一种可控的单向导电开关
1.1.3 晶闸管特性
1）晶闸管的伏安特性
Ø特性在I、III象限 ØIG=0A时，正向转折电压 Ø转折点越低，所需IG越大 Ø反向特性，击穿
I A VT
U U AK
R
Ø正向偏置时，可在断态、 通态间互相转化，且与门极 电流、阳极电压和阳极电流 有关 Ø反向偏置时，只能工作在 阻断状态，绝对不能超过击 穿电压
K
表1.2
作业
P51 1.1~1.5
1.2晶闸管器件的串并联
所要求装置的容量很大，以至单个器件难以满 足时，用器件的串并联来解决。
v电压不能满足，用串联 v电流不能满足，用并联
v1.2.1 晶闸管器件的串联运行 v1.2.2 晶闸管器件的并联运行
1.2.1 晶闸管器件的串联运行
Ø目的：当额定电压小于要求时，串联 Ø问题：理想串联希望器件分压相等，但因特 性差异，使器件电压分配不均匀：
v串联器件流过的电流相同，但因静态伏 安特性的分散性，各器件分压不等；
v承受电压高的器件首先达到转折电压而 导通，使另一个器件承担全部电压也导
IA 通，失去控制作用； v反向时，可能使其中一个器件先反向击
穿，另一个随之击穿。
原因：各器件的额定电压和漏电流决定的等效电阻 不同
晶闸管的串联及其伏安特性
2） 晶闸管的阻断工作状态
当晶闸管门极G与外电路断开时，晶闸管在它的 两个方向上均呈阻断工作状态。
晶闸管可以看成是三个二极管的串联
A
R
p
G
n j1
p j2
n j3
K
正向偏置
至少有一个为反向偏置
3）晶闸管的导通工作状态
用晶闸管的双晶体三极管模型分析。
两个复合晶体三极管： Øpnp型VT1 Ønpn型VT2
一个强烈的正反馈过程。
电流 - 时，a1、a2随之 - 。 当（a1 + a2）» 1时，两晶体三极管饱和导通， 即晶闸管由阻断 ® 导通。
导通后，由于正反馈作用，即便 无门极电流，依旧保持导通。
1.1.2 晶闸管的工作原理（小结）
Ø门极没有控制信号时，无论正偏、反偏， 均阻断。 Ø正偏时，门极信号可使其导通。一旦导 通，即使失去门极信号，仍然保持导通。 Ø反偏时，即使存在门极电流，也不能使其 导通。
Ø有效值电流与额定电流IT的关系：
ò ò I =
1 2p [i(wt)]2 dwt = 2p 0
1 2p
p 0
[
Im
sin
wt]2
dwt
=
Im 2
= p IT 2
= 1.57IT
i
i(wt)
Im
IT
p
2p wt
通态平均电流（额定电流）
Ø对于不一样的波形，其有效值应
£ 1.57IT
Ø其有效值也可定义为
K f Id
其中 ØKf为晶闸管电流有效值与负载电流平均值之比 ØId为负载电流平均值
一般，所选用元件的额定电流需要有2倍左右的储备。
例1.1
晶闸管通态平均电流IT＝100A，当 流过晶闸管的实际电流如图1.10所示 时，求允许平均电流Id的值（不考虑环 境温度与安全储备）。
i
p /2 p
图1.10
可控整流电路的一般结构
（3）通态电流临界上升率di/dt
如果刚一导通时，就通过很大的电
流，即di/dt太大，电流会集中在门
A
极附近很小的区域内，造成局部过
热。
ip
（4）断态电压临界上升率du/dt
Cj
Øpn结耗尽层相当于一个结电容
Ø如果正向电压du/dt很大，则会通
n
p
G
n
过电容对门极充电（类似于门极触
发电流的作用），使误导通。
Ø额定电压必须比使用时
的正常工作电压（峰值）
有2～3倍的储备。
-IA
1.1.3 晶闸管的主要参数
1）晶闸管阳极电压和电流参数 （1）通态平均电流IT
Ø也即额定电流 Ø在环境温度＋400C和规定的冷却条件下，元件在电 阻性负载的单相正弦半波电路中，导通角不小于 1700C，当结温稳定并不超过额定结温时所允许的最 大（通态）平均电流。
3）晶闸管的导通工作状态
正向偏置下
I A = IC1 + IC 2 + ICO = a1I A + a2 IK + ICO IK = IA + IG
a1 = IC1 / I A：VT1的共基极电流放大倍数；
a2 = IC2 / IK：VT2的共基极电流放大倍数；
I
：门极电流；
G
ICO：VT1、VT2的漏电流；
i
i (wt )
Im
IT
p
2p wt
通态平均电流（额定电流）
IT到底是什么意思？
Ø对于图示波形，晶闸管允许流过的平均电流为IT。 Ø平均电流与电流峰值的关系：
ò ò IT
=
1 2p
2p i(wt)dwt = 1
0
2p
p 0
Im
sin wtdwt
=
Im p
Ø问题：如果不是这样的波形呢？
Ø根据有效值相等的原则确定。
1.1.3 晶闸管特性
2）晶闸管的门极特性
Ø门极特性极限
1.1.3 晶闸管的主要参数
1）晶闸管阳极电压和电流参数
（1）额定电压
IA 正向 导通
Ø额定电压取UDRM（正向 重复峰值电压）和URRM （反向重复峰值电压）中
URBD URRM
较小的值（为峰值电压）
UFBO
O URSM
UDRM
UAK
UDSM
2p wt
1.1.3 晶闸管的主要参数
2）晶闸管门极参数 3）晶闸管动态参数 （1）开通时间ton 加上足够的触发信号后，晶闸管不会立即开通。 （2）关断时间toff 若在阳极电流为零后立即施加正向电压，仍可能 开通。因此，必须有一段恢复阻断能力的时间。
1.1.3 晶闸管的主要参数
3）晶闸管动态参数
螺栓型
平板型
模块型
1.1.2 晶闸管的工作原理
一种可控的单向导电开关 Ø反向始终能承受电压，具有反向阻断 特性。 Ø正向可以有两个稳定的工作状态：
u呈高阻抗的阻断工作状态（断态） u呈低阻抗的导通工作状态（通态）
下面分析为何会有上述特性。
p-n结（简单回顾）
Ø正向偏置时导通 Ø反向偏置时阻断，只有很小的漏电流
IC1、I A：VT1的集电极和发射极电流；
I C 2、I K：VT2的集电极和发射极电流。
a1、a2由晶闸管的制造工艺决定，并随I A、IK变化。
3）晶闸管的导通工作状态
IA
=
ICO + a2IG
1
-（a1
+a
）
2
当门极电流为零时
IA
=
ICO
1
-（a1
&#下，
（a1+a2）<< 1，则I A＝ICO，电路处于阻断状态。
与前面的分析结果一致。
3）晶闸管的导通工作状态
存在IG时。 IG注入 Þ IK -Þ IC2 - ； IC2 -Þ IA - 、IC1 - ； IC1 -Þ IB2 - 、IK - 。
反向偏置时，由于 晶体管VT1、VT2 反偏时的电流放大 系数很小，故而即 便有门极电流也不 导通。
小器件开通时间上的差异。
1.2.2 晶闸管器件的并联运行
Ø目的：多个器件并联来承担较大的电流。 Ø问题：SCR会分别因静态和动态特性参数的差 异而电流分配不均匀。SCR导通后的内阻极小是 并联时很难均流的根本原因。
措施： Ø串联电阻 Ø串联电感 Ø串联互感电抗器
I
I1
I2
其他一些需要说明的问题
Ø串并联数越多，可靠性越差。 Ø必须对各晶闸管同时施加强触发脉 冲，且有陡峭的前沿和足够的脉冲幅 度与宽度。 Ø先串后并
何谓“普通晶闸管”
晶闸管（thyristor）是具有可控开关特性 的半导体器件的总称。包括多类。
其中出现最早，应用最广泛的是普通晶闸 管，即可控硅，SCR（ Silicon Controlled Rectifier）
1.1.1 晶闸管结构
A
p
G
n j1 p j2
结构
n j3
电路符号
K
Ø管心由半导体材料构成p-n-p-n四层结构。 Ø三个p-n结：j1、j2、j3。 Ø三个引出端：
IA
晶闸管的串联均压电路
1. 静态均压措施
Ø选 用 参 数 和 特 性 尽 量 一 致 的 器
件；
IA
Ø采用电阻均压，Rp的阻值应比器
件阻断时的正、反向电阻小得多。
R RP VT1
2.动态均压措施
C uA
Ø选择动态参数和特性尽量一致的 器件；
R RP VT2
C
Ø用RC并联支路作动态均压；
Ø采用门极强脉冲触发可以显著减
电力二极管结构
电力二极管特性
典型应用
i2
u2
0
p
2p
wt
ud
0
p
2p
wt
1 晶闸管及其可控整流电路（AC/DC变换）
3类电力电子器件： Ø不可控器件 Ø半控型器件 Ø全控型器件
第1章 晶闸管及其可控整流电路
1.1 普通晶闸管
1.1.1 晶闸管结构 1.1.2 晶闸管的工作原理 1.1.3 晶闸管特性 1.1.4 晶闸管主要参数
l 两个功率引出端：阳极A（anode）；阴极K （cathode）
l 一个控制引出端：门极G（gate）
晶闸管的各种电路符号
A