晶闸管是电流驱动型还是电压驱动型(电力电子器件晶闸管（3）)

Posted 2023-05-29

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晶闸管是电流驱动型还是电压驱动型(电力电子器件晶闸管（3）)

这里做一个补充，电力电子器件可分为单极型的和双极型的和混合型。，半控型和全控型

单极型器件是指内部只有主要载流子参与导电过程的半导体器件。常见的有Power Mosfet（场效应晶体管）、SIT（静电感应晶体管）。前者为电压控制器件，具有驱动功率小、工作速度高、无二次击穿问题、安全工作区宽等优点。后者是三层结构的多数载流子器件。具有输出功率大，失真小、输入阻抗高、开关特性好等优点，可工作于放大和开关两种状态

双极型器件是指器件内部的电子和空穴两种载流子都参与导电过程的半导体器件。这类器件的导通电阻小于0.09Ω，导通电压降低，阻断电压高，电流容量大。常见的有GTO（可关断晶闸管）、GTR（电力晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）等。GTO耐压高、电流大。GTR具有控制方便、开关时间短、导通电压低、高频特性好等优点。SITH用棚极控制开通和关断，具有导通电阻小、导通电压低、开关速度快、功耗小、关断电流增益大等特点。

半控型器件
　　就是只能触发开通，不能控制关断的器件。晶闸管典型半控型器件
全控型器件
　　既可以控制开通，又可以控制关断的器件。还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。

半控器件—晶闸管

晶闸管（Thyristor）、可控硅整流器（SCR）

外形有螺栓型和平板型两种封装

快速晶闸管，逆导晶闸管，门极可关断晶闸管，双向晶闸管，光控晶闸管等，下面我们讨论普通晶闸管BT151，MCR100-6.

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

晶闸管的特性是：在低发射极电流下 很小，当发射极电流建立起来之后， 迅速增大。

阻断状态：IG=0，1+2很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。

开通（门极触发）：注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以致1+2趋近于1，流过晶闸管的电流IA（阳极电流）趋近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。

1. 静态特性

晶闸管正常工作时的特性如下：

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的情况下晶闸管才能开通。

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。

晶闸管的伏安特性

第I象限的是正向特性

第III象限的是反向特性

晶闸管的伏安特性 IG2>IG1>IG

正向阻断状态：

Uak加正压，门极电流为零时，J2结反向偏置，承受电压（Uak ），器件不导通。

如果门极电流为零，且阳极电压Uak上升速度较小，在最大转折电压以下时晶闸管处于正向阻断状态。当Uak达到相应转折电压时，使J2结击穿，晶闸管进入导通状态。这种击穿具有破坏性。

随着门极电流的增大，正向电压减小，最后在IG处，器件相当于二极管导通特性。压降为1V。

反向阻断状态

当Uak为负电压时同J1，J3结反向偏置，主要由J1结承受反压，器件不导通。当Uak超过反向击穿。

触发导通

　　如果晶闸管阳极电压Uak为正值，且注入足够的门极电流，从而使器件进入饱和导通，称为晶闸管的触发导通。

关断

维持电流IH：是指晶闸管稳定导通之后，逐渐减小通过器件的阳极电流IA，仍能维持住导通状态不变的最小阳极电流。维持电流大小为接近于零。当IA减小到IH以下时，晶闸管就维持不住导通，而进入阻断状态。

　　　在导通期间，如果要求器件返回到正阻断状态必须使门极电流为零，且将阳极电流降低到一个称为维持电流的临界极限值以下，并保持一段时间。称为自然关断。

　　　也可以通过加一反向电压，即Uak <0, 并保持一段时间使其关断，称为强迫关断。在实际电路中是采用阳极电压反向，减小阳极电压或增大电路阻抗等方式，使阳极电流小于维持电流，晶闸管关断。

2. 动态特性

由于晶闸管的内部正反馈过程需要时间，再加上外电路电感限制。晶闸管受到触发后，其阳极电流的增长不可能瞬时的。

晶闸管的开通和关断过程波形

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的10%的时间。

上升时间tr：阳极电流从10%上升到稳态值的90%的时间。

开通时间tgt: tgt=td+ tr普通晶闸管延迟时间为0.5－1.5ｕs，上升时间为0.5－3.0ｕS。延迟时间随门极电流的增大而减小。

和阳极电压的大小有关。提高阳极电压可以增大晶体管T2 的电流增益。加速正反馈、缩短开通时间。

还受到外电路电感的严重影响。

关断过程

处于导通状态的晶闸管当外加电压突然由正向变为反向时，由于外电路电感的存在，其阳极电流衰减必然也是有过渡过程的。

阳极电流将逐步衰减到零，然后同二极管的关断过程类似，在反方向会流过反向恢复电流，经过最大值IRM后，再反方向衰减。

反向阻断恢复时间trr：正向电流降为零到反向恢复电流衰减至接近于零的时间

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还需要一段时间

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。

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。

关断时间tq：trr与tgr之和，即 tq=trr+tgr 约几百微秒

普通晶闸管的关断时间约为几百ｕS。所以在开关损耗中，关断损耗占主要部分。

晶闸管的派生器件

双向可控晶闸管：用于电阻炉调功

MOS管：用于开关电源

IGBT：用于UPS和变换器

功率晶体管GTR：用于电子镇流器