1、電力電子技術電力二極管1晶閘管2雙向晶閘管及其他派生晶閘管3第一章 電力二極管和晶閘管概 念晶閘管就是硅晶體閘流管，普通晶閘管也稱為可控硅（SCR），普通晶閘管是一種具有開關作用的大功率半導體器件。晶閘管的結構晶閘管具有四層PNPN結構，引出陽極A、陰極K和門極G三個聯(lián)接端。晶閘管的常見封裝外形有塑封型、螺栓型、平板型。 晶 閘 管對于螺栓型封裝的晶閘管，通常螺栓是其陽極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便；平板型封裝的晶閘管可由兩個散熱器將其夾在中間。G小電流塑封式小電流螺栓式大電流螺栓式大電流平板式圖形符號 晶 閘 管 冷卻方式：自然冷卻（散熱片）、風冷（風扇）、水冷。自冷式風冷式水冷式 晶 閘

2、 管SCR導通條件： UAK0 同時 UGK0綜上所述 由導通關斷的條件：使流過SCR的電流降低至維持電流以下。 晶 閘 管相同點 與普通晶閘管(SCR)的相同點：PNPN四層半導體結構，外部引出陽極、陰極和極。1. 結構AKGAGKIAIC1IC2P1N1P2N1P2N212IK 門極關斷（GTO）晶閘管P1N1P2N2AKG不同點和普通晶閘管的不同點：GTO是一種多元的功率集成器件，內部包含數(shù)十個甚至數(shù)百個共陽極的小GTO元，這些GTO元的陰極和門極在器件內部分別并聯(lián)在一起。門極關斷晶閘管（Gate Turn Off thyristor ）2. 導通關斷條件導 通與晶閘管相同，AK正偏，G

3、K正偏。AKGEAEGAGKRIAIC1IC2P1N1P2N1P2N212IGIK導通過程等效電路 門極關斷（GTO）晶閘管2. 導通關斷條件關 斷門極加負脈沖電流。AKGGN1P2N2EAEGAKRIAIC1IC2P1N1P212IGIKS關斷過程等效電路P1N1P2N2AKG 門極關斷（GTO）晶閘管 電力場效應晶體管（Power MOSFET） 電力MOSFET的結構和電氣圖形符號 a) 內部結構斷面示意圖 b) 電氣圖形符號G 柵極D 漏極S 源極1、結構2、導通關斷條件漏源極導通條件 在柵源極間加正電壓UGS漏源極關斷條件 柵源極間電壓UGS為零N溝道GSD 電力場效應晶體管（Pow

4、er MOSFET） 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）絕緣柵雙極型晶體管簡稱為IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）,是80年代中期發(fā)展起來的一種新型復合器件。IGBT綜合了MOSFET和GTR的輸入阻抗高、工作速度快、通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、承受電流大的優(yōu)點。成為當前電力半導體器件的發(fā)展方向。結構復合結構（= MOSFET+GTR）柵極集電極發(fā)射極 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）導通關斷條件驅動原理與電力MOSFET基本相同，屬于場控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定。EGC 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）導通條件：在柵射極間加正 電壓UGE。 UGE大于開啟電

5、壓UGE(th)時，MOSFET內形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導通。EGC導通關斷條件 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）關斷條件：柵射極反壓或無 信號。 柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關斷。導通關斷條件EGC 絕緣柵雙極晶體管（IGBT） 雙向晶閘管及其他派生晶閘管 雙向晶閘管的外形與結構雙向晶閘管的外形與普通晶閘管類似，有塑封式、螺栓式和平板式。平板式 螺栓式內部結構是一種NPNPN五層結構引出三個端線的器件。相當于兩個門極接在一起的普通晶閘管反并聯(lián)。T2T1GGT1T2G 雙向晶閘管的外形與結構 雙向晶閘管及其他派生晶閘管第

6、五章 晶閘管的觸發(fā)電路 單結晶體管觸發(fā)電路1同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路2集成觸發(fā)電路及數(shù)字觸發(fā)電路3 觸發(fā)電路與主電路電壓的同步4觸發(fā)電路在晶閘管可控整流電路中，當晶閘管承受正向電壓時，必須在門極和陰極之間加適當?shù)恼螂妷壕чl管才能導通；通過控制觸發(fā)角的大小可控制輸出電壓大小。這種控制晶閘管導通和控制觸發(fā)角大小的電路稱為觸發(fā)電路。第五章 晶閘管的觸發(fā)電路對于觸發(fā)電路通常有如下要求：觸發(fā)電路輸出的脈沖必須具有足夠的功率觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的主電壓保持同步觸發(fā)脈沖能滿足主電路移相范圍的要求觸發(fā)脈沖要具有一定的寬度，前沿要陡第五章 晶閘管的觸發(fā)電路常見的觸發(fā)脈沖電壓波形正弦波尖脈沖方脈沖強觸發(fā)脈沖脈

7、沖序列第五章 晶閘管的觸發(fā)電路uGtuGtuGt13KHz700900uGtuGt第一節(jié) 單結晶體管觸發(fā)電路一、單結晶體管 單結晶體管的結構、圖形符號及等效電路如下圖所示。 b2b1N型硅P型硅發(fā)射極第二基極第一基極歐姆接觸電阻PN結結構示意外形等效電路b2b1eRb2Rb1VD圖形符號b2b1eb2b1eieUbbUeU截止區(qū)UeUA ：PN結反偏置， 只有很小的反向漏電流 Ue= UA ：Ie， 特性曲線與縱坐標交于B點 Ue 上升 ：單結晶體管導通， UeUD Ubb ， UeUP時，對應峰點P稱為轉折點。第一節(jié) 單結晶體管觸發(fā)電路ieUeP截止區(qū)負阻區(qū)飽和區(qū)VBUDb2b1eRb2Rb

8、1VDAb2b1eieUbbUeU第一節(jié) 單結晶體管觸發(fā)電路ieUeP截止區(qū)負阻區(qū)飽和區(qū)VBUDb2b1eRb2Rb1VDA負阻區(qū) Ue UP：Ie增大 ，Rb1急劇下降 ，UA達到最小， Ue也最小 ，達到谷點V。b2b1eieUbbUeU第一節(jié) 單結晶體管觸發(fā)電路ieUeP截止區(qū)負阻區(qū)飽和區(qū)VBUDb2b1eRb2Rb1VDA飽和區(qū)Ue達到UV 之后，單結晶體管處于飽和導通狀態(tài)。 二、單結晶體管自激振蕩電路b2b1eReuR1uCER1R2CuCt0uR1t0UPUV接通電源，E 通過Re對C充電（時間常數(shù)為ReC）；Uc增大, 達到 UP , 單結晶體管導通, C通過R1放電；Uc減到U

9、v ，單結晶體管截止，uR1 下 降接近零。重復充放電過程第一節(jié) 單結晶體管觸發(fā)電路Reu2rR2CV1R3VDRdVTusudu1TTuGR1 三、具有同步環(huán)節(jié)的單結晶體管觸發(fā)電路 udt0uGt0UPUVuct0 每周期中電容C的充放電不止一次，晶閘管由第一個脈沖觸發(fā)導通，后面的脈沖不起作用。 改變Re的大小， 可改變電容充電速度，達到調節(jié)角的目的。 削波的目的：增大移相范圍，使輸出的觸發(fā)脈沖的幅度基本一樣。不削波：UPUbb，為正弦半波，移相范圍小。uV1t0uS第一節(jié) 單結晶體管觸發(fā)電路實際應用中，常用晶體管2代替電位器Re，以便實現(xiàn)自動移相。TP：脈沖變壓器，實現(xiàn)觸發(fā)電路與主電路的電

10、氣隔離。恒流源第一節(jié) 單結晶體管觸發(fā)電路第三節(jié) 集成觸發(fā)電路及數(shù)字觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路具有可靠性高，技術性能好，體積小，功耗低，調試方便等優(yōu)點。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路。KJ004與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似,分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。完整的三相全控橋觸發(fā)電路 3個KJ004集成塊和1個KJ041集成塊，可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進行脈沖放大即可。 第三節(jié) 集成觸發(fā)電路及數(shù)字觸發(fā)電路交流開關及其應用電路 常規(guī)的電磁式開關在斷開負載時往往有電弧產生，觸頭易燒損、開斷時間長；在運行過程中會產生噪音污染環(huán)境等等。由電力

11、電子器件組成的交、直流開關具有無觸頭、開關速度快、使用壽命長等優(yōu)點，因而獲得廣泛的應用。第一節(jié) 交流開關及其應用電路 一、晶閘管交流開關及應用 晶閘管開關的基本形式 VT1VT2VD1VD2RLuQ（a）VTQRLR1C1Ru（b）VD1VD2uQVD3VD4（c）VTRL晶閘管開關的基本形式 QVT1VT2VD1VD2RLu（a）第一節(jié) 交流開關及其應用電路 一、晶閘管交流開關及應用 u0時：VT1被觸發(fā)導通，電流i由AVT1RLB；u0時：VT2被觸發(fā)導通，電流i由BVT2RLA。iABVTQRLR1C1Ru（b）VD1VD2uQVD3VD4（c）VTRLVTQRLR1C1Ru（b）晶閘管開關的基本形式 第一節(jié) 交流開關及其應用電路 一、晶閘管交流開關及應用 u0時：VT被觸發(fā)導通，電流i由ARLVTB；u0時：VT被觸發(fā)導通，電流i由BVTRLA。iABVD1VD2uQVD3VD4（c）VTRLVT1VT2VD1VD2RLuQ（a）晶閘管開關的基本形式 第一節(jié) 交流開關及其應用電路 一、晶閘管交流開關及應用 iABu0時:VT被觸發(fā)導通,電流i由AVD4VTVD1RLB；u0時:VT被