A
G
KK
A A G
a)
P1
N1
J1
G
P2 N2
J2 J3
K b)
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
K G
A c)
2.晶闸管的工作原理
➢门级控制开通原理 A
当S闭和，形成门级电流
IG →Ib2→IC2=Ib1→IC1 G
↑------------↓
P1
N1 N1
P2
P2
N2
K
形成正反馈工作过程，很快使 a)
两个晶体管都转为饱和导通状态， 晶闸管开通。晶闸管开通后门级 失去控制作用。
A
IA
PNP
V1 G IG Ic1
Ic2 R
NPN V2
S
EA
EG
IK
K
b)
晶闸管的工作原理
➢ 阻断特性
① 正向阻断
UAK为正，IG=0
② 反向阻断
UAK为负，
A
P1
N1 N1
➢ 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
URSM URRM -UA
雪崩 击穿
IA 正向 导通
IH
IG2
IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
UDSM
-IA
晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
1) 正向特性
➢ IG=0时，器件两端施加正向电压，
正向阻断状态，只有很小的正向 漏电流流过，正向电压超过临界 极限即正向转折电压Ubo，则漏电 流急剧增大，器件开通。
（1-4）
G
P2
P2
N2
式中1和2分别是晶体管V1和V2
的电流增益； Ic0 是漏电流。
K
由以上式（1-1）~（1-4）可得
a)
A
IA
PNP
V1
G IGIc1 Ic0Fra bibliotekIc2
R
NPN V2
S
EA
EG
IK
K
b)
（1-5）
晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 a) 双晶体管模型 b) 工作原理
晶闸管的工作原理
使主电路电流 IA< IH 可实现关断
晶闸管的工作原理
几点结论： 具有单向导电性，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。 在承受正向电压时，可通过门极控制开通。 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 。
二. 晶闸管的基本特性
电力电子器件的分类
➢ 按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质， 分为两类：
1) 电流驱动型
通过从控制端注入或者抽出电流来实现 导通或者关断的控制
2) 电压驱动型
仅通过在控制端和公共端之间施加一定的 电压信号就可实现导通或者关断的控制
➢ 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的
情况分为三类：
G
P2
P2
N2
K a)
A
IA
PNP
V1 G IG Ic1
Ic2 R
NPN V2
S
EA
EG
IK
K
b)
晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 a) 双晶体管模型 b) 工作原理
晶闸管的工作原理
➢ 正向转折现象
Ic1=1 IA
（1-1）
A
Ic2=2 IK
（1-2）
P1
IK=IA+IG
（1-3）
N1 N1
IA=Ic1+Ic2 + Ic0
图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
二. 电力电子器件的概念和特征
➢ 电力电子器件的概念
✓ 电力电子器件（power electronic device）——可直接用于处理电能的主电路 中，实现电能的变换或控制的电子器件
✓ 主电路（main power circuit）——电气设备 或电力系统中，直接承担电能的变换或控制 任务的电路
功率二极管的主要类型
2. 快恢复二极管（Fast Recovery Diode——FRD）
✓ 恢复过程很短特别是反向恢复过程很短（5s以下）的二 极管，也简称快速二极管
✓ 从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者 反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下， 甚至达到20~30ns。
功率二极管结构与原理
➢ 工作原理
￭ PN结的正向导通状态
电导调制效应使得PN结在正向电流较大时压降仍然很 低，维持在1V左右，所以正向偏置的PN结表现为低阻态。
￭ PN结的反向截止状态
PN结的单向导电性。
二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要 特征。
二. 功率二极管的基本特性
静态伏安特性
晶闸管的伏安特性
晶闸管的基本特性
➢ 动态特性
晶闸管的开通和关断过程波形
1) 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 10%升上时升间到tr ：稳阳态极值电的流90从% 所需的时间。
➢ 开通时间tgt以上两者之和，
1. 普通二极管（General Purpose Diode）
✓ 又称整流二极管（Rectifier Diode） ✓ 多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中 ✓ 其反向恢复时间较长，一般在5s以上，这在开关
频率不高时并不重要。 ✓ 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高，分别
可达数千安和数千伏以上。
✓ 关断时间tq：trr与tgr之和， 即 tq=trr+tgr （1-7)）
普通晶闸管的关断时间 约几百微秒。
动态特性
晶闸管的开通和关断过程波形
三. 晶闸管的主要参数
1. 电压定额
1) 断态重复峰值电压UDRM
——在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器 件上的最大正向峰值电压。
2) 反向重复峰值电压URRM
晶闸管的主要参数
2. 电流定额
1) 通态平均电流 ITa
——晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下， 稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正 弦半波电流在一个周期内的平均值。称为晶闸管的额 定电流。
—— 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器 件上的最大反向峰值电压。
3) 通态（峰值）电压UTM
——晶闸管通以某一规定倍 数的额定通态平均电 流时的瞬态峰值电压。
➢通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件 的额定电压。选用时，额定电压要留有一定裕量,一般取 额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2～3倍。
一数值IH以下，则晶闸管又回到 正向阻断状态。IH称为维持电流。
-IA
晶闸管的伏安特性
晶闸管的伏安特性
2) 反向特性
➢ 晶闸管上施加反向电压时，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时， 只有极小的反相漏电流流过。
➢ 当反向电压超过一定限度，到反 向击穿电压后，外电路如无限制 措施，则反向漏电流急剧增加， 导致晶闸管发热损坏。
2.1 电力电子器件的概述
2.1.1电力电子系统组成 2.1.2电力电子器件的概念和特征 2.1.3 电力电子器件的分类
一. 电力电子系统组成
➢ 电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以电力电 子器件为核心的主电路及缓冲保护电路）组成
控
检测
电路
制
锁闭 电路
电
V 1 LR
驱动
路
电路
V 2 主 电 路
通➢ 过电控力制场信效号应晶既体可管控（制Po其we导r-M通O又SF可ET控）制其关断。
➢ 门极可关断晶闸管（GTO）
3）不可控器件 ➢➢不动电能功只电路用率有压。控二两和极 个 电制管 端信流子（决号，P定来o器w的控e件。r 的制Di通o其d和e通）断断是,由因其在此主也电就路不中需承受要的驱
➢ 结构、符号与外形 基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样，以半
导体PN结为基础，由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装 组成的。
从外形上看，主要有塑封、螺栓型和平板型三种封装
A
K A
a)
KA
K PN
I
J
b)
c)
图2-2 电力二极管的外形、结构和电气图形符号 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
tgt=td+ tr （1-6）
普通晶闸管延迟时为 0.5~1.5s，
上升时间为
0.5~3s。
普通晶闸管开通时间
约：5 s
动态特性
晶闸管的开通和关断过程波形
2) 关断过程
➢ 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
三. 电力电子器件的分类
➢ 按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以 下三类：
1) 半控型器件
➢ 晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件
通➢过控器件制的信关号断可由以其在控主制电其路导中通承受而的不电能压控和制电流其决关定断。 2) 全控型器件
➢ 绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT）
当：IG =0时 1和2很小 IA=IK≈IC0 正向阻断 当UAK↑→ IC0 ↑→ 1、2↑→IA↑ 当1+2 ≈1 时 IA急剧增大 当UAK达到某一电压，使晶闸管由阻断状态转为导