文档介绍：1第一章:电力二极管和晶闸管?第一节电力二极管?第二节晶闸管?第三节双向晶闸管及其他派生晶闸管?本章小节2AKAKa)第一节电力二极管?电力二极管是指可以承受高电压大电流具有较大耗散功率的二极管,它与其他电力电子器件相配合,作为整流、续流、电压隔离、钳位或保护元件,在各种变流电路中发挥着重要作用;?它的基本结构、工作原理和伏安特性与信息电子电路中的二极管相同,以半导体PN结为基础;?主要类型有普通二极管、快恢复二极管和肖特基二极管;?由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成,从外形上看,大功率的主要有螺栓型和平板型两种封装,小功率的和普通二极管一致。IKAPNJb)c)图1-1电力二极管的外形、结构和电气图形符号a)外形b)结构c)电气图形符号3第二节晶闸管晶闸管(Thyristor)就是硅晶体闸流管,普通晶闸管也称为可控硅SCR,普通晶闸管是一种具有开关作用的大功率半导体器件。?从1957年美国研制出第一只普通晶闸管以来,至今已形成了从低压小电流到高压大电流的系列产品;?晶闸管作为大功率的半导体器件,只需用几十至几百毫安的电流,就可以控制几百至几千安培的大电流,实现了弱电对强电的控制;?晶闸管具有体积小、重量轻、损耗小、控制特性好等优点,曾经在许多领域中得到了广泛的应用。4一、晶闸管的结构?晶闸管具有四层PNPN结构,引出阳极A、阴极K和门极G三个联接端;?晶闸管的常见封装外形有螺栓型、平板型、塑封型;?晶闸管对于螺栓型封装,通常螺栓是其阳极,能与散热器紧密联接且安装方便;平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。图1-2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AAGGKKb)c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3G5晶闸管的管耗和散热:管耗=流过器件的电流×器件两端的电压管耗将产生热量,使管芯温度升高。如果超过允许值,将损坏器件,所以必须进行散热和冷却。冷却方式:自然冷却(散热片)、风冷(风扇)、水冷6二、晶闸管的导通和关断条件〔简单描述〕晶闸管SCR相当于一个半可控的、可开不可关的单向开关。图1-3晶闸管的工作条件的试验电路7〔解释〕?当SCR的阳极和阴极电压UAK<0,即EA下正上负,无论门极G加什么电压,SCR始终处于关断状态;?UAK>0时,且EGk>0,SCR才能导通。?SCR一旦导通,门极G将失去控制作用,即无论EG如何,均保持导通状态。SCR导通后的管压降为1V左右,主电路中的电流I由R和RW以及EA的大小决定;?当UAK<0时,无论SCR原来的状态,都会使R熄灭,即此时SCR关断。其实,在I逐渐降低(通过调整RW)至某一个小数值时,刚刚能够维持SCR导通。如果继续降低I,则SCR同样会关断。该小电流称为SCR的维持电流。导通和关断条件综上所述:SCR导通条件:UAK>0同时UGK>0由导通→关断的条件:使流过SCR的电流降低至维持电流以下。(一般通过减小EA,,直至EA<0来实现。)8RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)图1-4晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a)双晶体管模型b)工作原理三、晶闸管的工作原理分析〔具体描述〕如果IG(门极电流)注入V2基极,V2导通,产生IC2(β2IG)。它同时为V1的基极电流,使V1导通,且IC1=β1IC2,IC1加上IG进一步加大V2的基极电流,从而形成强烈的正反馈,使V1V2很快进入完全饱和状态。此时SCR饱和导通,通过SCR的电流由R确定为EA/R。UAK之间的压降相当于一个PN结加一个三极管的饱和压降约为1V。此时,将IG调整为0,即UGK<0,也不能解除正反馈,G极失去控制作用。在分析SCR的工作原理时,常将其等效为两个晶体管V1和V2串级而成。此时,其工作过程如下:UGK>0→产生IG→V2通→产生IC2→V1通→IC1↗→IC2↗→出现强烈的正反馈,G极失去控制作用,V1和V2完全饱和,SCR饱和导通。9?晶闸管的阳极与阴极间的电压和阳极电流之间的关系,称为阳极伏安特性。(见图1-5)四、晶闸管的阳极伏安特性IG=0图1-5晶闸管的伏安特性IG2>IG1>IGUAIAIG1IG2正向导通>>UBO正向特性雪崩击穿101)正向特性?IG=0时,器件两端施加正向电压,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。正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAI