波形系数允许的电流平均值 波形 平均值fn 有效值 I,d ar) 157=90.7 (1 )2d(ad) 由于晶闸管的过载能力比一般电磁元件小,因而应使晶闸管的通态平均电流l为由 正常工作电流求得的等效通态平均电流的1.5~2.0倍,使其有一定的安全余量 2.维持电流l l是指使晶闸管维持通态所需的最小阳极电流。 3.擎住电流l Ju是指晶闸管刚刚从断态转入通态,并在移去触发信号之后,能维持通态所需的最 小阳极电流。擎住电流的数值与工作条件有关。对于同一晶闸管来说,通常擎住电流l1u 约为维持电流l的2~4倍。 4.断态重复峰值电流l如及反向重复峰值电流lrm ld和lm分别对应于晶闸管承受断态重复峰值电压Udm和反向重复峰值电压Um时的 峰值电流。 5.浪涌电流l r是指一种由电路异常(如故障等)引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大 通态过载电流。浪涌电流有两个等级,h级与H级,其中h级浪涌电流的值lm=4xl1 在器件寿命期内应限制浪涌电流出现的次数 (三)晶闸管的门极参数定额 1.门极触发电流l J是指使晶闸管由断态转人通态所必需的最小门极电流。 2.门极触发电压U U是指产生门极触发电流l所必需的最小门极电压。 对于晶闸管的使用者来说,应使触发器输出给门极的电流和电压适当地大于晶管出 厂合格证上所列的l。与U,以保证晶闸管的可靠触发导通;但不应超过列出的峰值lan 和U如m。门极平均功率P灬和门极峰值功率P灬也不应超过规定值 四)动态参数和结溫 1.断态电压临界上升率 dude du/dt是指在规定的条件下,不会导致从断态到通态转换的最大阳极电压上升率。超
过该值,晶闸管可能产生误导通。 2.通态电流临界上升率di/dt di/dt是指在规定的条作下,晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。 当门极流入触发电流后,晶闸管开始只在靠近门极附近的小区域内导通,随着时间的 推移,导通区才逐渐扩大,直至全部结面积导通为止。如果电流上升太快,则在导通瞬间 有很大电流集中在门极附近的小区域内通过,造成局部过热而使晶闸管损坏。 3.额定结温T TM是指器件在正常工作时所允许的最高结温。在此温度下,一切有关的额定值和特 性都能得到保证。 1.63晶闸的头渡过程 (一)晶闸管的开通过程 当晶闸管的门极加入i时,元件的端电压是逐渐下降的,它经历了时间t=t4+tn+ 之后才达到稳态压降Um。同样,电 流讠,也是逐渐上升到它的稳态值的。即 晶闸管存在一个开通过程,如图1-34所 (1)延迟时间ta(由g=0.1l到Ux =0.9E,的时同间隔)。在这段时间内, 电流上升非常缓慢,因此,负载电阻上的 压降很小,以致可以看成是元件在延迟了 时间之后才开始导通。产生延迟的原因0上 是载流子的扩散需要时间,在图1-34中, 当i加人时,B3[参见图1-35(a)]被充 电到u的电压,N发射区通过P向N1 发射电子,使卫2正向偏置,P发射区便 图1-34品闸管元件的开通过程 通过长基区N向P发射空穴,当空穴达到P2时,元件的端电压便开始下降,电子渡越 短基区和空穴渡越长基区的时间总和构成了4的延迟时间。 (2)上升时间l(由Uk=0.9E到U=0.1E的这段时间间隔)。对U而言,t 应被称为下降时间,上升是指电流而言,是对应于i由0.1lm上升到09的这段时间。 随着载流子的不断扩散,J2两侧的基区分别堆积了载流子,由于横向电阻的存在,这种 堆积首先集中在靠近门极的结面,因而门极附近的结面最先由反向偏置转为正向,元件便 从这一区域开始导通,使电流迅速上升,相应地U也迅速下降。 (3)扩散时间t,(由Ux=0.1E,到UA=Um的这段时间间隔)。当UA=0E 时,元件仍然只是在局部导通,并继续以有限的速度(对于快速元件,扩散速度U, 0.mmps;对于著通元件,U,=0.03m/s)向外扩展。当阳极达到全面导通时,U=
U/a),元件的开通过程才告结束。 tm=t4+t2称为元件的开通时间,它是表征元件开通速度的动态参数。 (二)晶闸管的关断过程 图1-35(a)是测试晶闸管关断过程的电路图,关断过程电压、电流波形如图1-35 (b)所示。 q一 图1-35晶闸管元件的关断过程 (a)关断品闸管元件的原理电路;(b)关断过程 晶闸管关断前处于稳定导通状态,通态电流讠的幅值为Jn。J、]、J3均处于正向 偏置。在t=t时刻开关S闭合,正向电流讠。在反电压作用下,以 di 的速度下降,到 t=t2时刻in=0 1.反向恢复时间tn 贮存在元件中的积蓄载流子,在反向电源作用下,产生反向电流。(n<0),随着电 流的变化,积蓄载流子的浓度逐渐下降。当t=14时,i≈0,元件恢复反向阻断能力。tn =t4-t2,它是衡量元件恢复反向阻断能力快慢的一个指标。 当i突然降到零时,由于ddt很大,将在线路电感L上产生很大的感生电势,当 此电势加到元件上时,可能造成过电压。为了限制元件端压,在AK之间并联RC吸收电 路,它为L中的能量提供释放途径。 2.控制极的恢复时间t 由于]和3相继成为反向偏置,此时残留在两侧的载流子只能通过复合方式消 失,因此速度较慢。直至t=t时,载流子才完全复合,元件恢复其正向阻断能力,使元 件完全关断。重加正压时,只流过正向漏电流。t=!-4,它是衡量元件恢复正向阻断 能力快慢的一个指标。 3.关断时间tq=tn+l 在实际应用中,由于晶闸管装置的频率不同,对元件的关断时间提出了悬殊很大的要
求。例如整流电路,工作频率为50H,可采用l4=40s的普通元件,其关断过程只占整 个周期的1/50(72);但是对于工作频率为kHz的逆变电路,尽管采用tq=30p的快速 元件,其关断过程却占了整个周期的3100依此类推,频率更高的装置,对t1将提出更 高的要求。实际上t是限制装置频率提高的一个重要的因素。目前国产的KK型快速晶闸 管,l 1.6.4闸管的触发电流 晶闸管的触发电流波形对晶闸管的运行,特别是对其开关过渡过程有很大的影响。理 想的触发电流波形应满足如下要求。 )触发脉冲前沿 对于大功率晶闸管,为了减少开通时间,满足电流变化率的要求;或者在串并联电路 中,为缩小开通时间的分散性,都应采用强触发脉冲。 当触发脉冲的im1=5-6时,元件的开通性能有明显 的改善,这样比较恰当的强触发电流波形的前沿如图1-36 所示。 强触发脉冲电流的前沿时间tp≤ls,而前沿峰值i (5-6)J。因为晶闸管一经触发导通后,控制极就失 去作用,为了不增加控制电路的负担,则强脉冲前沿峰 值的宽度至少要大于元件的开通时间,而开通时间又受 主回路负载性质的影响,根据试验结果可知脉冲宽度约 为20p较好。 图1-36强触发脉冲的前沿 (二)触发脉冲的宽度 单从元件本身来看,脉冲宽度至少应大于元件的开通时间t。从前面的分析可知, 当元件从断态变到通态时,一定要使阳极电流达到擎住电流,元件才能维持开通状态。而 阳极电流的上升受主电路及负载性质的影响,特别是电源电压低而负载电感又较大的斩波 电路,阳极电流上升很慢,达到擎住电流的时间较长,触发脉冲的宽度至少要维持到阳极 电流达到擎住电流以土。在可控整流及逆变电路中,由于负载滞后功率因数的影响和顺序 导通的两个元件同时要有触发信号,触发脉冲宽度有时要达到90电角度,相当于5ms 另外,在一些斩波电路,如直流电机及步进电机的驱动电路中,电路运行或者在状态过程 的变化中,对已导通的晶闸管不可避免地将出现反向拉电流,会使晶闸管进入关断状态。 因此晶闸管在整个导通期间都必须有触发信号。因此可控整流、逆变器及某些斩波电路, 触发脉冲宽度相对来说是很宽的,一般采用脉冲列(高频载波整流)或者直流触发,这样 可以缩小脉冲变压器的体积,减小输出级三极管的负担。 (三)触发脉冲后沿 釆用单个窄脉冲或双窄脉冲触发的晶闸管,对其触发脉冲的后沿没有很严格的要求 而对于整个导通期间都有触发电流的晶闸管,脉冲后沿不好有时会使换流电路中的某些晶
闸管关不断。从晶闸管关断过程的研究中可知,由于结间存贮电荷的存在,控制极与阴极 之间也存在结电容C,也有存贮电荷的积累与消失的问题,这会使实际关断时间延后 因此,对于整个导通期间都有触发电流的晶闸管的触发脉冲,对于脉冲后沿也有很严格的 要求 (1)尽可能使触发电流后沿陡一些; (2)在晶闸管控制极与阴极之间加上负压,使其产生负的控制极电流,以便迅速地将 控制极的结间存贮电荷拉掉 (3)控制极触发信号消失之后到关断反压到来之前,两者之间要留有几十微秒的间 隔。 综上所述,得到比较理想的触发脉冲电流波形应如图1-37所示。图1-37(a)是强触 发单脉冲的波形;(b)是直流触发电流波形,脉冲后沿带有一个负的电流 图1-37较理想的触发电流波形 (a)强触发单脉冲的波形:(b)直流触发电流波形 在实际应用中,要得到图1-37(a)和(b)的触发电流波形,最困难的是前沿。因为 缩小前沿时间l与系统的抗干扰能力 二者之间是矛盾的。假设触发逻辑部 分与隔离脉冲变压器都能瞬时响应, 则p时间的形成是由元件控制极和阴 极之间的结电容及控制极与阴极之间 的外接抗干扰电容C所引起的(主要 是外接抗干扰电容引起的),如图138 (a)所示。在一些电路中,这个抗于 扰的电容必须足够大,因此t就不可 图1-38实际触发电路与波形 能太小。(5~6)倍的临界触发电流的 (a)电路;(b)波形 平顶波也很难实现,一般比较容易得 到的是一个尖顶的前沿。做到3~4倍的l时,可保证强触发的宽度为t'a=20p6,如图 1-38(b)所示 34