文档介绍：半导体器件发展
10 电力电子学
——晶闸管及其基本电路
A. 电力电子学的任务
利用电力半导体器件(如:晶闸管)和线路来实现电功率的变换和控制。
晶闸管(Silicon Controlled Rectifier简称SCR,1957年)在弱电控制与强电输出之间起桥梁作用。
B. 晶闸管的优缺点
l   优点:
1) 功率放大倍数可达几十万倍;
2) 控制灵敏,反应快;
3) 损耗小,效率高;
4) 体积小,重量轻;
5) 改善了工作条件,维护方便。
l   缺点:
1) 过载能力弱;
2) 抗干扰能力差;
3) 导致电网电压波形畸变;
4) 控制电路比较复杂。
电力半导体器件
晶闸管(SCR)
——新型大功率半导体器件,也称可控硅。
1. 基本结构
1) 外形

前者用于100A以下的元件,后者用于200A以上的元件(散热效果好)。
2) 内部结构
——它是PNPN四层三端元件。
3) 符号(如图所示)
2. 工作原理
l    实验情况
说明:可用灯泡代替电阻RL。
1)晶闸管承受正向电压,开关S(控制极)断开,此时电灯不亮,晶闸管关断。
2)在控制极与阴极之间再加上正向电压(S接通),电灯发亮,晶闸管导通。
3)晶闸管承受反向电压,不论S是否接通,电灯均不亮,晶闸管关断(阻断)。
4)晶闸管导通后(情况2),断开控制极电压(控制极失去作用),电灯仍发亮,晶闸管仍导通。
5)晶闸管导通后(情况2),如果控制极电压加反向电压,不论阳极电压是正或负,电灯均不亮,晶闸管关断(阻断)。
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l  结论
1)晶闸管导通条件:阳极加正向电压,控制极也加正向电压。
2)控制极只需加正触发脉冲电压。
3)具有可控单向导电性(正、反向阻断能力)。
 
l   导通原因
1)  等效为PNP型和NPN型两个晶体管的组合。
2) 阳极和控制极均加正向电压时, 经放大,集电极电流为( 基极电流),又经放大, 集电极电流为(即基极电流),再次放大,循环往复,直至导通为止(“触发导通过程”——微秒级)。
3) 晶闸管导通后, 基极电流比(控制电流)大得多,故去掉,晶闸管仍导通。
4) 阳极加反向电压,无放大作用,晶闸管不导通;控制电压反向或未加入,不产生起始,晶闸管也不导通。

晶闸管的伏安特性——晶闸管的阳极电压与阳极电流的关系。
1) 截止状态(正向阻断状态)——阳极加正向电压,门极开路( =0),电流很小,电阻很大,称为正向漏电流。
2) 导通状态——正向阳极电压上升到某一定值, ,晶闸管突然变为导通状态。这时阳极电压称为断态不重复峰值电压( )或正向转折电压( )。
↑, ↓,晶闸管容易导通。
注:在晶闸管的阳极与阴极之间加上6V直流电压,使元件导通的控制极最小电流(电压)称为触发电流(电压)。
3) 维持电流(保证晶闸管导通的最小阳极电流)——当电流小于时,从导通状态转化正向阻断状态。
4) 反向阻断状态——阳极加反向电压时,反向漏电流很小。当反向阳极电压增加到某一数值时,反向漏电流,这时对应的电压值称为(反向不重复峰值电压)或(反向转折电压,反向击穿电压)。
注:晶闸管的反向伏安特性与二极管反向特性类似。