-DC变换器的基本类型包括单端正激变换器和单端反激变换器，其中单端是指变压器磁通单方向变化。
10.正激变换器是指在开关管开通时电源将能量直接传送给负载。
11.反激变换器是指在开关管开通时电源将电能转为磁能储存在电感（变压器）中，当开关管关断时再将磁能变为电能传送到负载。
12.三相电压型逆变电路中，180度导电角的控制方式下，每个桥臂的导电角度为180˚，各相开始导电的角度依次相差120˚，在任一时刻，有3个桥臂导通。
晶闸管原理以及参数介绍
晶閘管結構可等效為一個 NPN型和一個PNP型三極管， 根據其連接方式等效電路 可以基本瞭解到晶閘管控 制導通方式
控制極G加正 向脉衝電壓
NPN管導通
PNP管導通
PNP管關閉
Y
N
NPN管關閉
IT>IH?
整個晶閘管關閉
整個晶閘管 導通
晶閘管的分類
基本分類
按关断导通控制 方式 普通晶闸管(SCR)、双向晶闸管(TRIAC)、逆导晶闸管(RCT)、门极关断晶闸 管(GTO)、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管(LTT)等多种。
普通晶闸管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二极管整 流电路属于不可控整流电路。如果把二极管换成晶闸管，就可 以构成可控整流电路。
晶閘管的基本應用
1.单相半波相控整流电路 下图为单相半波相控整流电路（Single-phase half wave
controllable rectifier），整流变压器二次电压有效值用U2表 示，瞬时值用u2表示，负载上输出电压用uo表示。
（2）维持电流IH（Holding current） 指在室温和门极开路时，逐渐减小导通状态下晶闸管的
阳极电流，最后能维持晶闸管持续导通所必须的最小阳极电 流，结温越高，维持电流IH越小，晶闸管越难关断。
晶閘管的參數介紹
2. 晶闸管的电流参数
（3）掣住电流IL（Latching current） 指晶闸管触发后，刚从正向阻断状态转入导通状态，在立
（6）通态正向平均电压UF
在规定的环境温度和标准散热条件下，器件正向通过正弦 半波额定电流时，其两端的电压降在一周期内的平均值，又称 管压降，其值在0.6~1.2V之间。
晶閘管的參數介紹
2. 晶闸管的电流参数
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• 维持电流IH
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。
1.3.2 晶闸管的基本特性
2) 反向特性(第III象限)
晶闸管受反向电压时，伏 安特性类似二极管的反向 特性。
URSM URRM -UA IH O IG2 IG1 IG=0 IA 正向 导通
• di/dt太大将导致器件局部过热损坏
门极在芯片侧部(螺栓型）
门极在芯片中部（平板型）
7 额定结温Ｔjm
开通损耗 通态损耗 关断损耗 断态损耗 门极损耗
结温
8 型号
Ｋ Ｐ
管压降等级 额定电压等级
额定电流 Ｐ普通型 Ｎ逆导型 Ｓ双向型 Ｋ快开型 Ｇ可关断型
例:KP200-8B 表示额定电流200A/额定电压
UDRM Ubo +UA UDSM
雪崩 击穿
晶闸管的伏安特性
-IA
1.3.2 晶闸管的基本特性
• 反向阻断 晶闸管处于反向阻断状态时 → 极 小的反相漏电流流过。 • 反向击穿 当反向电压超过一定限度 ( 达到反向击穿电
压), 外电路如无限制措施→则反向漏电流急
剧增加→导致晶闸管发热损坏。
1.3.4 晶闸管的派生器件
1. 双向晶闸管（Triode AC Switch——TRIAC或 Bidirectional triode thyristor） I
1）电路符号与特性
T1 G T1 Ⅰ IG=0
G
T2
G T2 Ⅲ
a)
b)
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
2）特点 • 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。 • 正反两方向均可触发导通→双向晶闸管在第Ｉ
和第III象限有对称的伏安特性。
• 额定电流不用平均值而用有效值来表示（因
为用在交流电路中）。
• 应用：交流调压电路、固态继电器（SSR）和
交流电机调速等领域。 说明：比用一对反并联晶闸管经济，且 控制电路简单，
• 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。
3 门极伏安特性（PN结特性）
(1).保证可靠触发的门极电流、电压应位于可靠触发区 (2).保证晶闸管可靠关断的门极电流、电压应位于不 触发区或加反偏电压 (3).晶闸管正偏电压一般不大于10 v,反偏电压不大于5v。
1.3.2 晶闸管的基本特性
2. 动态特性
iA 100% 90%
10% 0 uAK
td
tr IRM
t
O
t
trr
URRM t gr
晶闸管的开通和关断过程波形
1.3.2 晶闸管的基本特性
1) 开通过程 ① 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。 ② 上升时间tr 阳极电流从10%上升到稳 态值的90%所需的时间。
2) 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。 3) 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。 4) 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 。
1.3.2 晶闸管的基本特性
1) 正向特性(第I象限)
• 正向阻断状态 IG=0时，晶闸管两端受正向电 压→只有很小的正向漏电流流 URSM URRM 过.
td
tr IRM
t
O
td tr
trr URRM t gr
t
trr
tgr
1.3.2 晶闸管的基本特性
2) 关断过程
① 反向阻断恢复时间trr
iA 100% 90%
正向电流降为零到反向恢 复电流衰减至接近于零的 时间
② 正向阻断恢复时间tgr 晶闸管要恢复其对正向 电压的阻断能力所需要 的一段时间
10% 0 td uAK
tr IRM
t
O
t
trr
URRM t gr
trr
tgr
晶闸管的开通和关断过程波形
iA 100% 90%
10% 0 uAK
td
tr IRM
t
O
t
trr
URRM t gr
trr
tgr
③ 关断时间tq
tq=trr+tgr
普通晶闸管的关断时间约几百微秒 ④ 两点注意事项 • 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。
O t iA 100% 90%
10% 0 td uAK
tr IRM
t
td tr
trr
URRM t gr
trr
tgr
晶闸管的开通和关断过程波形
c) 开通时间tgt （1-6） 普通晶闸管延迟时为0.5~1.5s，上升时 间为0.5~3s。
tgt=td+ tr
iA 100% 90%
10% 0 uAK
装有 作为触发光源的发光二极管或半导体 激光器.
• 光触发→主电路与控制电路绝缘，抗电磁干扰. • 应用:高压大功率的场合，如高压直流输电, 高
压核聚变装置.
作业
1 型号KP-100-3 （ ITav=100A,额定电压300V）的晶闸管，维持 电流IH=4mA,使用在以下电路中是否合适(通过计算确定)？
5 维持电流与掣住电流ＩＨ／ＩＬ
ＩＨ：维持管子继续导通的最小电流。 ＩＬ：触发管子导通后，去除触发信号时阳极电流必须 达到的最小值。
6 动态参数
（１）开通时间ton与关断时间toff 普通晶闸管ton约6us, 快速晶闸管ton约1us。 普通晶闸管toff数十～数百us, 快速晶闸管toff约10us 开通较关断时间短 工频电路可不考虑开关时间 （２）断态电压临界上升率dv/dt及通态电流临界上 升率di/dt 由于结电容效应， dv/dt太大可能引起误导通 dv/dt分级：Ａ(最低级)：２５v/us G(最高级)： 1000v/us
800V/管压降0.4v~0.5v的普通晶闸管
本章思考题
1.晶闸管是硅晶体闸流管的简称，常用的除螺栓式 以外还有？ 2.晶闸管象二极管一样具有可控的什么特性？ 3.为了保证晶闸管可靠与迅速关断，通常在管子阳 极电压下降为零之后，在门极采取什么措施？ 4.型号为KP10-1000晶闸管的额定容量是多少？ 5.如何选择晶闸管的容量？ 6.在分析了晶闸管的主要参数后，你使用晶闸管时 应注意什么？
3 门极触发电流IGT/触发电压UGT
例：ＫＰ５ ＩGD＝0.4mA.UGD=0.3v,ＩＧT=5~70mA, VGT3.5v,UGFM=10V, UGRM=5v ,PG(AV)=0.5w 参数受温度影响大
4 通态平均压降（管压降）ＵＴ（ＡＶ）
从减小损耗和发热的情况出发，ＵＴ（ＡＶ）越小越好， 一般为1.5v。
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04
IT(AV)
晶闸管电流
IT ( AV )
1 2
Im sin tdt
0
Im
平均值 发热量
2
IT IT
T
2 2 0 . 2 4 i Rt 0 . 2 4 I RT 0
1 T
T
i
0
2
dt
1 2
Im (Imsin t ) dt 2 0
2
IT ( AV )
1.5 7
有效值
管子额定电流的选择： (1) 按电流有效值相等的原则选择晶闸管 (2) 留裕量，取1.5-2倍后取整 (3) 额定电流等级： 50A以下-1、5、10、20、30、40、50A； 100~1000A- 100、200、300、 400、500、 600、800、1000A。
2 教材P42. 题3.,题4. 3 作业要求
1.3.4
晶闸管的派生器件
2. 光控晶闸管（Light Triggered Thyristor—LTT）
1) 电路符号和特性
A
G
a)
K
b)
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
2) 特点 • 利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸
管→又称光触发晶闸管.
• 小功率光控晶闸管只有阳极和阴极两个端子. • 大功率光控晶闸管则还带有光缆，光缆上
-UA IA 正向 导通
ห้องสมุดไป่ตู้
IH O
IG2
IG1
IG=0
正向电压超过临界极限━正 向转折电压Ubo →则漏电流急 剧增大→器件开通。
UDRM Ubo +UA UDSM
雪崩 击穿
IG2> IG1 > IG
-IA
晶闸管的伏安特性
1.3.2 晶闸管的基本特性
• 正向导通
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。
1.3.2 晶闸管的基本特性
1. 静态特性━ 晶闸管的 伏安特性
IA 正向 导通
URSM URRM -UA
IH O
IG2
IG1
IG=0
UDRM Ubo +UA UDSM
雪崩 击穿
-IA
图1-8 晶闸管的伏安特性 IG2>IG1>IG
1.3.2晶闸管的基本特性 （静态、动态、）
1. 静态特性
1) 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。