晶闸管有那些派生器件.docx

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晶闸管有那些派生器件

晶闸管有那些派生器件,并写出他们的关断条件。

1、晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为：

快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管、门极可关断晶闸管

导通与关断条件，晶闸管派生器件有：

快速晶闸管；双向晶闸管；逆导晶闸管；光控晶闸管；门极可关断晶闸管

1.快速晶闸管

可以在400Hz以上频率工作的晶闸管。

视电流容量大小，其开通时间为4～8µs，关断时间为10～60µs。

主要用于较高频率的整流、斩波、逆变和变频电路。

导通条件：

阳极加正电压、阴极加负电压、门极和阴极之间加正向触发电压

关断条件：

在阳极和阴极之间加上反向电压。

2.双向晶闸管

双向晶闸双向晶闸管工作原理:

双向可控硅具有两个方向轮流导通、关断的特性。

双向可控硅实质上是两个反并联的单向可控硅，是由NPNPN五层半导体形成四个PN结构成、有三个电极的半导体器件。

主电极的构造是对称的（都从N层引出），它的电极不像单向可控硅那样分别叫阳极和阴极，把与控制极相近的叫做第一电极A1，另一个叫做第二电极A2。

双向可控硅的主要缺点是承受电压上升率的能力较低。

这是双向可控硅在一个方向导通结束时，硅片在各层中的载流子还没有回到截止的，采取相应的保护措施。

双向可控硅元件主要用于交流控制电路，如温度控制、灯光控制、防爆交流开关以及直流电机调速和换向等电路。

导通条件：

阳极和阴极之间加正电压或反电压、在门极上加触发电压不管正或者负都能把双向晶闸管导通。

关断条件：

阳极和阴极的电流小于维持电流

3.逆导晶闸管

逆导晶闸管是将晶闸管和整流管制作在同一管芯上的集成元件.

　RCT（Reverse-ConductingThyristir）亦称反向导通晶闸管，是一种对负阳极电压没有开关作用，反向时能通过大电流的晶闸管。

其特

逆导晶闸管

点是在晶闸管的阳极与阴极之间反向并联一只二极管，使阳极与阴极的发射结均呈短路状态。

由于这种特殊电路结构，使之具有耐高压、耐高温、关断时间短、通态电压低等优良性能。

例如，逆导晶闸管的关断时间仅几微秒，工作频率达几十千赫，优于快速晶闸管（FSCR）。

该器件适用于开关电源、UPS不间断电源中，一只RCT即可代替晶闸管和续流二极管各一只，不仅使用方便，而且能简化电路设计。

　逆导晶闸管是一个反向导通的晶闸管，是由晶闸管个二极管反并联构成的A-K不能导通。

导通条件：

阳极加正电压、阴极加负电压、门极和阴极之间加正向触发电压然后承受反向电压就导通

关断条件：

阳极和阴极的电流小于维持电流

4光控晶闸管

导通条件：

阳极加正电压、阴极加负电压还有光亮度达到能使二极管漏电流增加此电流成为门极触发电流使晶闸管开通。

关断条件：

加在阳极和阴极之间的电压为零或反

光控晶闸管的特性

为了使光控晶闸管能在微弱的光照下触发导通，因此必须使光控晶闸管在极小的控制电流下能可靠地导通。

这样光控晶闸管受到了高温和耐压的限制，在目前的条件下，不可能与普通晶闸管一样做成大功率的。

光控晶闸管除了触发信号不同以外，其它特性基本与普通晶闸管是相同的，因此在使用时可按照普通晶闸管选择，只要注意它是光控这个特点就行了。

光控晶闸管对光源的波长有一定的要求，即有选择性。

波长在0.8——0.9um的红外线及波长在1um左右的激光，都是光控晶闸管较为理想的光源。

5门极可关断晶闸管

    导通条件：

在阳极和阴极之间加正向电压，门极与阴极间加正触发信号。

关断条件：

门极与阴极间加负信号。

1.3  可关断晶闸管

可关断晶闸管GTO（GateTurn-OffThyristor）,可用门极信号控制其关断.

目前,GTO的容量水平达6000A/6000V,频率为1kHZ.

1.3.1  可关断晶闸管的结构和工作原理

1.可关断晶闸管的结构

GTO的内部包含着数百个共阳极的小GTO元,它们的门极和阴极分别并联在一起,这是为了便于实现门极控制关断所采取的特殊设计.

可关断晶闸管的结构、等效电路和符号

2.可关断晶闸管的工作原理

（1）开通过程

GTO也可等效成两个晶体管P1N1P2和N1P2N2互连,GTO与晶闸管最大区别就是导通后回路增益α1+α2数值不同.晶闸管的回路增益α1+α2常为1.15左右,而GTO的α1+α2非常接近1.因而GTO处于临界饱和状态.这为门极负脉冲关断阳极电流提供有利条件.

（2）关断过程

当GTO已处于导通状态时,对门极加负的关断脉冲,形成-IG,相当于将IC1的电流抽出,使晶体管N1P2N2的基极电流减小,使IC2和IK随之减小,IC2减小又使IA和IC1减小,这是一个正反馈过程.当IC2和IC1的减小使α1+α2<1时,等效晶体管N1P2N2和P1N1P2退出饱和,GTO不满足维持导通条件,阳极电流下降到零而关断.

GTO关断时,随着阳极电流的下降,阳极电压逐步上升,因而关断时的瞬时功耗较大,在电感负载条件下,阳极电流与阳极电压有可能同时出现最大值,此时的瞬时关断功耗尤为突出.

由于GTO处于临界饱和状态,用抽走阳极电流的方法破坏临界饱和状态,能使器件关断.而晶闸管导通之后,处于深度饱和状态,用抽走阳极电流的方法不能使其关断.

1.3.2  可关断晶闸管的特性和主要参数

（1）GTO的阳极伏安特性

（2）GTO的开通特性  

开通时间ton由延迟时间td和上升时间tr组成,

（3）GTO的关断特性

GTO的关断过程有三个不同的时间,即存储时间ts、下降时间tf及尾部时间tt.

存储时间ts:

对应着从关断过程开始,到阳极电流开始下降到90%IA为止的一段时间间隔.

下降时间tf:

对应着阳极电流迅速下降,阳极电压不断上升和门极反电压开始建立的过程.

尾部时间tt:

则是指从阳极电流降到极小值时开始,直到最终达到维持电流为止的时间.

GTO的关断特性

GTO关断时间的大部分功率损耗出现在尾部时间,在相同的关断条件下,不同型号GTO相应的尾部电流起始值和尾部电流的持续时间均不同.在存储时间内,过大的门极反向关断电流上升率会使尾部时间加长.此外,过高的du/dt会使GTO因瞬时功耗过大而在尾部时间内损坏管子.因此必须设计适当的缓冲电路.

2.可关断晶闸管的主要参数

GTO有许多参数与晶闸管相同,这里只介绍一些与晶闸管不同的参数.

（1）最大可关断阳极电流IATO

电流过大时α1+α2稍大于1的条件可能被破坏,使器件饱和程度加深,导致门极关断失败..

off

（2）关断增益

off通常只有5左右.off为最大可关断阳极电流IATO与门极负电流最大值IgM之比GTO的关断增益

1.3.3  可关断晶闸管的安全工作区

GTO安全工作区是指在门极加负脉冲关断信号时,GTO能够可靠关断的阳极电流与阳极电压的轨迹.既然是在一定条件下确定的安全运行范围,如条件改变,比如门极驱动电路或缓冲电路参数改变之后,安全工作区也随之改变,实际实用中应加以注意.

GTO的安全工作区