第2章 伺服控制基础知识PPT讲稿.ppt

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1、第2章 伺服控制基础知识第1页，共114页，编辑于2022年，星期一内容提要内容提要n电力电子器件的应用电力电子器件的应用 n检测元件检测元件第2页，共114页，编辑于2022年，星期一电力电子器件的应用电力电子器件的应用一一一一按照器件被控制电路信号所控制的程度分为以下三类按照器件被控制电路信号所控制的程度分为以下三类按照器件被控制电路信号所控制的程度分为以下三类按照器件被控制电路信号所控制的程度分为以下三类：1 1 1 1不可控器件不可控器件不可控器件不可控器件-不能用控制信号来控制其通断：不能用控制信号来控制其通断：不能用控制信号来控制其通断：不能用控制信号来控制其通断：电力二极管电力二

2、极管电力二极管电力二极管（Power DiodePower DiodePower DiodePower Diode）2 2 2 2半控型器件半控型器件半控型器件半控型器件-控制信号可以控制其导通而不能控制其关断：控制信号可以控制其导通而不能控制其关断：控制信号可以控制其导通而不能控制其关断：控制信号可以控制其导通而不能控制其关断：晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管（ThyristorThyristorThyristorThyristor）及其大部分派生器件及其大部分派生器件及其大部分派生器件及其大部分派生器件 器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定器件的

3、关断由其在主电路中承受的电压和电流决定器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定 3 3 3 3全控型器件全控型器件全控型器件全控型器件-控制信号既可控制其导通又可控制其关断：控制信号既可控制其导通又可控制其关断：控制信号既可控制其导通又可控制其关断：控制信号既可控制其导通又可控制其关断：门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管 (GTO)(GTO)(GTO)(GTO)电力晶体管电力晶体管电力晶体管电力晶体管（GTR)GTR)GTR)GTR)绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管（IGBTIGBTIGBTIGBT）电力场效应晶体管电力场效应晶

4、体管电力场效应晶体管电力场效应晶体管（简称为电力（简称为电力（简称为电力（简称为电力MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET）第3页，共114页，编辑于2022年，星期一二二二二以加在器件上的驱动信号性质分为两类以加在器件上的驱动信号性质分为两类以加在器件上的驱动信号性质分为两类以加在器件上的驱动信号性质分为两类：1 1 1 1电流驱动型电流驱动型电流驱动型电流驱动型：通过从控制端注入或者抽出电流来实现器件的导通或者关断；通过从控制端注入或者抽出电流来实现器件的导通或者关断；通过从控制端注入或者抽出电流来实现器件的导通或者关断；通过从控制端注入或者抽出电流来实现器件的导通或者关断；2

5、2 2 2电压驱动型电压驱动型电压驱动型电压驱动型：通过在控制端施加一定的电压信号实现器件的导通或者关断；通过在控制端施加一定的电压信号实现器件的导通或者关断；通过在控制端施加一定的电压信号实现器件的导通或者关断；通过在控制端施加一定的电压信号实现器件的导通或者关断；三三三三以加在器件上的驱动信号波形分为两类：以加在器件上的驱动信号波形分为两类：以加在器件上的驱动信号波形分为两类：以加在器件上的驱动信号波形分为两类：1 1 1 1脉冲触发型脉冲触发型脉冲触发型脉冲触发型：通通通通 过过过过 在在在在 控控控控 制制制制 端端端端 施施施施 加加加加 一一一一 个个个个 电电电电 压压压压 或或

6、或或 电电电电 流流流流 的的的的 脉脉脉脉 冲冲冲冲 信信信信 号号号号 来来来来 实实实实 现现现现 器器器器 件件件件 的的的的 开开开开 通通通通 或或或或 者者者者 关关关关 断断断断 的的的的 控制；控制；控制；控制；2 2 2 2电平控制型电平控制型电平控制型电平控制型：通通通通过过过过持持持持续续续续在在在在控控控控制制制制端端端端和和和和公公公公共共共共端端端端之之之之间间间间施施施施加加加加一一一一定定定定电电电电平平平平的的的的电电电电压压压压或或或或电电电电流流流流信信信信号号号号来来来来使使使使器器器器件件件件开开开开通通通通 并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态

7、；并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态；并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态；并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态；四四四四按器件内部两种载流子参与导电的情况分为三类：按器件内部两种载流子参与导电的情况分为三类：按器件内部两种载流子参与导电的情况分为三类：按器件内部两种载流子参与导电的情况分为三类：1 1 1 1单极型器件单极型器件单极型器件单极型器件：由一种载流子参与导电的器件；：由一种载流子参与导电的器件；：由一种载流子参与导电的器件；：由一种载流子参与导电的器件；2 2 2 2双极型器件双极型器件双极型器件双极型器件：由电子和空穴两种载流子参与导电的器件；：由电子和空穴两种载

8、流子参与导电的器件；：由电子和空穴两种载流子参与导电的器件；：由电子和空穴两种载流子参与导电的器件；3 3 3 3复合型器件复合型器件复合型器件复合型器件：由单极型和双极型器件集成混合而成的器件。：由单极型和双极型器件集成混合而成的器件。：由单极型和双极型器件集成混合而成的器件。：由单极型和双极型器件集成混合而成的器件。第4页，共114页，编辑于2022年，星期一不可控器件n二极管是一种不可控器件，二极管在电路中常用VD表示。n结构简单、工作可靠，在整流、逆变电路中广泛应用；n工作原理：与普通的二极管一样以半导体PN结为基础；n外形：主要有螺栓型和平板型两种封装；n当PN结外加正向电压（正向偏

9、置）时，在外电路上则形成自P区流入而从N区流出的电流，称为正向电流IF，这就是PN结的正向导通状态；n当PN结外加反向电压时（反向偏置）时，反向偏置的PN结表现为高阻态，几乎没有电流流过，被称为反向截止状态。n从伏安特性可见，当阳极电压大于阴极电压0.7V时二极管导通,当施加反向电压值达到击穿电压时二极管被击穿。n利用二极管具有的单方向导电性，在电路中广泛用作：整流、箝位、隔离和续流。变流电路中用于整流和续流的二极管是功率二极管。PA ANKKc)JIb)A AKK第5页，共114页，编辑于2022年，星期一VDAKAKa)a)第6页，共114页，编辑于2022年，星期一 造成电力二极管和普通

10、二极管区别的一些因素：造成电力二极管和普通二极管区别的一些因素：造成电力二极管和普通二极管区别的一些因素：造成电力二极管和普通二极管区别的一些因素：垂直导电结构能提高电力二极管的通流能力；垂直导电结构能提高电力二极管的通流能力；垂直导电结构能提高电力二极管的通流能力；垂直导电结构能提高电力二极管的通流能力；为了提高反向耐压，其掺杂浓度低也造成正向压降较大为了提高反向耐压，其掺杂浓度低也造成正向压降较大为了提高反向耐压，其掺杂浓度低也造成正向压降较大为了提高反向耐压，其掺杂浓度低也造成正向压降较大；在高频电路中，在高频电路中，在高频电路中，在高频电路中，PN PN PN PN 结电容结电容结电容

11、结电容 C CJ J 对其工作性能会造成影响，对其工作性能会造成影响，对其工作性能会造成影响，对其工作性能会造成影响，使单向导电性变差；使单向导电性变差；使单向导电性变差；使单向导电性变差；电流密度大时，电流密度大时，电流密度大时，电流密度大时，引线和焊接电阻的压降等都有明显的影响，引线和焊接电阻的压降等都有明显的影响，引线和焊接电阻的压降等都有明显的影响，引线和焊接电阻的压降等都有明显的影响，其压降在其压降在其压降在其压降在 1V 1V 1V 1V 以上；以上；以上；以上；在使用中在使用中在使用中在使用中承受的电流变化率承受的电流变化率承受的电流变化率承受的电流变化率di/dtdi/dtdi

12、/dtdi/dt较大，因而其引线和器件较大，因而其引线和器件较大，因而其引线和器件较大，因而其引线和器件 自身的电感效应也会有较大影响。自身的电感效应也会有较大影响。自身的电感效应也会有较大影响。自身的电感效应也会有较大影响。第7页，共114页，编辑于2022年，星期一1.1.1.1.正向平均电流正向平均电流正向平均电流正向平均电流I I I IF(AV)F(AV)F(AV)F(AV)额定电流：在指定管壳温度（壳温，用额定电流：在指定管壳温度（壳温，用额定电流：在指定管壳温度（壳温，用额定电流：在指定管壳温度（壳温，用T T T TC C C C 表示）和散热条件下，表示）和散热条件下，表示）

13、和散热条件下，表示）和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。正向平均电流是正向平均电流是正向平均电流是正向平均电流是按照电流的发热效应按照电流的发热效应按照电流的发热效应按照电流的发热效应来定义的，因此使用时应按来定义的，因此使用时应按来定义的，因此使用时应按来定义的，因此使用时应按 有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。有效值相等的原则

14、来选取电流定额，并应留有一定的裕量。当采用反向漏电流较大的电力二极管时，其断态损耗造成的发热当采用反向漏电流较大的电力二极管时，其断态损耗造成的发热当采用反向漏电流较大的电力二极管时，其断态损耗造成的发热当采用反向漏电流较大的电力二极管时，其断态损耗造成的发热 效应也不小，不能忽视。效应也不小，不能忽视。效应也不小，不能忽视。效应也不小，不能忽视。电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数电力二极管的主要参数第8页，共114页，编辑于2022年，星期一2 2 2 2正向压降正向压降正向压降正向压降U UF F ：指器件在指定温度下，流过某一指定的稳态正向指器件在指定温度下，流

15、过某一指定的稳态正向指器件在指定温度下，流过某一指定的稳态正向指器件在指定温度下，流过某一指定的稳态正向 电流时所对应的正向压降。电流时所对应的正向压降。电流时所对应的正向压降。电流时所对应的正向压降。3 3 3 3反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压U URRMRRM：对器件所能重复施加的反向最高峰值对器件所能重复施加的反向最高峰值对器件所能重复施加的反向最高峰值对器件所能重复施加的反向最高峰值 电压，通常是其雪崩击穿电压电压，通常是其雪崩击穿电压电压，通常是其雪崩击穿电压电压，通常是其雪崩击穿电压U UB B的的的的2/32/32/32/3。使用时，往往按照电路

16、。使用时，往往按照电路。使用时，往往按照电路。使用时，往往按照电路 中电力二极管可能承受的反向最高峰值电压的两倍来选定中电力二极管可能承受的反向最高峰值电压的两倍来选定中电力二极管可能承受的反向最高峰值电压的两倍来选定中电力二极管可能承受的反向最高峰值电压的两倍来选定 。4.4.4.4.最高工作结温最高工作结温最高工作结温最高工作结温T TJMJM：结温是指管芯结温是指管芯结温是指管芯结温是指管芯PNPNPNPN结的平均温度，用结的平均温度，用结的平均温度，用结的平均温度，用T TJ J表示表示表示表示 T TJMJM是指在是指在是指在是指在PNPN结不损坏的前提下所能承受的最高平均温度，结不

17、损坏的前提下所能承受的最高平均温度，结不损坏的前提下所能承受的最高平均温度，结不损坏的前提下所能承受的最高平均温度，T TJMJM通常在通常在通常在通常在125125175175 C C范围之内。范围之内。范围之内。范围之内。5.5.5.5.反向恢复时间反向恢复时间反向恢复时间反向恢复时间t trrrr：t trrrr=t td d+t tf f 关断过程中，电流降到关断过程中，电流降到关断过程中，电流降到关断过程中，电流降到0 0 0 0起到恢复反向阻断能力止的时间。起到恢复反向阻断能力止的时间。起到恢复反向阻断能力止的时间。起到恢复反向阻断能力止的时间。6.6.6.6.浪涌电流浪涌电流浪涌

18、电流浪涌电流I IFSMFSM指器件所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。指器件所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。指器件所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。指器件所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流。第9页，共114页，编辑于2022年，星期一电力二极管的主要类型电力二极管的主要类型电力二极管的主要类型电力二极管的主要类型1.1.1.1.普通二极管普通二极管普通二极管普通二极管（整流二极管）（整流二极管）（整流二极管）（整流二极管）多用于开关频率不高于多用于开关频率不高于多用于开关频率不高于多用于开关频率不高于1kHz1kHz1kHz1kHz的整流电路中；

19、的整流电路中；的整流电路中；的整流电路中；其反向恢复时间较长，一般在其反向恢复时间较长，一般在其反向恢复时间较长，一般在其反向恢复时间较长，一般在 5 5 s s以上；以上；以上；以上；正向定额电流可达数千安、反向电压定额在数千伏以上；正向定额电流可达数千安、反向电压定额在数千伏以上；正向定额电流可达数千安、反向电压定额在数千伏以上；正向定额电流可达数千安、反向电压定额在数千伏以上；2.2.2.2.快恢复二极管快恢复二极管快恢复二极管快恢复二极管 反向恢复过程在反向恢复过程在反向恢复过程在反向恢复过程在 5 5 s s以下的二极管，也简称快速二极管；以下的二极管，也简称快速二极管；以下的二极管

20、，也简称快速二极管；以下的二极管，也简称快速二极管；从性能上又可分为快速恢复和超快速恢复两个等级：从性能上又可分为快速恢复和超快速恢复两个等级：从性能上又可分为快速恢复和超快速恢复两个等级：从性能上又可分为快速恢复和超快速恢复两个等级：快速恢复反向恢复时间为数百纳秒或更长；快速恢复反向恢复时间为数百纳秒或更长；快速恢复反向恢复时间为数百纳秒或更长；快速恢复反向恢复时间为数百纳秒或更长；超快速恢复则在超快速恢复则在超快速恢复则在超快速恢复则在 100ns100ns以下，甚至达到以下，甚至达到以下，甚至达到以下，甚至达到 2030ns2030ns；但其反向耐压多在但其反向耐压多在但其反向耐压多在但

21、其反向耐压多在400V400V400V400V以下；以下；以下；以下；3.3.3.3.肖特基二极管肖特基二极管肖特基二极管肖特基二极管 反向恢复时间更短（反向恢复时间更短（反向恢复时间更短（反向恢复时间更短（1040ns1040ns）反向耐压反向耐压反向耐压反向耐压200V200V以下以下以下以下第10页，共114页，编辑于2022年，星期一半控型器件n晶闸管晶闸管(SCR)n双向晶闸管双向晶闸管(TRIAC)第11页，共114页，编辑于2022年，星期一晶闸管晶闸管(SCR)n晶闸管的结构和符号晶闸管的结构和符号 n晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理 n晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性 第12

22、页，共114页，编辑于2022年，星期一晶闸管的结构和符号晶闸管的结构和符号 n晶闸管是在半导体二极管、三极管之后出现的一种新型的大功率半导体器件n它是一种可控制的硅整流元件，亦称可控硅。n外形有螺栓型和平板型两种封装型式；n引出阳极A、阴极K和门极G（控制端）三个联接端；n螺栓型封装，螺栓是其阳极，可与散热器紧密联接且安装方便；n平板型封装的晶闸管由两个散热器将其夹在中间。n晶闸管是由四层半导体构成的。图2-2a)所示为螺栓形晶闸管的内部结构，它主要由单晶硅薄片P1，N1，P2，N2四层半导体材料叠成，形成三个PN结。图2-2b)和c)分别为其示意图和表示符号。第13页，共114页，编辑于2

23、022年，星期一第14页，共114页，编辑于2022年，星期一第15页，共114页，编辑于2022年，星期一R RNPNNPNPNPPNPA AG GSK KEGI IG GE EA AI IK KI IC2C2I IC1C1I IA AV V1 1V V2 2P1A AG GK KN1P2P2N1N2a)a)双晶体管模型双晶体管模型 b)b)工作原理图工作原理图1 1 1 1正向电压：正向电压：正向电压：正向电压：J J2 2 结反向偏置结反向偏置结反向偏置结反向偏置，不导通；，不导通；，不导通；，不导通；2 2 2 2反向电压：反向电压：反向电压：反向电压：J J1 1、J J33结反向偏

24、置结反向偏置结反向偏置结反向偏置，不导通；，不导通；，不导通；，不导通；3 3 3 3在正向电压时注入在正向电压时注入在正向电压时注入在正向电压时注入I IGG：经经经经V V22放大产生放大产生放大产生放大产生 I IC2C2,形成形成形成形成V V1 1的基流的基流的基流的基流I Ib1b1，又经，又经，又经，又经 V V1 1 放大形成放大形成放大形成放大形成I IC1C1 注入注入注入注入V V2 2，最终最终最终最终形成正反馈，形成正反馈，形成正反馈，形成正反馈，晶闸管导通；晶闸管导通；晶闸管导通；晶闸管导通；4 4 4 4晶闸管导通后晶闸管导通后晶闸管导通后晶闸管导通后撤掉撤掉撤掉

25、撤掉I IGG，晶闸管仍维持导通；，晶闸管仍维持导通；，晶闸管仍维持导通；，晶闸管仍维持导通；5 5 5 5关断：关断：关断：关断：撤掉维持导通的正向电压或施加反向撤掉维持导通的正向电压或施加反向撤掉维持导通的正向电压或施加反向撤掉维持导通的正向电压或施加反向电压使其电压使其电压使其电压使其阳极电流阳极电流阳极电流阳极电流I IA A 下降到某一数值下降到某一数值下降到某一数值下降到某一数值以下，以下，以下，以下，晶闸管才能关断。晶闸管才能关断。晶闸管才能关断。晶闸管才能关断。6.6.触发触发触发触发、半控型器件半控型器件半控型器件半控型器件。第16页，共114页，编辑于2022年，星期一晶闸

26、管的工作原理晶闸管的工作原理n起始时若控制极不加电压，则不论阳极加正向电压还是反向电压，晶闸管均不导通，这说明晶闸管具有正、反向阻断能力。n晶闸管的阳极和控制极同时加正向电压时晶闸管才能导通，这是晶闸管导通必须同时具备的两个条件。n在晶闸管导通之后，其控制极就失去控制作用。欲使晶闸管恢复阻断状态，必须把阳极正向电压降低到一定值(或断开，或反向)。所以说晶闸管是控制导通而不控制关断的半控器件。n晶闸管的PN结可通过几十至几百安的电流，因此它是一种大功率的半导体器件。n由于晶闸管导通时，相当于两只三极管饱和导通，因此，阳极与阴极问的管压降为1V左右，而电源电压几乎全部分配在负载电阻RL上。第17页

27、，共114页，编辑于2022年，星期一 其他几种可能导通的情况：其他几种可能导通的情况：其他几种可能导通的情况：其他几种可能导通的情况：阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应；阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应；阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应；阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应；阳极电压上升率阳极电压上升率阳极电压上升率阳极电压上升率d d d du u u u/d/d/d/dt t t t过高；过高；过高；过高；结温较高；结温较高；结温较高；结温较高；光直接照射硅片，即光触发。可用此方式制成光触发晶闸管，可光直接照射硅片，即光触发。可用此方式制成光触发晶闸管，可光直接照射硅片

28、，即光触发。可用此方式制成光触发晶闸管，可光直接照射硅片，即光触发。可用此方式制成光触发晶闸管，可保证控制电路与主电路之间的良好绝缘，应用于高压电力设备中；保证控制电路与主电路之间的良好绝缘，应用于高压电力设备中；保证控制电路与主电路之间的良好绝缘，应用于高压电力设备中；保证控制电路与主电路之间的良好绝缘，应用于高压电力设备中；只有门极触发（包括光触发）是最精确、迅速而可靠的控只有门极触发（包括光触发）是最精确、迅速而可靠的控只有门极触发（包括光触发）是最精确、迅速而可靠的控只有门极触发（包括光触发）是最精确、迅速而可靠的控制手段。制手段。制手段。制手段。第18页，共114页，编辑于2022年

29、，星期一1 1 1 1正向特性：正向特性：正向特性：正向特性：器件施加正向电压，器件施加正向电压，器件施加正向电压，器件施加正向电压，I IGG=0=0 时，正向阻断状态，只有很小的时，正向阻断状态，只有很小的时，正向阻断状态，只有很小的时，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正向转折电压正向漏电流流过；正向电压超过临界极限正向转折电压正向漏电流流过；正向电压超过临界极限正向转折电压正向漏电流流过；正向电压超过临界极限正向转折电压U Ubobo，则漏电流，则漏电流，则漏电流，则漏电流 急剧增大，器件开通；急剧增大，器件开通；急剧增大，器件开通；急剧增大，器件开通；随着

30、门极电流幅值的增大，随着门极电流幅值的增大，随着门极电流幅值的增大，随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低；正向转折电压降低；正向转折电压降低；正向转折电压降低；导通后其特性和二极管的导通后其特性和二极管的导通后其特性和二极管的导通后其特性和二极管的 正向特性相仿，压降很小，正向特性相仿，压降很小，正向特性相仿，压降很小，正向特性相仿，压降很小，在在在在1V1V左右；左右；左右；左右；导通后，当导通后，当导通后，当导通后，当I IGG0 0且且且且I IA A降至降至降至降至 接近于零的某一数值接近于零的某一数值接近于零的某一数值接近于零的某一数值 I IHH以以以以 下，晶闸管又回到正向阻

31、断下，晶闸管又回到正向阻断下，晶闸管又回到正向阻断下，晶闸管又回到正向阻断 状态。状态。状态。状态。I IHH称为维持电流。称为维持电流。称为维持电流。称为维持电流。在额定结温和控制极断开的条件下，阳在额定结温和控制极断开的条件下，阳在额定结温和控制极断开的条件下，阳在额定结温和控制极断开的条件下，阳-阴极阴极阴极阴极间加正弦半波正向电压，使元件由阻断状态发间加正弦半波正向电压，使元件由阻断状态发间加正弦半波正向电压，使元件由阻断状态发间加正弦半波正向电压，使元件由阻断状态发生正向转折，变成导通状态所对应的电压峰值，生正向转折，变成导通状态所对应的电压峰值，生正向转折，变成导通状态所对应的电压

32、峰值，生正向转折，变成导通状态所对应的电压峰值，称为正向转折电压，用称为正向转折电压，用称为正向转折电压，用称为正向转折电压，用U Ubobo表示。表示。表示。表示。晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性第19页，共114页，编辑于2022年，星期一2 2 2 2反向特性：反向特性：反向特性：反向特性：器件上施加反器件上施加反器件上施加反器件上施加反 向电压，其特性类似二极向电压，其特性类似二极向电压，其特性类似二极向电压，其特性类似二极 管反向特性；管反向特性；管反向特性；管反向特性；3 3 3 3门极伏安特性：门极伏安特性：门极伏安特性：门极伏安特性：门极和阴门极和阴门极和阴门极和阴 极之间的伏

33、安特性称为门极之间的伏安特性称为门极之间的伏安特性称为门极之间的伏安特性称为门 极伏安特性；极伏安特性；极伏安特性；极伏安特性；门极触发电流是通过在门门极触发电流是通过在门门极触发电流是通过在门门极触发电流是通过在门 极和阴极之间施加触发电极和阴极之间施加触发电极和阴极之间施加触发电极和阴极之间施加触发电 压而产生的，阴极是晶闸压而产生的，阴极是晶闸压而产生的，阴极是晶闸压而产生的，阴极是晶闸 管主电路与控制电路的公管主电路与控制电路的公管主电路与控制电路的公管主电路与控制电路的公 共端；共端；共端；共端；为保证安全可靠的触发，触发电路所提供的触发电压、电流和功率为保证安全可靠的触发，触发电路

34、所提供的触发电压、电流和功率为保证安全可靠的触发，触发电路所提供的触发电压、电流和功率为保证安全可靠的触发，触发电路所提供的触发电压、电流和功率 应限制在可靠触发区中。应限制在可靠触发区中。应限制在可靠触发区中。应限制在可靠触发区中。第20页，共114页，编辑于2022年，星期一2.3.2 2.3.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性动态特性动态特性晶闸管的开通和关断过程波形晶闸管的开通和关断过程波形晶闸管的开通和关断过程波形晶闸管的开通和关断过程波形关断时间关断时间关断时间关断时间t tq qt trrrrt tgrgr上升时间tr延迟时间td开通时间tgt反向阻断恢复 时间trr正向阻断恢

35、复 时间tgr第21页，共114页，编辑于2022年，星期一1 1开通过程开通过程开通过程开通过程延迟时间延迟时间延迟时间延迟时间t td d：从：从：从：从I IGG阶跃起，到阶跃起，到阶跃起，到阶跃起，到 I IAA上升到稳态值的上升到稳态值的上升到稳态值的上升到稳态值的10%10%的时间；的时间；的时间；的时间；上升时间上升时间上升时间上升时间trtr：I IAA从从从从10%10%上升到稳态值的上升到稳态值的上升到稳态值的上升到稳态值的90%90%所需的时间；所需的时间；所需的时间；所需的时间；开通时间开通时间开通时间开通时间t tgtgt：t tgtgt=t td d+t tr r

36、普通晶闸管延迟时间为：普通晶闸管延迟时间为：普通晶闸管延迟时间为：普通晶闸管延迟时间为：0.51.50.51.5 s s，上升时间为：，上升时间为：，上升时间为：，上升时间为：0.530.53 s s。第22页，共114页，编辑于2022年，星期一2 2关断过程关断过程关断过程关断过程反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间反向阻断恢复时间t trrrr：正向电流降为零到反向正向电流降为零到反向正向电流降为零到反向正向电流降为零到反向恢复电流衰减至接近于恢复电流衰减至接近于恢复电流衰减至接近于恢复电流衰减至接近于零的时间；零的时间；零的时间；零的时间；正向阻断恢复时间正向阻断恢复时间正

37、向阻断恢复时间正向阻断恢复时间t tgrgr：晶闸管要恢复其对正向晶闸管要恢复其对正向晶闸管要恢复其对正向晶闸管要恢复其对正向电压的阻断能力还需要电压的阻断能力还需要电压的阻断能力还需要电压的阻断能力还需要的一段时间；的一段时间；的一段时间；的一段时间；关断时间关断时间关断时间关断时间tqtq：t tq q=t trrrr+t tgrgr 约几百微秒约几百微秒约几百微秒约几百微秒 普通晶闸管的在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶普通晶闸管的在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶普通晶闸管的在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶普通晶闸管的在正向阻断恢

38、复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新导通。闸管会重新导通。闸管会重新导通。闸管会重新导通。实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复实际应用中，应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使晶闸管充分恢复其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作。其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作。其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作。其对正向电压的阻断能力，电路才能可靠工作。第23页，共114页，编辑于2022年，星期一晶闸管的主要参数晶闸管的主

39、要参数一电压定额一电压定额一电压定额一电压定额 1 1 1 1断态重复峰值电压断态重复峰值电压断态重复峰值电压断态重复峰值电压U UDRMDRM：在门极断路而结温为额定值时，允许在门极断路而结温为额定值时，允许在门极断路而结温为额定值时，允许在门极断路而结温为额定值时，允许 重复加在器件上的正向峰值电压。重复加在器件上的正向峰值电压。重复加在器件上的正向峰值电压。重复加在器件上的正向峰值电压。2 2 2 2反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压U URRMRRM：在门极断路在门极断路在门极断路在门极断路 而结温为额定值时，允许重复加在器件而结温为额定值时，允许重复加在

40、器件而结温为额定值时，允许重复加在器件而结温为额定值时，允许重复加在器件 上的反向峰值电压。上的反向峰值电压。上的反向峰值电压。上的反向峰值电压。3 3 3 3通态（峰值）电压通态（峰值）电压通态（峰值）电压通态（峰值）电压U UTMTM：晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的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。瞬态峰值电压。瞬态峰值电压。瞬态峰值电压。4 4 4 4额定电压：额定电压：额定电压：额定电压：取晶闸管的取晶闸管的取晶闸管的取晶闸管的U UDRMDRM和和和和U U

41、RRMRRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用中较小的标值作为该器件的额定电压。选用中较小的标值作为该器件的额定电压。选用中较小的标值作为该器件的额定电压。选用 晶闸管时，额定电压要留有一定裕量。晶闸管时，额定电压要留有一定裕量。晶闸管时，额定电压要留有一定裕量。晶闸管时，额定电压要留有一定裕量。在选用晶闸管时：在选用晶闸管时：在选用晶闸管时：在选用晶闸管时：取额定电压为晶闸管正常工作时所承受峰值电压的取额定电压为晶闸管正常工作时所承受峰值电压的取额定电压为晶闸管正常工作时所承受峰值电压的取额定电压为晶闸管正常工作时所承受峰值电压的 2 2 2 23 3 3 3 倍。倍。倍。倍。第24页，

42、共114页，编辑于2022年，星期一二电流定额：二电流定额：二电流定额：二电流定额：11通态平均电流通态平均电流通态平均电流通态平均电流I IT(AVT(AV)：（额定电流）（额定电流）（额定电流）（额定电流）在在在在环环环环境境境境温温温温度度度度为为为为4040 C C和和和和规规规规定定定定的的的的冷冷冷冷却却却却状状状状态态态态下下下下，稳稳稳稳定定定定结结结结温温温温不不不不超超超超过过过过额额额额定定定定结结结结温温温温时时时时所所所所允允允允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。许流过的最大工频正弦半波电

43、流的平均值。2 2 2 2维持电流维持电流维持电流维持电流 I IHH使晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安；使晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安；使晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安；使晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安；维持电流维持电流维持电流维持电流 I IHH与结温有关，结温越高，则与结温有关，结温越高，则与结温有关，结温越高，则与结温有关，结温越高，则I IHH越小。越小。越小。越小。3 3 3 3擎住电流擎住电流擎住电流擎住电流 I IL L晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需晶闸管刚从断态转入

44、通态并移除触发信号后，能维持导通所需晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流；的最小电流；的最小电流；的最小电流；对同一晶闸管来说，通常对同一晶闸管来说，通常对同一晶闸管来说，通常对同一晶闸管来说，通常 I ILL约为约为约为约为 I IHH的的的的2 244倍。倍。倍。倍。4 4 4 4浪涌电流浪涌电流浪涌电流浪涌电流I ITSMTSM指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性指由于电路异常情况引

45、起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。最大正向过载电流。最大正向过载电流。最大正向过载电流。第25页，共114页，编辑于2022年，星期一三、动态参数：三、动态参数：三、动态参数：三、动态参数：除开通时间除开通时间除开通时间除开通时间t tgtgt和关断时间和关断时间和关断时间和关断时间t tqq外，还有外，还有外，还有外，还有1 1 1 1断态电压临界上升率断态电压临界上升率断态电压临界上升率断态电压临界上升率du/dtdu/dt 指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶

46、闸管从断态到通指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通 态转换的外加电压最大上升率。态转换的外加电压最大上升率。态转换的外加电压最大上升率。态转换的外加电压最大上升率。在阻断的晶闸管两端施加的电压具有正向的上升率时，相当于在阻断的晶闸管两端施加的电压具有正向的上升率时，相当于在阻断的晶闸管两端施加的电压具有正向的上升率时，相当于在阻断的晶闸管两端施加的电压具有正向的上升率时，相当于一个电容的一个电容的一个电容的一个电容的J J22结会有充电电流流过，被称为位移电流。此电流结会有充电电流流过，被称为位移电流。此电流结会有充电电流流过，被称为位移电流。此电流结会有充电电流流过，被称为

47、位移电流。此电流流经流经流经流经J J33结时，起到类似门极触发电流的作用。如果电压上升率结时，起到类似门极触发电流的作用。如果电压上升率结时，起到类似门极触发电流的作用。如果电压上升率结时，起到类似门极触发电流的作用。如果电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。2 2 2 2通态电流临界上升率通态电流临界上升率通态电流临界上升率通态电流临界上升率di/dtdi/dt 规定条件下，器件能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。规定条件下，器件能承受而无

48、有害影响的最大通态电流上升率。规定条件下，器件能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。规定条件下，器件能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。如果电流上升过快，晶闸管刚一开通，便会有很大的电流集中如果电流上升过快，晶闸管刚一开通，便会有很大的电流集中如果电流上升过快，晶闸管刚一开通，便会有很大的电流集中如果电流上升过快，晶闸管刚一开通，便会有很大的电流集中 在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而使晶闸管损坏。在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而使晶闸管损坏。在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而使晶闸管损坏。在门极附近的小区域内，从而造成局部过热而使晶闸管损坏。第26页，共114页，编

49、辑于2022年，星期一双向晶闸管双向晶闸管(TRIAC)n双向晶闸管也称双向三极半导体开关元件(Bidirectional Triode Thyristor)n它和单向晶闸的区别是：第一，它在触发之后是双向导通的；第二，在门极中所加的触发信号不管是正的还是负的都可以使双向晶闸管导通。双向晶闸管可看作由两个单间晶闸管反向并联组成。第27页，共114页，编辑于2022年，星期一n双向晶闸管的特性和单向晶闸管的正向特性有点相近；只不过多了一个完全相同的反向特性而已，可见双向晶闸管具有双向导通及控制的性质。n图2-5中给出的是第一、三象限的伏安特性，在这两个象限中，双向晶闸管能够实现最可靠触发导通。而

50、第二、四象限一般是不用于触发工作。n双向晶闸管可以用作固态继电器、过零开关等。作为交流开关它有很广泛的应用。第28页，共114页，编辑于2022年，星期一第29页，共114页，编辑于2022年，星期一晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件,还包括：还包括：一一一一快速晶闸管快速晶闸管快速晶闸管快速晶闸管（FastSwitchingThyristorFST)FastSwitchingThyristorFST)专为快速应用而设计的晶闸管，有快速晶闸管和高频晶闸管。专为快速应用而设计的晶闸管，有快速晶闸管和高频晶闸管。专为快速应用而设计的晶闸管，有快速晶闸管和高频晶闸管。专为快速应用而设计的晶闸管，有快速