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详细讲解晶闸管的原理与工作特性

发布:2024-06-13 浏览:62

核心提示:晶闸管(Thyristor)是开发最早的电力电子器件。晶闸管全称为晶体闸流管,是半控型电力电子器件,晶闸管可以被控制导通而不能用门极控制关断,具有耐高压、电流大、抗冲击能力强等特点。晶闸管相当于一个可以被控制接通的导电开关,由PNPN四层半导体结构组成,它有三个极:阳极、阴极、控制极。晶闸管的伏安特性晶闸管是由PNPN四层单导体组成,有三个PN结。晶闸管有三个引线端子:阳极A、阴极K、和门极G。晶闸管阳极与阴极间电压和它的阳极电流之间的关系,称为晶闸管的伏安特性。当IG=0时,如果在晶闸管两端施加正向电压

晶闸管(Thyristor)是开发最早的电力电子器件。
晶闸管全称为晶体闸流管,是半控型电力电子器件,晶闸管可以被控制导通而不能用门极控制关断,具有耐高压、电流大、抗冲击能力强等特点。
晶闸管相当于一个可以被控制接通的导电开关,由PNPN四层半导体结构组成,它有三个极:阳极、阴极、控制极。
晶闸管的伏安特性晶闸管是由PNPN四层单导体组成,有三个PN结。
晶闸管有三个引线端子:阳极A、阴极K、和门极G。
晶闸管阳极与阴极间电压和它的阳极电流之间的关系,称为晶闸管的伏安特性。
当IG=0时,如果在晶闸管两端施加正向电压,则J2结处于反偏,晶闸管处于正向阻断状态,只流过很小的漏电流,如果正向电压超过临界极限值(正向转折电压Ub0)时,则漏电流急剧增大,正向转折电压降低。
导通后晶闸管的特性跟二极管的正向特性相似,即使通过很大的阳极电流,晶闸管本身的压降确很小。
导通时如果门极电流为零,并且阳极电流降到维持电流IH以下,则晶闸管又回到正向阻断状态。
当在晶闸管上施加反向电压时,晶闸管的J1、J3结处于反偏状态,这时伏安特性类似二极管的反向特性。
晶闸管处于反向阻断状态,只有很小的漏电流流过,当反向电压超过反向击穿电压后,反向漏电流急剧增大,晶闸管反向击穿。
晶闸管的门极伏安特性在给晶闸管施加正向阳极电压的情况下,若再给门极加入适当的控制信号,可使晶闸管由阻断变为导通。
晶闸管的门极和阴极之间是一个PN结J3,它的伏安特性称为门极伏安特性。
当给门极施加一定电压后门极附近会发热,当电压过大时,会使晶闸管整个结温度上升,直接影响晶闸管的正常工作,甚至使门极烧坏。
所以门极上施加的电压、电流、功率是有一定限制的。
晶闸管的动态特性晶闸管在电路中起开关作用。
由于器件的开通和关断时间很短,当开关频率较低时,可以假定晶闸管是瞬时开通和关断的,可以忽略其动态特性和损耗。
当工作频率较高时,因工作周期缩短,晶闸管的开通和关断时间就不能忽略,动态损耗占比相对增大,成为引起晶闸管发热的主要原因。
1.开通时间门极在原点处受到理想阶跃电流的触发,由于晶体管内部的正反馈过程需要时间,阳极的电流增长不可能瞬时完成。
从门极电流阶跃时刻开始,到阳极电流上升到稳态值的10%,这段时间称为延迟时间td。
阳极电流从10%上升到90%所需要的时间称为上升时间tt。
开通时间tgt为两者之和,即tgt=td+tt。
对于普通晶闸管td=0.5~1.5μs,tt=0.5~3μs。
2.关断时间已导通的晶闸管,当电源电压突然改变方向时,由于晶闸管电路中带有感性器件,阳极电流在衰减过程中必存在过渡过程。
从导通电流逐步衰减到零,然后在反方向建立恢复电流,经过最大值后,再反方向衰减到零。
电源电压反向后,从正向电流降为零到能重新施加正向电压为止的时间间隔,称为晶闸管的电路换向关断时间tq,它由两部分组成:tq=trt+tgttrt——反向阻断恢复时间,是电流反向的持续期;tgt——正向阻断恢复时间。
普通晶闸管的关断时间约为几百微秒;快速晶闸管的关断时间为几微秒到几十微秒。

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