电力电子器件与应用

（一） 电力二极管

结构

基本特性

静态特性 伏安特性

动态特性 零偏置、正向偏置、反向偏置三种形态转换时，伏安特性随时间变化。

主要参数与选型参考依据

正向平均电流 IF，其有效值为1.57IF。选择二极管时，应按照有效值选取。

正向电压降 UF，一般选取压降小的二极管，以降低损耗。

反向重复峰值电压 URRM 按2×URRM选择电力二极管，URRM通常是不重复反向峰值电压HRSM的2M3。

反向平均­­­­­漏电流IRR，也称反向重复平均电流，是URRM下的平均漏电流。

反向恢复时间trr。

主要类型

普通二极管、整流二极管

快速恢复二极管trr5us 快速外延二极管trr50ns

肖特基二极管trr10～40ns 用于200V以下的电路中

晶闸管及派生器件

晶闸管（SCR）又称可控硅，在高电压、大电流的应用场合，SCR是无可替代的器件。在大容量、低频的电力电子装置中仍占主导地位。性能优良的晶闸管派生器件，如快速、双向、逆导、门极可关断及光控等晶闸管。

晶闸管的结构和工作原理

只有晶闸管阳极和门极同时承受正向电压时，晶闸管才能导通，两者缺一不可。

晶闸管一旦导通后，门极将失去控制作用，门极电压对管子以后的导通与关断均不起作用，故门极控制电压只要是有一定宽度的正向脉冲电压即可，这个脉冲称为触发脉冲。

要使已导通的晶闸管关断，必须使阳极电流降低到某一个数值以下。这可通过增加负载电阻降低阳极电流，使其接近于0。另外，也可以施加反向阳极电压来实现。

2 晶闸管的基本特性

（1）静态特性 伏安特性

①晶闸管的阳极伏安特性

②门极伏安特性 门极伏安特性区的上限，分别用门极正向峰值电压UFGM、门极正向峰值电流IFGM、门极峰值功率PGM来表征。门极触发也有一个灵敏度问题，正向门极电压必须大于门极触发电压UGT，正向门极电流必须大于门极触发电流IGT。

晶闸管的动态特性

晶闸管的开通特性 门极开通，即在正向阳极电压的条件下，门极施加正向触发信号使晶闸管导通，这种开通为正常开通。

3.晶闸管的主要参数

晶闸管的电压参数

断态不重复峰值电压UDSM

断态重复峰值电压UDRM 规定UDRM为UDSM的90%。

反向不重复峰值电压URSM

反向重复峰值电压URRM 规定URRM为URSM的90%。

额定电压 UR是指断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM两者中，较小的一个电压值。选用晶闸管时，应该使其额定电压为正常工作电压峰值UM的2～3倍，以作为安全裕量。 UR=（2～3）UM

通态峰值电压UTM 是指额定电流时管子导通的管压降峰值，一般为1.5～2.5V，且随阳极电流增加而略微增加。额定电流时的通态平均电压降一般为1V左右。

晶闸管的电流参数

通态平均电流 IT（AV） 晶闸管的通态平均电流，定义为晶闸管的额定电流。 对于同一个有效值，不同的电流波形，它们的平均值也不同，因此选用一个晶闸管时，要根据所使用的具体电流波形来计算出允许使用的电流平均值。有效值与平均值的比，称为波形系数，即 I=KfId≈1.57IT(AV)

维持电流IH 是指晶闸管维持导通所必须的最小电流。

擎住电流IL 擎住电路比维持电流大2～4倍。

浪涌电流ITSM 是指在规定条件下，工频正弦半周期内允许的最大过载峰值电流。

(3)其他参数

断态电压临界上升率duMdt 为了限制duMdt上升率，一般在晶闸管阳极与阴极之间并联一个RC阻容缓冲电路，利用电容两端电压不能突跳的特点，来限制电压的上升率。

断态电流临界上升率diMdt 为了限制电路电流上升率，可在阳极主电路中串入一个小电路，用于限制diMdt过大。

门极触发电流IGT和门极触发电压UGT 为了保证变流装置的触发电路对同类晶闸管都能正常触发，要求触发电路提供的触发电流、触发电压值，适当大于标准规定的IGT和UGT上限值，但不能超过门极所规定的各种参数的极限峰值。

4 晶闸管的门极驱动电路

晶闸管是可控制的器件，其正向开通完全通过提供足够大的门极控制信号来实现的。

对晶闸管门极触发脉冲的要求 常用的触发信号波形，门极脉冲驱动电路应满足以下要求：

触发脉冲的形式 触发脉冲的形式可以是交流、直流或脉冲形式，它只能在晶闸管阳极加正向电压时起作用。

触发脉冲应有足够大的功率

触发脉冲的宽度 一般应保证晶闸管阳极电流在触发信号消失前能达到擎住电流，使晶闸管维持导通，这一脉宽是最小允许宽度，但不能持续到器件承受反电压以后。脉冲宽度和变流装置及主电路的形式有关。

触发脉冲前沿幅值及其上升率 触发脉冲前沿有足够大幅值和上升率

触发脉冲的移相范围 与主电路的形式、负载性质和变流装置的用途有关。

触发脉冲与主电路电源电压同步 触发脉冲与主电路电源保持恒定关系称为同