功率器件集成门极换流晶闸管关断特性研究_项小娟

实验一晶闸管的简易测试及其导通、关断条件

实验一 晶闸管的简易测试及其导通、关断条件 一、实验目的： 1.观察晶闸管的结构，掌握晶闸管测试的正确方法； 2.研究晶闸管的导通条件； 3.研究晶闸管的关断条件。 二、实验所需挂件及附件 1. TH-DD 实验台电源控制屏； 2. DJK02三相变流桥路挂箱； 3.直流电压、电流表。 三、实验线路及原理 图1-1 晶闸管的简易测试及其导通、关断条件实验线路图 四、实验内容 1. 晶闸管导通条件的测试。 2. 晶闸管关断条件的测试。 3. 测试参数：触发电流（Ig ）；维持电流（I H ）；晶闸管导通压降（U AK ）；触发电 平。 12V

五、预习要求 1.阅读半导体变流技术教材中有关晶闸管导通与关断条件的内容。 2.掌握晶闸管导通与关断时参数的测定方法。 六、实验方法 1.选用DJK02挂件三相变流桥路上的一个晶闸管，按图1-1完成实验线路的连接。 其中电源采用实验台控制屏上的12V直流电源。 2.导通实验：先将电阻R1置最大值，R2置最小值，然后接通电源，缓慢调节 R1使门极与阴极回路的触发电流逐渐增大，同时注意电压表和电流表的读书 变化，当电压表上有电压值显示时，说明晶闸管已经触发导通，此时的电流表 读数为出发电流（Ig）记录之；同时测出晶闸管的导通压降（U AK）；触发电平 （U KG）。 将触发回路断开，观察主回路的导通情况并记录之。 3.关断实验：恢复断开的触发回路，调节R2使电压表读数下降，并注意仔细观 察电压表读数的变化，当电压表的读数从某个值突然降到零时，晶闸管已经关 断，此时主回路的电流即为维持电流（I H）。 七、实验报告 1.根据实验记录判断被测晶闸管的好坏，写出简易的判断方法。 2.根据实验结果说明晶闸管的导通及关断条件 八、注意事项 1.正确连接实验线路。同组同学互查一遍，通电实验前，应由指导教师检查一 遍，方可开始实验。 2.注意正确选择测量数据所需的仪表，合理选择测量档位。 3.电压源在连接的时候注意正负极性，防止电源短路。

电力电子课l练习题答案

1.电力电子器件一般工作在__开关__状态。 2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为__通态损耗__，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为__开关损耗__。 3.电力电子器件组成的系统，一般由__控制电路__、_驱动电路_、_主电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路__。 4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_单极型器件_、_双极型器件_、_复合型器件_三类。 5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。 6.电力二极管的主要类型有_普通二极管_、_快恢复二极管_、_肖特基二极管_。 7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。 8.晶闸管的基本工作特性可概括为__正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__。 9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL__大于__IH 。 10.晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDSM_大于__Ubo。 11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。的__多元集成__结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。 的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的__放大区__、前者的非饱和区对应后者的_饱和区__。 14.电力MOSFET的通态电阻具有__正__温度系数。 的开启电压UGE（th）随温度升高而_略有下降__，开关速度__小于__电力MOSFET 。16.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电压驱动型_和_电流驱动型_两类。 的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有__负___温度系数，在1/2或1/3额定电流以上区段具有__正___温度系数。 18.在如下器件：电力二极管（Power Diode）、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（电力MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，属于不可控器件的是_电力二极管__，属于半控型器件的是__晶闸管_，属于全控型器件的是_GTO 、GTR 、电力MOSFET 、IGBT _；属于单极型电力电子器件的有_电力MOSFET _，属于双极型器件的有_电力二极管、晶闸管、GTO 、GTR _，属于复合型电力电子器件得有__ IGBT _；在可控的器件中，容量最大的是_晶闸管_，工作频率最高的是_电力MOSFET，属于

(完整版)IGCT电路模型与驱动电路关键技术的研究

IGCT电路模型与驱动电路关键技术的研究 集成门极换流晶闸管(IGCT)是一种新型大功率半导体器件,它是将门极换流晶闸管(GCT)和门极驱动器以低电感方式通过印制电路板(PCB)集成在一起,具有很好的应用前景。GCT的开通和关断需要借助集成门极“硬驱动”电路完成,驱动电路的优劣直接影响到器件的优良特性能否实现,因此必须严格控制电路中的杂散电感。并且,在驱动电路和应用系统的设计时缺少IGCT的电路仿真模型。本文针对以上问题,对4500V/4000AIGCT电路模型和驱动电路的关键技术进行研究和探讨,主要内容有以下几个方面:1.研究IGCT的开关原理和内部换流机理,建立IGCT的“硬驱动”电路仿真模型(M-2T-3R-C),该模型能够较准确地表征IGCT开关特性和内部换流机理,在电路仿真时可以 替代GCT器件。对关键模型参数进行分析与提取,验证该模型的准确性。在此基础上建立了双芯GCT(Dual-GCT)的电路仿真模型,将仿真波形与同条件下的实验波形对比,验证了该模型的准确性。并基于SiC 功率MOSFET的IGCT电路模型进行参数提取,仿真结果表明采用SiC 功率MOSFET的电路模型与普通Si MOSFET的相比,可将IGCT的关断时间缩短3vs。该模型为IGCT及其派生器件的应用奠定了基础。2.针对4500V/4000A IGCT的“硬驱动”要求,关断时门极电流的上升率要达到-4000A/μs以上,杂散电感必须控制在5nH。为了控制关断回路的杂散电感,首先对关断箝位电路进行优化分析,提取了箝位电容 和箝位电阻的优化值。然后,研究关断回路的杂散电感的分布,优化电路布局抑制杂散电感,将关断回路总杂散电感从13.6nH降低到4.7nH,

晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定

晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一、实验目的 （1）熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。 （2）掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。 二、实验原理 晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发动机组等组成。 在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压U g作为触发器的移相控制电压U ct，改变U g的大小即可改变控制角α，从而获得可调直流电压，以满足实验要求。实验系统的组成原理如图1所示。 图1 晶闸管直流调速试验系统原理图

三、实验内容 （1） 测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R 。 （2） 测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L 。 （3） 测定直流电动机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD 2。 （4） 测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T d 。 （5） 测定直流电动机电势常数C e 和转矩常数C M 。 （6） 测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M 。 （7） 测定晶闸管触发及整流装置特性()ct d U f U =。 （8） 测定测速发电机特性()n f U TG =。 四、实验仿真 晶体管直流调速实验系统原理图如图1所示。该系统由给定信号、同步脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。图2是采用面向电气原理图方法构成的晶闸管直流调速系统的仿真模型。下面介绍各部分的建模与参数设置过程。 4.1 系统的建模和模型参数设置 系统的建模包括主电路的建模与控制电路的建模两部分。 （1）主电路的建模与参数设置 由图2可见，开环直流调速系统的主电路由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。由于同步脉冲触发器与晶闸管整流桥是不可分割的两个环节，通常作为一个组合体来讨论，所以将触发器归到主电路进行建模。 ①三相对称交流电压源的建模和参数设置。首先从电源模块组中选取一个交流电压源模块，再用复制的方法得到三相电源的另两个电压源模块，并用模块标题名称修改方法将模块标签分别改为“A 相”、“B 相”、“C 相”，然后从元件模块

晶闸管的结构以及工作原理

一、晶闸管的基本结构 晶闸管（SemiconductorControlled Rectifier 简称SCR ）是一种四层结构（PNPN ）的大功率半导体器件,它同时又被称作可控整流器或可控硅元件。它有三个引出电极，即阳极（A ）、阴极（K ）和门极（G ）。其符号表示法和器件剖面图如图1所示。 图1 符号表示法和器件剖面图 普通晶闸管是在N 型硅片中双向扩散P 型杂质（铝或硼），形成211P N P 结构，然后在2P 的大部分区域扩散N 型杂质（磷或锑）形成阴极，同时在2P 上引出门极，在1P 区域形成欧姆接触作为阳极。 图2、晶闸管载流子分布 二、晶闸管的伏安特性 晶闸管导通与关断两个状态是由阳极电压、阳极电流和门极电流共同决定的。通常用伏安特性曲线来描述它们之间的关系，如图3所示。 图3 晶闸管的伏安特性曲线 当晶闸管AK V 加正向电压时，1J 和3J 正偏，2J 反偏，外加电压几乎全部降落在2J 结上，2J 结起到阻断电流的作用。随着AK V 的增大，只要BO AK V V <，通过阳极电流A I 都很小，因而称此区域为正向阻断状态。当AK V 增大超过BO V 以后，阳极电流突然增大，特性曲线过负阻过程瞬间变到低电压、大电流状态。晶闸管流过由负载决定的通态电流T I ，器件压降为1V 左右，特性曲线CD 段对应的状态称为导通状态。通常将BO V 及其所对应的BO I 称之为正向转折电压和转折电流。晶闸管导通后能自身维持同态，从通态转换到断态，通常是不用门极信号而是由外部电路控制，即只有当电流小到称为维持电流H I 的某一临界值以下，器件才能被关断。 当晶闸管处于断态（BO AK V V <）时，如果使得门极相对于阴极为正，给门极通以电流G I ，那么晶闸管将在较低的电压下转折导通。转折电压BO V 以及转折电流BO I 都是G I 的函数，G I 越大，BO V 越小。如图3所示，晶闸管一旦导通后，即使去除门极信号，器件仍然然导通。

电力电子器件答案第1章

第1章电力电子器件 填空题： 1.电力电子器件一般工作在________状态。 2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为________，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为________。 3.电力电子器件组成的系统，一般由________、________、________三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加________。 4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为________、________、________三类。 5.电力二极管的工作特性可概括为________。 6.电力二极管的主要类型有________、________、________。 7.肖特基二极管的开关损耗________快恢复二极管的开关损耗。 8.晶闸管的基本工作特性可概括为 ____ 正向有触发则导通、反向截止 ____ 。 9.对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流I L在数值大小上有I L________I H。 10.晶闸管断态不重复电压U DRM与转折电压U bo数值大小上应为，U DRM________Ubo。 11.逆导晶闸管是将________与晶闸管________（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。 12.GTO的________结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。 13.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为________。 14.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的________、前者的饱和区对应后者的________、前者的非饱和区对应后者的________。 15.电力MOSFET的通态电阻具有________温度系数。 16.IGBT 的开启电压U GE（th）随温度升高而________，开关速度________电力MOSFET 。 17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是________。 18.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为________和________两类。 19.为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是________。 20.GTR的驱动电路中抗饱和电路的主要作用是________。 21.抑制过电压的方法之一是用________吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。在过电流保护中，快速熔断

晶闸管的优缺点分类

晶闸管的优点： 1）用很小的功率控制较大的功率，功率放大倍数可达到几十万倍 2）控制灵敏，反应快，晶闸管的导通和截止微秒级 3）损耗小，晶闸管本身的压降仅为1伏特左右 4）体积小、重量轻 晶闸管的缺点 1.有静态及动态的过载能力较差; 2.容易受干扰而误导通。 双向晶闸管得优点 (1)在交流电路中只要使用一个双向晶闸管就可以代替两个反并联的普通晶闸管； (2)有多种触发方式，能方便、灵活地满足各种控制要求，对于控制电路的设计极为有利； (3)在使用时，如果施加的瞬时电压超过转折峰值电压，即使是暂态，元件也会导通，经过半个周期后又恢复正常工作。所以，一般情况下可简化过电压保护线路； (4)双向晶闸管具有容量大、体积小、能耗低、无噪音等特点。使设备简单、可靠。 双向晶闸管的质量可靠、性能优良、使用简单，是广泛应用于强电领域的自动化控制方面较为理想的交流器件。所以，大力推广双向晶闸管的应用技术，对于发展国民经济有着十分重要的意义。 双向晶闸管的缺点 承受过电流和过电压的能力差； 在运用过程中会产生高次谐波，使电网电压波形畸变，对电网干扰严重。 采取措施 可以分别采取措施使之适应过电流和过电压暂态快速变化并把对电网电源的干扰降低到最小程度。 单结晶体管优点 单结晶体管的结构较简单，工艺控制也比较容易（不存在基区宽度之类的结构敏感参数）；单结晶体管缺点 ②单结晶体管是利用载流子是在高阻半导体中的输运来工作的，而高阻半导体的性质随温度的变化较大，所以器件性能的温度稳定性较差； ③因为单结晶体管的工作是有两种载流子参与的大注入状态，同时还发生有电导调制效应，大量、等量的正、负电荷的产生和消失都需要很长的时间，所以晶体管的导通和关断时间较长（约为数μs），工作频率也较低（约在100kHz以下）。 电力晶体管优点 耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低 电力晶体管缺点 开关速度低，为电流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题 电力场效应晶体管优点 基本上无二次击穿现象，开关频率高，输入阻抗大，易于并联和保护， 电力场效应晶体管缺点 是导通压降较大，限制了其电流容量的提高。 可关断晶闸管优点 ①能自关断，不需要复杂的换流回路； ②工作频率高。 可关断晶闸管缺点 ①同样工作条件下擎住电流大。擎住电流指刚从断态转入通态并切除门极电流之后，能

集成门极换流晶闸管原理及驱动

集成门极换流晶闸管（IGCT）———原理及驱动 电气信息工程学院 自动化10-02班 卢靖宇 541001010225

集成门极换流晶闸管（IGCT） 集成门极换流晶闸管(Intergrated Gate Commutated Thyristors) 1997年由ABB公司提出。该器件是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT 集成于一个整体形成的。门极换流晶闸管GCT是基于GTO结构的一种新型电力半导体器件，它不仅有与GTO相同的高阻断能力和低通态压降，而且有与IGBT相同的开关性能，即它是GTO和IGBT相互取长补短的结果，是一种较理想的兆瓦级、中压开关器件，非常适合用于6kV和10kV的中压开关电路。 主要优点是： IGCT具有电流大、阻断电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、低导通损耗等特点，而且制造成本低，成品率高，有很好的应用前景。IGCT、GTO和IGBT的比较： 比较的器件及容量为:IGCT----4500V/3000A，GTG---4500V/3000A， IGBT----3300V/1200A。 集成门极换流晶闸管（IGCT）的电气符号

二、IGCT的结构和工作原理 1.IGCT 的分类 按内部结构来分，IGCT可以分成以下三类: (l)不对称型(Asymmetric) 在结构上是单纯的PNPN晶闸管结构，器件能正向承受高电压，但不具有承受反向电压的能力，也不能流过反向电流。一般需要从外部并联续流二极管。(2)反向阻断型(逆阻型)(Reverse blocking) 在结构上是一个PNPN晶闸管与一个二极管的串联，电流只能从一个方向(从阳极到阴极)流通，串联的二级管为这类器件提供了承受反向电压的能力。(3)反向导通型(逆导型)(Reverse conducting) 在结构是一个PNPN晶闸管与一个续流二极管的反向并联，电流可以两个方向流通，不能承受反向电压。由于GCT与续流二极管集成在同一个芯片上，不需要从外部并联续流二极管，变流器在结构上更加简洁，体积更小。 2.IGCT 的结构特点 IGCT与GTO结构相似，它也是四层三端器件，内部由上千个GCT单元组成，阳极和门极共用，而阴极并联一起，故也是多元功率集成器件，便于门极关断控制。 IGCT是通过印刷电路板将 IGCT芯片与其门极驱动电路连接在 一起，将门极驱动回路电感限制在 nH级，为实现“门极换流”和“硬 驱动”奠定了基础。 缓冲层技术 通常在器件设计中，如果 需要高的阻断电压值，就得要求硅 片的厚度增加。但硅片厚度的增加 必将导致导通和开关损耗的增大。IGCT采用缓冲层结构后，在相同阻断电压下，硅片厚度和标准结构更薄，从而大大降低了导通和开关损耗，从而提高了器件的效率。采用缓冲层还使单片GCT 与二极管的组合成为可能。 可穿透发射区 也称透明阳极，透明阳极是一个很薄的PN结，其发射效率与电流有关。因为电子穿透该阳极时就像阳极被短路一样，因此称为透明阳极。IGCT在GTO 结构的基础上，去掉阳极短路点，并利用了可穿透发射区技术。其发射效率和电流密度密切相关。在低电流密度下，其发射效率很高。但在大电流密度下，阳极的注入效率将很低。实现门极换流需要依靠这个结构。 门极硬驱动技术 门极硬驱动技术是指在晶闸管开通和关断的过程中的极短时间内,给其门极加以上升率和幅值都很大的驱动信号，可使被驱动晶闸管存储时间将至us 级，几乎做到同步开关，使晶闸管器件的关断能力大大超过其额定值。系统设计者可根据应用要求在开通频率和驱动功率控制能力之间加以选择，以达到一种合适的组合，在加速开关速率的同时降低开关损耗。

电力电子复习(有答案)

第一章 填空题： 1.电力电子器件一般工作在_开关__状态。 2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为_通态损耗_，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为_开关损耗。 3.电力电子器件组成的系统，一般由_主电路_、_驱动电路_、_控制电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路_。 4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为单极型器件、双极型器件、复合型器件三类。 5.电力二极管的工作特性可概括为单向导通。 6.电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。 7.肖特基二极管的开关损耗__小于_快恢复二极管的开关损耗。 8.晶闸管的基本工作特性可概括为正向有触发则导通、反向截止。（SCR晶闸管） 9.对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流I L在数值大小上有I L_大于I H。（I L=2~4I H） 10.晶闸管断态不重复电压U DRM与转折电压U bo数值大小上应为，U DRM_小于_Ubo。 11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。 12.GTO的__阴极和门极在器件内并联_结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。（GTO门极可关断晶闸管） 13.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为_二次击穿_ 。 14.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的_放大区_、前者的非饱和区对应后者的_饱和区_。 15.电力MOSFET的通态电阻具有正温度系数。（MOSFET场效应晶体管、GTR电力晶体管、IGBT绝缘栅双极型 16.IGBT 的开启电压U GE（th）随温度升高而_略有下降_，开关速度_低于_电力MOSFET 。晶体管） 17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是智能功率集成电路。 18.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为电压驱动和电流驱动两类。 19.为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是负脉冲_。 20.GTR的驱动电路中抗饱和电路的主要作用是使基极驱动电流不进入放大区和饱和区。 21.抑制过电压的方法之一是用储能元件吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。在过电流保护中，快速熔断器的全保护适用于小功率装置的保护。 22.功率晶体管缓冲保护电路中的二极管要求采用快恢复型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。 23.晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是_静态均压_措施，给每只管子并联RC支路是动态均流措施，当需同时串联和并联晶闸管时，应采用_先串后并_的方法。 24.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有负温度系数,在1/2或1/3额定电流以上区段具有正温度系数。 25.在如下器件：电力二极管（Power Diode）、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（电力MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，属于不可控器件的是_电力二极管_，属于半控型器件的是_晶闸管_，属于全控型器件的是GTO（门极可关断晶闸管）、GTR（电力晶体管）、电力MOSFET（电力场效应管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）；属于单极型电力电子器件的有电力MOSFET（电力场效应管），属于双极型器件的有晶闸管（SCR）、GTO（门极可关断晶闸管）、GTR（电力晶体管）、电力二极管，属于复合型电力电子器件得有IGBT（绝缘栅双极型晶体管）；在可控的器件中，容量最大的是GTO（门极可关断晶闸管），工作频率最高的是IGBT（绝缘栅双极型晶体管），属于电压驱动的是电力MOSFET（电力场效应管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管），属于电流驱动的是晶闸管（SCR）、GTO（门极可关断晶闸管）、GTR（电力晶体管）、电力二极管。1.应用电力电子器件的系统组成如题图1-27所示，试说明其中各个电路的作用？（单复合型电压型，双型为电流型） 主电路：实现系统的系统功能。 保护电路：防止电路的电压或电流的过冲对系统的破坏。 驱动电路：将信息电子电路传递过来的信号按照控制目标的 要求转换成使电力电子器件开通或关断的信号，此信号加在器件 的控制端和公共端之间，对半控型器件只需要提供开通信号。 检测电路：检测主电路和应用现场的信号，再根据这些信号

晶闸管(SCR)原理

晶闸管(SCR)原理 作者：时间：2007-12-17 来源:电子元器件网浏览评论推荐给好友我有问题个性化定制关键词：晶闸管半导体材料 晶闸管(thyristor)是硅晶体闸流管的简称，俗称可控硅（SCR），其正式名称应是反向阻断三端晶闸管。除此之外，在普通晶闸管的基础上还派生出许多新型器件，它们是工作频率较高的快速晶闸管(fast switching thyristor，FST)、反向导通的逆导晶闸管(reverse conducting thyristor，RCT)、两个方向都具有开关特性的双向晶闸管(TRIAC)、门极可以自行关断的门极可关断晶闸管（gate turn off thyristor，GTO）、门极辅助关断晶闸管(gate assisted turn off thytistor，GATO)及用光信号触发导通的光控晶闸管(light controlled thyristor，LTT)等。 一、结构与工作原理 晶闸管是三端四层半导体开关器件，共有3个PN结，J1、J2、J3，如图1(a)所示。其电路符号为图1(b)，A(anode)为阳极，K(cathode)为阴极，G(gate)为门极或控制极。若把晶闸管看成由两个三极管T1(P1N1P2)和T2(N1P2N2)构成，如图1(c)所示，则其等值电路可表示成图1(d)中虚线框内的两个三极管T1和T2。对三极管T1来说，P1N1为发射结J1，N1P2为集电结J2；对于三极管T2，P2N2为发射结J3，N1P2仍为集电结J2；因此J2（N1P2）为公共的集电结。当A、K两端加正电压时，J1、J3结为正偏置，中间结J2为反偏置。当A、K两端加反电压时，J1、J3结为反偏置，中间结J2为正偏置。晶闸管未导通时，加正压时的外加电压由反偏值的J2结承担，而加反压时的外加电压则由J1、J3结承担。

可控硅元件的工作原理及基本特性

可控硅元件的工作原理及基本特性 1、工作原理 可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图1所示 图1 可控硅等效图解图 当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。 由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。 由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表1 状态条件说明 从关断到导通1、阳极电位高于是阴极电位 2、控制极有足够的正向电压和电流 两者缺一不可 维持导通1、阳极电位高于阴极电位 2、阳极电流大于维持电流 两者缺一不可 从导通到关断1、阳极电位低于阴极电位 2、阳极电流小于维持电流 任一条件即可 2 可控硅的基本伏安特性见图2 图2 可控硅基本伏安特性 （1）反向特性 当控制极开路，阳极加上反向电压时（见图3），J2结正偏，但J1、J2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后，接差J3结也击穿，电流迅速增加，图3的特性开始弯曲，如特性OR段所示，弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向击穿。

门极可关断(GTO)晶闸管的

《电力电子技术》 论文题目:门极可关断(GTＯ)晶闸管的工作原理及发展前景 班级: 姓名： 序号： 学号: 指导教师：郭老师 2014年5月20日

门极可关断(ＧTO)晶闸管的工作原理及发展前景 引言 电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几个方面,其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础,也是电力电子技术发展的“龙头”。从年美国通用电气公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始,电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子技术的诞生。到了７0 年代,晶闸管开始形成由低压小电流到高压大电流的系列产品。同时,非对称晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等晶闸管派生器件相继问世,广泛应用于各种变流装置。由于它们具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、响应快等优点,其研制及应用得到了飞速发展。由于普通晶闸管不能自关断，属于半控型器件,因而被称作第一代电力电子器件。在实际需要的推动下,随着理论研究和工艺水平的不断提高,电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大发展,先后出现了ＧＴR 、GTO、功率MOSET等自关断、全控型器件,被称为第二代电力电子器件。近年来，电力电子器件正朝着复合化、模块化及功率集成的方向发展,如GPT，MCT,HVＩC等就是这种发展的产物。 1．什么是门极关断(GＴO)晶闸管 1９64年,美国第一次试制成功了500V/10A 的GTO。在此后的近１0年内,的容量一直停留在较小水平,只在汽车点火装置和电视机行扫描电路中进行试用。自７0年代中期开始,GＴO的研制取得突破,相继出世了130０V/６００A 、２5０0V/10０0A、45００V/2000A的产品，目前已达9KＶ/25KＡ／８０0Hｚ及6Hz/６KA 的水平。GTO有对称、非对称和逆导三种类型。与对称下相比,非对称通态压降小、抗浪涌电流能力强、易于提高耐压能力。逆导型GＴＯ是在同一芯片上将GTO 与整流二极管反并联制成的集成器件,不能承受反向电压，主要用于中等容量的牵引驱动中。

晶闸管的结构及性能特点

晶闸管的结构及性能特点 (一）普通晶闸管 普通晶闸管（SCR）是由PNPN四层半导体材料构成的三端半导体器件，三个引出端分另为阳极A、阴极K和门极G、图8-4是其电路图形符号。 普通晶闸管的阳极与阴极之间具有单向导电的性能，其内部可以等效为由一只PNP晶闸管和一只NPN晶闸管组成的组合管，如图8-5所示。 当晶闸管反向连接（即A极接电源负端，K极接电源正端）时，无论门极G 所加电压是什么极性，晶闸管均处于阻断状态。当晶闸管正向连接（即A极接电源正端，K极接电源负端）时，若门极G所加触发电压为负时，则晶闸管也不导通，只有其门极G加上适当的正向触发电压时，晶闸管才能由阻断状态变为导通状态。此时，晶闸管阳极A极与阴极K极之间呈低阻导通状态，A、K 极之间压降约为1V。 普通晶闸管受触发导通后，其门极G即使失去触发电压，只要阳极A和阴极K 之间仍保持正向电压，晶闸管将维持低阻导通状态。只有把阳极A电压撤除或

阳极A、阴极K之间电压极性发生改变（如交流过零）时，普通晶闸管才由低阻导通状态转换为高阻阻断状态。普通晶闸管一旦阻断，即使其阳极A与阴极K 之间又重新加上正向电压，仍需在门极G和阴极K之间重新加上正向触发电压后方可导通。 普通晶闸管的导通与阻断状态相当于开关的闭合和断开状态，用它可以制成无触点电子开关，去控制直流电源电路。 （二）双向晶闸管 双向晶闸管（TRIAC）是由NPNPN五层半导体材料构成的，相当于两只普通晶闸管反相并联，它也有三个电极，分别是主电极T1、主电极T2和门极G。图8-6是双向晶闸管的结构和等效电路，图8-7是其电路图形符号。

双向晶闸管可以双向导通，即门极加上正或负的触发电压，均能触发双向晶闸管正、反两个方向导通。图8-8是其触发状态。

晶闸管的基本检测方法

晶闸管的基本检测方法 1.判别单向晶闸管的阳极、阴极和控制极 脱开电路板的单向晶闸管，阳极、阴极和控制极3个引脚一般没有特殊的标注，识别各个脚主要是通过检测各个引脚之间的正、负电阻值来进行的。晶闸管各个引脚之间的阻值都较大，当检测出现唯一一个小阻值时，此时黑表笔接的是控制极(G)，红表笔接的是阴极(K)，另外一个引脚就是阳极(A)。 2.判别单向晶闸管的好坏 脱开电路板的单向晶闸管，阳极(A)、阴极(K)和控制极(G)明确标示；正常的单向闸管，阳极(A)、阴极(K)两个引脚之间的正、反向电阻，阳极(A)、控制极(G)两个引脚之间的正、反向电阻的阻值应该都很大，阴极(K)、控制极(G)两个引脚之间的正向电阻应该远小于反向电阻。并且阳极(A)、阴极(K)两个引脚之间的正向电阻越大，单向晶闸管阳极的正向阻断特性越好;反向电阻越大，单向晶闸管阳极的反向阻断特性越好。 3.判别双向晶闸管的好坏 脱开电路板的双向晶闸管，第一电极(T1)、第二电极(T2)、控制极(G)明确。判断双向晶闸管的好坏，主要是看短路前第二电极(T2)和第一电极(T1)之间阻值接近无穷大，第二电极（T2)与控制极(G)引脚短路，短路后晶闸管触发导通，第二电极(T2)·和第一电极（T1）之间的电阻变小，有固定值。可以断定该双向晶闸管具备双向触发能力，性能基本良好。 4.晶闸管的代换原则 晶闸管的品种繁多，不同的电子设备与不同的电子电路，采用不同类型的晶闸管。选用与代换晶闸管时，主要应考虑其额定峰值电压、额定电流、正向压降、门极触发电流及触发电压、开关速度等参数，额定峰值电压和额定电流均应高于工作电路的最大工作电压和最大工作电流1.5～2倍，代换时最好选用同类型、同特性、同外形的晶闸管替换。 普通晶闸管一般被用于交直流电压控制、可控整流、交流调压、逆变电源，开关电源保护等电路。 双向晶闸管一般被用于交流开关、交流调压、交流电动机线性凋速、灯具线性调光及固态继电器、固态接触器等电路。 逆导晶闸管一般被用于电磁灶、电子镇流器、超声波电路、超导磁能贮存系统及开关电源等电路。 光控晶闸管一般被用于光电耀合器、光探测器、光报警器、光计数器、光电逻辑电路及自动生产线的运行监控电路等。 BTC晶体管一般被用于锯齿波发生器、长时间延时器、过电压保护器及大功率晶体管触发电路等。 门极关断晶闸管一般被用于交流电动机变频调速、斩波器、逆变电源及各种电子开关电路等。

电力电子技术第2章-习题---答案

班级姓名学号 第2/9章电力电子器件课后复习题 第1部分：填空题 1. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路。 3. 电力电子器件一般工作在开关状态。 4. 电力电子器件组成的系统，一般由控制电路、驱动电路、主电路三部分组成， 由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。 5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件 和全控型器件。 6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。 7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。 8. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。 9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。其 反向恢复时间较长，一般在5ms以上。 10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5ms以下。 11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。

12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶闸管都不会导 通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，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至维持电流以下。 13.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 般取为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。 14.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。 15.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。 16. 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微秒左右。 高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。 17. 双向晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。 18.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。 19. 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。 20. GTO的多元结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。 21.GTO的开通控制方式与晶闸管相似，但是可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。 22. GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅,导通时管压降较高。 23. GTO最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值I GM之比称为电流关断增益,该值 一般很小，只有 5 左右，这是GTO的一个主要缺点。 24. GTR导通的条件是：集电结正向偏置且基极施加驱动电流。

单向晶闸管的基本结构及工作原理

单向晶闸管的基本结构及工作原理 晶闸管有许多种类，下面以常用的普通晶闸管为例，介绍其基本结构及工作原理。 单向晶闸管内有三个PN 结，它们是由相互交叠的4 层P区和N区所构成的.如图17-1(a) 所示。晶闸管的三个电极是从P1引出阳极A，从N2引出阳极K ，从P2引出控制极G ，因此可以说它是一个四层三端 半导体器件。 为了便于说明.可以把图17-1 (a) 所示晶闸管看成是由两部分组成的[见图17-1(b)]，这样可以把晶闸管等效为两只三极管组成的一对互补管.左下部分为NPN型管，在上部分为PNP 型管[见图17-1 (c)]。 当接上电源Ea后，VT1及VT2都处于放大状态，若在G 、K 极间加入一个正触发信号，就相当于在V T1基极与发射极回路中有一个控制电流IC，它就是VT1的基极电流IB1。经放大后，VT1产生集电极电流ICI。此电流流出VT2 的基极，成为VT2 的基极电流IB2。于是， VT2 产生了集电极电流IC2。IC2再流入VT1 的基极，再次得到放大。这样依次循环下去，一瞬间便可使VT1和VT2全部导通并达到饱和。所以，当晶闸管加上正电压后，一输入触发信号，它就会立即导通。晶闸管一经导通后，由于导致VT1基极上总是流过比控制极电流IG大得多的电流，所以即使触发信号消失后，晶闸管仍旧能保持导通状态。只有降低电源电压Ea，使VT1、VT2 集电极电流小于某一维持导通的 最小值，晶闸管才能转为关断状态。 如果把电源Ea反接，VT1 和VT2 都不具备放大工作条件，即使有触发信号，晶闸管也无法工作而处于关断状态。同样，在没有输入触发信号或触发信号极性相反时，即使晶闸管加上正向电压.它也无法导通。 上述的几种情况可参见图17-2 。

晶闸管的主要参数

晶闸管的主要参数 (1) 断态不重复峰值电压U DSM 门极开路时，施加于晶闸管的阳极电压上升到正向伏安特性曲线急剧转折处所对应的电压值UDSM 。 它是一个不能重复，且每次持续时间不大于10ms的断态最大脉冲电压。UDSM值应小于转折电压U b0。 (2) 断态重复峰值电压U DRM 晶闸管在门极开路而结温为额定值时，允许重复加于晶闸管上的正向断态最大脉冲电压。 每秒50次每次持续时间不大于10ms， 规定U DRM为U DSM的90%。 (3) 反向不重复峰值电压U RSM 门极开路，晶闸管承受反向电压时，对应于反向伏安特性曲线急剧转折处的反向峰值电压值U RSM。 它是一个不能重复施加且持续时间不大于10ms的反向脉冲电压。反向不重复峰值电压U RSM 应小于反向击穿电压。 (4) 反向重复峰值电压U RRM 晶闸管在门极开路而结温为额定值时，允许重复加于晶闸管上的反向最大脉冲电压。 每秒50次每次持续时间不大于10ms。 规定U RRM为U RSM的90%。 (5) 额定电压UR 断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM两者中较小的一个电压值规定为额定电压U R。 在选用晶闸管时，应该使其额定电压为正常工作电压峰值U M的2~3倍，以作为安全裕量。 (6)通态峰值电压U TM 规定为额定电流时的管子导通的管压降峰值。 一般为1.5~2.5V，且随阳极电流的增加而略为增加。 额定电流时的通态平均电压降一般为1V左右。 (7) 通态平均电流I T(AV）

在环境温度为+40℃和规定的散热冷却条件下，晶闸管在导通角不小于170°电阻性负载的单相、工频正弦半波导电，结温稳定在额定值125°时，所允许通过的最大电流平均值。 ——允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。 选用一个晶闸管时，要根据所通过的具体电流波形来计算出容许使用的电流有效值，该值要小于晶闸管额定电流对应的有效值。晶闸管才不会损坏。 设单相工频正弦半波电流峰值为Im 时通态平均电流为： 正弦半波电流有效值为： 有效值与通态平均电流比值为： 则有效值为： 根据有效值相等原则来计算晶闸管的额定电流。 若电路中实际流过晶闸管的电流有效值为I ，平均值I d ， 定义 波形系数： 则 由于晶闸管的热容量小，过载能力低，因此在实际选择时，一般取1.5~2倍的安全系数， (8) 维持电流I H (针对关断过程) ——是指晶闸管维持导通所必需的最小电流。一般为几十到几百毫安。维持电流与结温有关，结温越高，维持电流越小，晶闸管越难关断。 (9) 断态电压临界上升率du/dt ——电压上升率过大，就会使晶闸管误导通。 ——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。 (10) 通态电流临界上升率di/dt ——如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏 如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！ m T(AV)m 0I 1I I sin td(t)2πωωππ == ?m I 2I ==T(AV) I 1.57 I 2π= =T(AV)1.57I I =f d I K I =T(AV)T(AV)I 1.57I 1.57I f d K I ≤?≤T(AV)T(AV)1.57I (1.5~2.0) 1.57I (1.5~2.0) f d d f K I I K ≤?≤

电力电子第一章复习题

一、 1.门极可关断晶闸管（GTO）和电力晶体管（GTR）均属于全（电流）控制型器件。 2.通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子控件被称为半控型器件，通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子控件被称为全控型器件。 3.请写出下列元器件的英文缩写：电力晶体管GTR ；绝缘柵双极性晶体管IGBT 。 4.在晶闸管额定电流的定义中，通态平均电流I VT(AV)与同一定义条件下的有效值I VT之间的关系是I VT=1.57I VT(AV)。 5.从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲的电角度称为触发角。晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。 6.晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阴极间施加正向电压，并在门极和阴极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。 7.晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间关断时间。即t s=t off+t on。 二、 1.下列电力电子器件中，存在电导调制效应的是（ABD） A.GTO B.GTR C.PowerMOSFET D.IGBT 2.下列对晶闸管特性的叙述中，正确的是（ABCD） A．晶闸管属于电流驱动双极性器件 B．晶闸管触发导通后，门极就失去控制作用 C．晶闸管具有单性导电性 D．晶闸管的擎住电流大于维持电流 3.双向晶闸管的额定电流是以（B）定义的，GTO的额定电流是以（C）定义的。 A．平均值B．有效值C．最大值D．瞬时值 4.下列电子器件中，电流容量最大的是（A），开关频率最高的是（C）。 A.GTO B.GTR C.PowerMOSFET D.IGBT 5.晶闸管刚由断态进入通态，并且去掉门极信号，仍能维持导通所需的最小阳极电流称为（B） A．维持电流B．擎住电流C．浪涌电流D．额定电流 四、 1.晶闸管导通的条件是什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？ 答：使晶闸管导通的条件是晶闸管承受正向电压且门极有触发电流。 关断的条件：使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值即维持电流I以下。 2.使晶闸管导通的条件是什么？维持晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是晶闸管承受正向电压且门极有触发电流。 维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。 3.电子开关型电力电子变换有哪四种基本类型？ 答：四种电力变换电路或者电力变换器分别是： （1）→交流（AC）——直流（DC）整流电路或者整流器。 （2）→直流（DC）——交流（AC）逆变电路或者逆变器。 （3）→直流（DC）——直流（DC）电压变换电路，又叫直流斩波电路、直流斩波器。 （4）→交流（AC）——交流（AC）电压、频率变换电路，仅改变电压的称为交流电压变换器，向位改变的称为移相器。 4.为什么晶闸管不能用门极负脉冲关断？ 答：GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，由PNP和NPN构成两个晶体管V1、V2，分别具有