浅谈门极可关断!"#$%
晶闸管的&硬驱动’技术西安石油学院
李宏
摘要(文章介绍了门极可关断"#$晶闸管的&硬驱动’技术之优点)分析了&硬驱动’技术作用下"#$晶闸管的工作特点)剖析了&硬驱动’条件下"#$的关断波形)
给出了&硬驱动’门极电路的典型结构*关键词("#$晶闸管
硬驱动
门极电路
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J K C 02180(#L M N O P N H Q N I M G R L N S OO S E P M Q M T L H G U G I V R G S "#$Q L V S E W Q G S E W O E W T X W W M OE HQ L E W Y N Y M S Z [G Q G H U V Q L M "#$Q L V S E W Q G S \W ]G S ^E H I Y N S Q E T X U N S E Q V X H O M S Q L M L N S O O S E P M Q M T L H G U G I V _X Q N U W G Q L M Q X S H G R R ]N P M W W L N Y M G R "#$Q L V S E W Q G S X H O M S Q L M L N S O O S E P M T G H O E Q E G H N S M N H N U V W M O Z ‘X S Q L M S Q L M Q V Y E T N U W Q S X T Q X S M G R L N S O O S E P M I N Q M T E S T X E Q E W N U a W GI E P M H
Z b -3c 526C ("#$Q L V S E W Q G S L N S OO S E P M I N Q M T E S T X E Q
d 引言
门极可关断"#$晶闸管是如今人类可以使
用的容量仅次于普通晶闸管的电力半导体器件)它应用的关键技术之一是其门极驱动电路的设计*门极驱动电路设计不好)常常造成"#$晶闸管的损坏)门极驱动电路的复杂性)严重制约了"#$晶闸管的大面积应用)其主要原因是过去使用的"#$晶闸管门极驱动电路的下述固有不足所决定*
d %应用传统的门极驱动电路驱动"#$晶闸管时)造成大容量"#$晶闸管内部数个并联的小"#$晶闸管开通过程中先是局部几个单元开通)然后等离子体在整个芯片内向边沿扩展*横向扩展使阳极电流上升率限制在O
e
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g
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i
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l W 内*最初较高的电流上升率可能使最先导通的区域过载而导致器件损坏)因此必须采用较大的抑制电感来限制电流上升率*
m %为获得数值为n oi 的合理关断增益)对于"#$晶闸管响应时间来说只能施加较小的门极电流)从而导致其存储时间过长!约m j l W %)造成关断不同步)O p f O g 耐量低)并需要体积庞大的吸收电容*
正是由于这些原因)采用传统&软驱动’技术的"#$晶闸管应用中的最高开关频率一般限制在n j j o i j j F q )同时因门极驱动电路造成串联元件的关断时间不同而难于串联使用*为解决这些棘手的问题)促使了&硬驱动’门极驱动技术的发展)并已证明双极型器件的门极&硬驱动’能够改善其关断特性)
使被&硬驱动’的器件开关速度比r$s ‘t #和u "v #的开关速度快得多)
损耗也低得多*本文介绍有关&硬驱动’的一些问题*
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硬驱动’门极驱动技术简介m Z d &
硬驱动’门极驱动技术的优点所谓"#$晶闸管的&硬驱动’是指在"#$晶闸管关断过程中的短时间内)给其门阴极加以上升率O e "f O g 及幅值都很大的驱动信号)目前&硬驱动’技术已能用于大功率"#$晶闸管的门极驱动)它能向n j j j k "#$晶闸管提供足够的门极关断电流)在O e f O g wn j j j k f l W 的条件下其关断驱动电流x S I y
wn j j j k )可将被驱动"#$晶闸管的存储时间降至hm l W zd j j H W *几乎做到了同步开关)从而获得方形安全工作区和器件的无吸收工作)使"#$晶闸管的工作状况几乎可与
u "v #相媲美*&硬驱动’技术的优点表现在以下几方面*
d %可使被驱动器件的存储时间下降至d l W
左右或基本得以消除*驱动多个并联或串联的器件时)可使各器件存储时间的差异h d l W )使"#$晶闸管的各个参数例如最大关断电流将像希望的一样与器件面积成正比)因此无需大的吸收电容或复杂的O e f O g
抑制电路及调时电路和O p f O g
抑制用吸收电容*j
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过其额定值&系统设计者可根据应用要求在开通频率和功率控制能力之间加以选择&以达到一种合适的组合’
("不受#$%晶闸管的等级和型号的限制&这极大地方便了设备的制作和维护&因为串联电路上的器件无需具备一致的存储时间’可使许多#$%晶闸管开关的应用问题得以解决&同时降低了损耗&改善了性能’!)!*硬驱动+门极技术作用下#$%晶闸管的
工作过程分析!)!),关断过程
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5见图,所示"’应当控制强关断脉冲的幅值&以避免在门阴结中产生雪崩击穿’由于主阻断结空间电荷区扩展形成的位移电流将叠加到阳极电流中&所以门极峰值电流有可能超过阳极电流&但关断增益仍接近于,’门极电流脉宽仅需!34&其能
量与普通门极驱动电路相当’
的性能比较
参数
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开通-./-0
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"811(111开通损耗@A 6
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分析图!是普通(1112/78119采用常规门极驱动条件下额定吸收电容为:3F 的#$%52G G 公司的型号为8H #2(1I 781!"晶闸管采用*硬驱动+使关断过程改善后的特性’这时器件很容易关断两倍于额定值的关断电流’
设计时应使其电感最小值化!"#为杂散电感
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动’技术的比较!由图+可见采用&
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浅谈门极可关断(GTO)晶闸管的"硬驱动"技术
作者：李宏
作者单位：西安石油学院
刊名：
电气传动
英文刊名：ELECTRIC DRIVE
年，卷(期)：2001，31(6)
被引用次数：2次
参考文献(4条)
1.张立现代电力电子技术 1992
2.李宏晶闸管触发器集成电路实用技术大全 1999
3.李宏电力电子设备常用电力半导体器件和模块使用技术 1999
4.西安电力电子研究所最新功率器件专辑 1999
相似文献(2条)
1.会议论文李宏.于苏华浅谈门极可关断(GTO)晶闸管的“硬驱动”技术2001
本文介绍了门极可关断GTO晶闸管的“硬驱动”技术之优点,分析了“硬驱动”技术作用下GTO晶闸管的工作特点,剖析了“硬驱动”条件下
,GTO的关断波形,给出了“硬驱动”门极电路的典型结构.
2.期刊论文刘建芳.张彦军谈门级可关断晶闸和(GTO)的驱动电路-吉林化工学院学报2003,20(1)
分析了传统驱动电路和"硬驱动"技术作用下GTO晶闸管的工作特点,并对两种电路的性能进行了比较,阐述了"硬驱动"所具有的优点,给出了传统驱动电路和"硬驱动"门极电路的典型结构.
引证文献(2条)
1.郭一军一种可关断晶闸管(GTO)直接门极驱动电路的研究[期刊论文]-化工自动化及仪表 2008(5)
2.张婵.童亦斌.金新民IGCT及其门极驱动电路研究[期刊论文]-变流技术与电力牵引 2007(2)
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实验一 晶闸管的简易测试及其导通、关断条件 一、实验目的： 1.观察晶闸管的结构，掌握晶闸管测试的正确方法； 2.研究晶闸管的导通条件； 3.研究晶闸管的关断条件。 二、实验所需挂件及附件 1. TH-DD 实验台电源控制屏； 2. DJK02三相变流桥路挂箱； 3.直流电压、电流表。 三、实验线路及原理 图1-1 晶闸管的简易测试及其导通、关断条件实验线路图 四、实验内容 1. 晶闸管导通条件的测试。 2. 晶闸管关断条件的测试。 3. 测试参数：触发电流（Ig ）；维持电流（I H ）；晶闸管导通压降（U AK ）；触发电 平。 12V
五、预习要求 1.阅读半导体变流技术教材中有关晶闸管导通与关断条件的内容。 2.掌握晶闸管导通与关断时参数的测定方法。 六、实验方法 1.选用DJK02挂件三相变流桥路上的一个晶闸管，按图1-1完成实验线路的连接。 其中电源采用实验台控制屏上的12V直流电源。 2.导通实验：先将电阻R1置最大值，R2置最小值，然后接通电源，缓慢调节 R1使门极与阴极回路的触发电流逐渐增大，同时注意电压表和电流表的读书 变化，当电压表上有电压值显示时，说明晶闸管已经触发导通，此时的电流表 读数为出发电流（Ig）记录之；同时测出晶闸管的导通压降（U AK）；触发电平 （U KG）。 将触发回路断开，观察主回路的导通情况并记录之。 3.关断实验：恢复断开的触发回路，调节R2使电压表读数下降，并注意仔细观 察电压表读数的变化，当电压表的读数从某个值突然降到零时，晶闸管已经关 断，此时主回路的电流即为维持电流（I H）。 七、实验报告 1.根据实验记录判断被测晶闸管的好坏，写出简易的判断方法。 2.根据实验结果说明晶闸管的导通及关断条件 八、注意事项 1.正确连接实验线路。同组同学互查一遍，通电实验前，应由指导教师检查一 遍，方可开始实验。 2.注意正确选择测量数据所需的仪表，合理选择测量档位。 3.电压源在连接的时候注意正负极性，防止电源短路。
第1章电力电子器件 填空题： 1.电力电子器件一般工作在________状态。 2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为________，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为________。 3.电力电子器件组成的系统，一般由________、________、________三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加________。 4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为________、________、________三类。 5.电力二极管的工作特性可概括为________。 6.电力二极管的主要类型有________、________、________。 7.肖特基二极管的开关损耗________快恢复二极管的开关损耗。 8.晶闸管的基本工作特性可概括为 ____ 正向有触发则导通、反向截止 ____ 。 9.对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流I L在数值大小上有I L________I H。 10.晶闸管断态不重复电压U DRM与转折电压U bo数值大小上应为，U DRM________Ubo。 11.逆导晶闸管是将________与晶闸管________（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。 12.GTO的________结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。 13.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为________。 14.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的________、前者的饱和区对应后者的________、前者的非饱和区对应后者的________。 15.电力MOSFET的通态电阻具有________温度系数。 16.IGBT 的开启电压U GE（th）随温度升高而________，开关速度________电力MOSFET 。 17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是________。 18.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为________和________两类。 19.为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是________。 20.GTR的驱动电路中抗饱和电路的主要作用是________。 21.抑制过电压的方法之一是用________吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。在过电流保护中，快速熔断
第一章 填空题： 1.电力电子器件一般工作在_开关__状态。 2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为_通态损耗_，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为_开关损耗。 3.电力电子器件组成的系统，一般由_主电路_、_驱动电路_、_控制电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路_。 4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为单极型器件、双极型器件、复合型器件三类。 5.电力二极管的工作特性可概括为单向导通。 6.电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。 7.肖特基二极管的开关损耗__小于_快恢复二极管的开关损耗。 8.晶闸管的基本工作特性可概括为正向有触发则导通、反向截止。（SCR晶闸管） 9.对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流I L在数值大小上有I L_大于I H。（I L=2~4I H） 10.晶闸管断态不重复电压U DRM与转折电压U bo数值大小上应为，U DRM_小于_Ubo。 11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。 12.GTO的__阴极和门极在器件内并联_结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。（GTO门极可关断晶闸管） 13.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为_二次击穿_ 。 14.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的_放大区_、前者的非饱和区对应后者的_饱和区_。 15.电力MOSFET的通态电阻具有正温度系数。（MOSFET场效应晶体管、GTR电力晶体管、IGBT绝缘栅双极型 16.IGBT 的开启电压U GE（th）随温度升高而_略有下降_，开关速度_低于_电力MOSFET 。晶体管） 17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是智能功率集成电路。 18.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为电压驱动和电流驱动两类。 19.为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是负脉冲_。 20.GTR的驱动电路中抗饱和电路的主要作用是使基极驱动电流不进入放大区和饱和区。 21.抑制过电压的方法之一是用储能元件吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。在过电流保护中，快速熔断器的全保护适用于小功率装置的保护。 22.功率晶体管缓冲保护电路中的二极管要求采用快恢复型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。 23.晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是_静态均压_措施，给每只管子并联RC支路是动态均流措施，当需同时串联和并联晶闸管时，应采用_先串后并_的方法。 24.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有负温度系数,在1/2或1/3额定电流以上区段具有正温度系数。 25.在如下器件：电力二极管（Power Diode）、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（电力MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，属于不可控器件的是_电力二极管_，属于半控型器件的是_晶闸管_，属于全控型器件的是GTO（门极可关断晶闸管）、GTR（电力晶体管）、电力MOSFET（电力场效应管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）；属于单极型电力电子器件的有电力MOSFET（电力场效应管），属于双极型器件的有晶闸管（SCR）、GTO（门极可关断晶闸管）、GTR（电力晶体管）、电力二极管，属于复合型电力电子器件得有IGBT（绝缘栅双极型晶体管）；在可控的器件中，容量最大的是GTO（门极可关断晶闸管），工作频率最高的是IGBT（绝缘栅双极型晶体管），属于电压驱动的是电力MOSFET（电力场效应管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管），属于电流驱动的是晶闸管（SCR）、GTO（门极可关断晶闸管）、GTR（电力晶体管）、电力二极管。1.应用电力电子器件的系统组成如题图1-27所示，试说明其中各个电路的作用？（单复合型电压型，双型为电流型） 主电路：实现系统的系统功能。 保护电路：防止电路的电压或电流的过冲对系统的破坏。 驱动电路：将信息电子电路传递过来的信号按照控制目标的 要求转换成使电力电子器件开通或关断的信号，此信号加在器件 的控制端和公共端之间，对半控型器件只需要提供开通信号。 检测电路：检测主电路和应用现场的信号，再根据这些信号
晶闸管(SCR)原理 作者：时间：2007-12-17 来源:电子元器件网浏览评论推荐给好友我有问题个性化定制关键词：晶闸管半导体材料 晶闸管(thyristor)是硅晶体闸流管的简称，俗称可控硅（SCR），其正式名称应是反向阻断三端晶闸管。除此之外，在普通晶闸管的基础上还派生出许多新型器件，它们是工作频率较高的快速晶闸管(fast switching thyristor，FST)、反向导通的逆导晶闸管(reverse conducting thyristor，RCT)、两个方向都具有开关特性的双向晶闸管(TRIAC)、门极可以自行关断的门极可关断晶闸管（gate turn off thyristor，GTO）、门极辅助关断晶闸管(gate assisted turn off thytistor，GATO)及用光信号触发导通的光控晶闸管(light controlled thyristor，LTT)等。 一、结构与工作原理 晶闸管是三端四层半导体开关器件，共有3个PN结，J1、J2、J3，如图1(a)所示。其电路符号为图1(b)，A(anode)为阳极，K(cathode)为阴极，G(gate)为门极或控制极。若把晶闸管看成由两个三极管T1(P1N1P2)和T2(N1P2N2)构成，如图1(c)所示，则其等值电路可表示成图1(d)中虚线框内的两个三极管T1和T2。对三极管T1来说，P1N1为发射结J1，N1P2为集电结J2；对于三极管T2，P2N2为发射结J3，N1P2仍为集电结J2；因此J2（N1P2）为公共的集电结。当A、K两端加正电压时，J1、J3结为正偏置，中间结J2为反偏置。当A、K两端加反电压时，J1、J3结为反偏置，中间结J2为正偏置。晶闸管未导通时，加正压时的外加电压由反偏值的J2结承担，而加反压时的外加电压则由J1、J3结承担。
《电力电子技术》 论文题目:门极可关断(GTＯ)晶闸管的工作原理及发展前景 班级: 姓名： 序号： 学号: 指导教师：郭老师 2014年5月20日
门极可关断(ＧTO)晶闸管的工作原理及发展前景 引言 电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几个方面,其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础,也是电力电子技术发展的“龙头”。从年美国通用电气公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始,电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子技术的诞生。到了７0 年代,晶闸管开始形成由低压小电流到高压大电流的系列产品。同时,非对称晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等晶闸管派生器件相继问世,广泛应用于各种变流装置。由于它们具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、响应快等优点,其研制及应用得到了飞速发展。由于普通晶闸管不能自关断，属于半控型器件,因而被称作第一代电力电子器件。在实际需要的推动下,随着理论研究和工艺水平的不断提高,电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大发展,先后出现了ＧＴR 、GTO、功率MOSET等自关断、全控型器件,被称为第二代电力电子器件。近年来，电力电子器件正朝着复合化、模块化及功率集成的方向发展,如GPT，MCT,HVＩC等就是这种发展的产物。 1．什么是门极关断(GＴO)晶闸管 1９64年,美国第一次试制成功了500V/10A 的GTO。在此后的近１0年内,的容量一直停留在较小水平,只在汽车点火装置和电视机行扫描电路中进行试用。自７0年代中期开始,GＴO的研制取得突破,相继出世了130０V/６００A 、２5０0V/10０0A、45００V/2000A的产品，目前已达9KＶ/25KＡ／８０0Hｚ及6Hz/６KA 的水平。GTO有对称、非对称和逆导三种类型。与对称下相比,非对称通态压降小、抗浪涌电流能力强、易于提高耐压能力。逆导型GＴＯ是在同一芯片上将GTO 与整流二极管反并联制成的集成器件,不能承受反向电压，主要用于中等容量的牵引驱动中。
班级姓名学号 第2/9章电力电子器件课后复习题 第1部分：填空题 1. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路。 3. 电力电子器件一般工作在开关状态。 4. 电力电子器件组成的系统，一般由控制电路、驱动电路、主电路三部分组成， 由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。 5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件 和全控型器件。 6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。 7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。 8. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。 9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。其 反向恢复时间较长，一般在5ms以上。 10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5ms以下。 11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。
12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶闸管都不会导 通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，晶闸管才能导通；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至维持电流以下。 13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，一 般取为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。 14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。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称为擎住电流。对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2~4 倍。 15.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。 16. 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10微秒左右。 高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。 17. 双向晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。 18.逆导晶闸管是将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。 19. 光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。光触 发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。 20. GTO的多元结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。 21.GTO的开通控制方式与晶闸管相似，但是可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。 22. GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅,导通时管压降较高。 23. GTO最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值I GM之比称为电流关断增益,该值 一般很小，只有 5 左右，这是GTO的一个主要缺点。 24. GTR导通的条件是：集电结正向偏置且基极施加驱动电流。
一、 1.门极可关断晶闸管（GTO）和电力晶体管（GTR）均属于全（电流）控制型器件。 2.通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子控件被称为半控型器件，通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子控件被称为全控型器件。 3.请写出下列元器件的英文缩写：电力晶体管GTR ；绝缘柵双极性晶体管IGBT 。 4.在晶闸管额定电流的定义中，通态平均电流I VT(AV)与同一定义条件下的有效值I VT之间的关系是I VT=1.57I VT(AV)。 5.从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲的电角度称为触发角。晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。 6.晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阴极间施加正向电压，并在门极和阴极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。 7.晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间关断时间。即t s=t off+t on。 二、 1.下列电力电子器件中，存在电导调制效应的是（ABD） A.GTO B.GTR C.PowerMOSFET D.IGBT 2.下列对晶闸管特性的叙述中，正确的是（ABCD） A．晶闸管属于电流驱动双极性器件 B．晶闸管触发导通后，门极就失去控制作用 C．晶闸管具有单性导电性 D．晶闸管的擎住电流大于维持电流 3.双向晶闸管的额定电流是以（B）定义的，GTO的额定电流是以（C）定义的。 A．平均值B．有效值C．最大值D．瞬时值 4.下列电子器件中，电流容量最大的是（A），开关频率最高的是（C）。 A.GTO B.GTR C.PowerMOSFET D.IGBT 5.晶闸管刚由断态进入通态，并且去掉门极信号，仍能维持导通所需的最小阳极电流称为（B） A．维持电流B．擎住电流C．浪涌电流D．额定电流 四、 1.晶闸管导通的条件是什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？ 答：使晶闸管导通的条件是晶闸管承受正向电压且门极有触发电流。 关断的条件：使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值即维持电流I以下。 2.使晶闸管导通的条件是什么？维持晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是晶闸管承受正向电压且门极有触发电流。 维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。 3.电子开关型电力电子变换有哪四种基本类型？ 答：四种电力变换电路或者电力变换器分别是： （1）→交流（AC）——直流（DC）整流电路或者整流器。 （2）→直流（DC）——交流（AC）逆变电路或者逆变器。 （3）→直流（DC）——直流（DC）电压变换电路，又叫直流斩波电路、直流斩波器。 （4）→交流（AC）——交流（AC）电压、频率变换电路，仅改变电压的称为交流电压变换器，向位改变的称为移相器。 4.为什么晶闸管不能用门极负脉冲关断？ 答：GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，由PNP和NPN构成两个晶体管V1、V2，分别具有
实验一晶闸管地简易测试及导通关断条件实验 1.实验目地： 1.掌握晶闸管地简易测试方法； 2.验证晶闸管地导通条件及关断方法. 2.实验电路 见图1-1. 1.实验设备： 1.自制晶闸管导通与关断实验板 2.0～30V直流稳压电源 3.万用表 4.1.5V×3干电池 5.好坏晶闸管 2.实验内容及步骤： 1.鉴别晶闸管好坏 见图1-2所示,将万用表置于R×1位置,用表笔测量G、K之间地正反向电阻,阻值应为几欧～几十欧.一般黑表笔接G,红表笔接K时阻值较小.由于晶闸管芯片一般采用短路发射极结构<即相当于在门极与阴极之间并联了一个小电阻）,所以正反向阻值差别不大,即使测出正反向阻值相等也是正常地.接着将万用表调至R×10K档,测量G、A与K、A之间地阻值,无论黑表笔与红表笔怎样调换测量,阻值均应为无穷大,否则,说明管子已经损坏.b5E2RGbCAP 1.检测晶闸管地触发能力 检测电路如图所示.外接一个4.5V电池组,将电压提高到6～7.5V<万用表内装电池不同）.将万用表置于0.25～1A档,为保护表头,可串入一只R=4.5V/I档Ω地电阻<其中：I档为所选择万用表量程地电流值）. 电路接好后,在S处于断开位置时,万用表指针不动；然后闭合S 《电力电子技术》 论文题目：门极可关断(GTO)晶闸管的工作原理及发展前景 班级： 姓名： 序号： 学号： 指导教师：郭老师 2014年5月20日 门极可关断(GTO)晶闸管的工作原理及发展前景 引言 电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几个方面,其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础,也是电力电子技术发展的“龙头”。从年美国通用电气公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始,电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代,这标志着电力电子技术的诞生。到了70 年代,晶闸管开始形成由低压小电流到高压大电流的系列产品。同时,非对称晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等晶闸管派生器件相继问世,广泛应用于各种变流装置。由于它们具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、响应快等优点,其研制及应用得到了飞速发展。由于普通晶闸管不能自关断,属于半控型器件,因而被称作第一代电力电子器件。在实际需要的推动下,随着理论研究和工艺水平的不断提高,电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大发展,先后出现了GTR 、GTO、功率MOSET 等自关断、全控型器件,被称为第二代电力电子器件。近年来,电力电子器件正朝着复合化、模块化及功率集成的方向发展,如GPT，MCT，HVIC等就是这种发展的产物。 1.什么是门极关断(GTO)晶闸管 1964年,美国第一次试制成功了500V/10A 的GTO。在此后的近10年内,的容量一直停留在较小水平,只在汽车点火装置和电视机行扫描电路中进行试用。自70 年代中期开始,GTO的研制取得突破,相继出世了1300V/600A 、2500V/1000A 、4500V/2000A的产品,目前已达9KV/25KA/800Hz及6Hz/6KA 的水平。GTO有对称、非对称和逆导三种类型。与对称下相比,非对称通态压降小、抗浪涌电流能力强、易于提高耐压能力。逆导型GTO 是在同一芯片上将GTO 与整流二极管反并联制成的集成器件,不能承受反向电压,主要用于中等容量的牵引驱动中。 门极可关断晶闸管（GTO）：GT0是目前阻断电压最高和通态电流最大的全控制器件。既保留了普通晶闸管耐高压、电流大等优点，以具有自关断电能力，使用方便，是理想 的高压、大电流开关器件。缺点：是驱动电路复杂并且驱动功率大，导致关断时间长，限制了器件的开关频率；关断过程中的集肤效应用以导致局部过热，严重情况下使器件失效；为了限制dv/dt，需要复杂的缓冲电路GTO主要应用于在中、大功率场合。绝缘栅双极晶体管(IGBT): IGBT 是后起之秀，集MOSFET和GRT的优点于一身，既具有MOSFET的输入阻抗高，开关速度快的优点，又具有GTR 耐压高、通过电流大的有点，是目前中等功率电压电子装置中的主流器件。栅极为电压驱动，所需驱动功率小，开关损耗小、工作频率高，不需要缓冲电路，适合于较高频率的场合。主要缺点是高压IGBT内阻大，通态电压高，导致通阻损耗大；在应用于（中）压领域时，通常多个串联。IGCT是在GTO的基础上发展起来的新型复合器件，兼有MOSFET和GTO两者的优点，有克服了两者的不足之处，是一种较为理想的MW级高（中）压开关器件。降压转换器：开关稳定电流和直流电机调速。升压型变换器：直流稳压电流和直流电机的再生制动。升降压变形转换器：应用于需要相对输入电压的公共端为负极性，可高于or低于输入电压的直流稳态电流。集成门极换流晶闸管（IGCT）:IGCT是在克服GTO关断能力差，重复关断较大电流时容易产生局部过热损坏等缺点而发展起来的。太阳能发电三种连接方式：工频变压方式，高频连接方式，无受压器方式。大功率点跟踪：在光伏发电系统中，使太阳电池的输出处于最大功率点也就是控制变换器的输入电压工作在最大功率点电压上而最大功率点电压指令是随光强和吻遍变化调节的。柔性电力电子：电力系统柔性化的必要性，电力系统的需求特点：可控性好，潮流可控，模式多样、质量可控的配电系统，调节性好、高效节能的用电系统。直流输电的特点缺点：换流设备较昂贵；消耗无功功率多；产生谐波影响；换流器过载能力低；某些运行方式下对地下或海中物体产生电磁干扰和电化学腐蚀；缺乏直流开关；不能用变压器来改变电压等级直流输电的优点：线路造价低；输电损耗小；输送容量达；限制短路电流；线路故障时的自防护能力强；节省线路走廊；实现非同步电网互联；功率调节控制灵活；特别是和电缆输电。高压电流的特点：优点：实现不同额定频率或者相同额定频率交流系统之间的非同步联网提高系统交流系统的稳定性和供电经济性。特别适合高电压远距离大容量输电。尤其适合大区域电网间的互联。很适合远距离电缆供电。线路功率小，对环境危害小。调节更快速，更准确。缺点：不能向小容连交流系统及不含转换电机的负荷供电；换流器产生的谐波次数低，容量大；换流皿吸收较多的无功功率；换流站投资大，占地面积大。特高压直流输电的特点：优势：输送容量大；送电距离长；线路损耗低；工程设备省；走廊利用率高；运行方式灵活；特点：线路中间无落点，直接将大连电力送至负荷中心；在交直流并联输电方式时，可利用直流输电的快速可控性来有效抑制区域性低决受端交流电网短路电流过大的问题。 流输电的必要性：发展西电东送的需要，电网增容及改善电网结构的需要，全国联网的需要，提高电网安全稳定运行水平的需要。轻型直流输电的特点：电压流换流器为无流递变，对受端系统无要求，故可用于向小容量系统或不含旋转电机的负荷供电；电压转换流器产生的谐波大为削弱对无功功率的需要也大大减少；不会出现换相失败故障；模块化设计使轻型直流输电工程缩短工期；可实现无人值班或少人职守运行；控制器可根据交流系统的需要实现自动调节，所以两侧电压流换流器不需要通信联络，从而减少了通信的投资及其运行维护费用； 同步运行的独立电网之间的联网，推动多短直流输电系统的发展，提高配电网电能质量，电力系统要求特点：可控性好；潮流可控；模式多样，质量可控的配电系统；调节 发电机想电网送入电功率外，励磁机经变频器可向电源馈 AC-DC-AC /低于同步转速的电动运行状 属于闭环 ~ ~ ~；分段同 步~。 可关断晶闸管(Gate Turn-off Thyristor, GTO) 一种施加适当极性的门极信号，可从通态转换到断态或从断态转换到通态的三端晶闸管。 一般用GTO表示，也可表示为GCS。GTO的符号及正向稳态伏安特性如图1所示。GTO 是一种较理想的直流开关元件，作开关时，与普通晶闸管相比，最突出的优点是：①能自关断，不需要复杂的换流回路；②工作频率高。缺点是：①同样工作条件下擎住电流大。擎住电流指刚从断态转入通态并切除门极电流之后，能维持通态所需的最小阳极电流。②关断脉冲对功率和负门极电流的上升率要求高。GTO与功率晶体管相比,其优点是：①能实现高压、大电流；②能耐受浪涌电流；③开关时只需瞬态脉冲功率。缺点是门控回路比较复杂。 结构和工作原理GTO有3个引出电极（图2）, 分别用阳极(A)、阴极(K)、门极(G)表示。正向时，阳极和阴极间加正压，若门极无电压,则GTO阳极电压低于转折电压时不会导通；若门极加正压,则GTO在阳极电压小于转折电压时被门极触发导通(图1b)。GTO的关断是在门极加一定的负压，抽出负电流，使阴极导通区由接近门极的边缘向阴极中心区收缩，可一直收缩到载流子扩散长度的数量级。因为,GTO的阴极条宽度小,抽流时,P2区横向电阻引起的横向压降小于门、阴极的反向击穿电压。此时,由于GTO不能维持内部电流的正反馈，通态电流开始下降，此过程经过一定时间，GTO达到关断。 GTO在感应加热调节器、静止变频器、电力机车的电工设备等方面得到广泛应用，其发展方向是高频、高压、大电流。 门极辅助关断晶闸管在阳极电流过零反向后的某一时刻门极才加负压,使器件恢复阻断的GTO。门极辅助关断晶闸管通常采用放大门极和阴极短路结构，门、阴极图形采用高度交叉指状结构。这种器件的优点是关断时间短，开通特性好，允许的通态电流上升率和通态电压上升率较高。它可用来构成斩波器、逆变器等工作频率较高的电路。 电力电子期末 一、概念（含填空、名词解释、简答） 1.电力半导体器件：电力电子器件均由半导体制成，故也称电力半导体器件。 2.整流：交流变直流逆变：直流变交流 3.交流电力控制：交流变交流可以是电压或者电力的变换，称作交流电力控制，也可以是频率或相数的转换。 4.相控方式：晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件，对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式，简称相控方式。 5.斩控方式：与晶闸管电路的相位控制方式相对应，采用全控型器件的电路的主要控制方式为脉冲宽度调制（PWM）方式，相对于相位控制方式，可称之为斩波控制方式，简称斩波方式。 6.主电路：在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被称为主电路。 7.电力电子器件：指直接可用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或者控制的电子器件。 8.绝缘栅双极晶闸管： 9.电力场效应晶体管： 10.电压驱动（控制型）型电力电子器件：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，这类电力电子器件则被称为电压驱动型电力电子器件。 11.场控器件（场效应器件）：由于电压驱动型器件实际上是通过加在控制端上的电压在器件的两个主电路端子之间产生可控的电场来改变流过器件的电流大小和通断状态的，所以电压驱动型器件又被称为场控器件。 12.根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的有效信号和波形，又可以将电力电子器件（电力二极管除外）分为脉冲触发型和电平控制型两类。13.脉冲触发型电力电子器件：如果是通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控制，一旦已进入导通或阻断状态且主电路条件不变的情况下，器件就能够维持其导通或阻断状态，而不必通过继续施加控制端信号来维持其状态，这类电力电子器件被称为脉冲触发型电力电子器件。14.电平控制型电力电子器件：如果必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件开通并维持在导通状态，或者关断并维持在阻断状态，这类电力电子器件则被称为电平控制型电力电子器件。 15.单极型器件：由一种载流子参与导电的器件称为单极型器件（也称为多子器件）。 16.双极型器件：由电子和空穴两种载流子参与导电的器件称为双极型器件。 17.复合型器件：由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件则被称为复合型器件，也称混合型器件。 18.电力二极管（半导体整流器）：不可控器件，结构和原理简单，工作可靠。 19.漂移区：电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区（在半导体物理中用N-表示），也称漂移区。 20.本征半导体：低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料。 21.电导调制效应： 22.结电容Cj（微分电容）：PN结中的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应。 1．一型号为10-7的晶闸管， 700V ()= 10A 。1 2．中间直流侧接有大电容滤波的逆变器是电压型逆变器，交流侧输出电压波形为矩形波。 3．晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是均压措施。 4．在的调制中，载波比是载波频率和调制波频率的比值。 5．考虑变压器漏抗的可控整流电路中，在换相过程期间，两个相邻的晶闸管同时导通，对应的电角度称为换相重叠角。6．功率晶体管从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为二次击穿。 7．三相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是 150°。 8．三相全控桥电路有 6 只晶闸管，应采用宽脉冲或双窄脉冲才能保证电路工作正常。电压连续时每个管导通 120 度，每间隔 60 度有一只晶闸管换流。接在同一桥臂上两个晶闸管触发脉冲之间的相位差为180°。 9．型号为100-8的晶闸管其额定参数为：额定电压 800 v，额定电流 100 A 。 10．考虑变压器漏抗的可控整流电路中，在换相过程期间，两个相邻的晶闸管同时导通，对应的电角度称为换相重叠角 11．抑制过电压的方法之一是用_电容吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。而为抑制器件的和，减小器件的开关损耗，可采用接入缓冲电路的办法。 12．在交-直-交变频电路中，中间直流环节用大电容滤波，则称之为电压型逆变器，若用大电感滤波，则为电流型逆变器。 13．锯齿波触发电路由脉冲形成环节、锯齿波的形成和脉冲移相环节、同步环节、双窄脉冲形成环节构成。 14．若输入相电压为U2，单相桥式电路的脉冲间隔= 180 ，晶闸管最大导通= θ 180 ，晶闸管承受的最大电压 max 0.9U2 , 整流电压脉动次数 ; 三相半波电路的脉冲间隔= 120 , 晶闸管最大导通= θ 150 ，晶闸管承受的最 max 大电压 1.17U2 ,整流电压脉动次数 ; 15．、、、分别表示：可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管 16．在三相半波可控整流电路中，电感性负载，当控制角大于30°时，输出电压波形出现负值，因而常加续流二级管。17．三相电压型逆变电路基本电路的工作方式是 180°导电方式，设输入电压为，输出的交流电压波形为矩形，线电压宽度为 180°其幅值为；相电压宽度为 120°，幅值为 2/3 。 二、判断题门极可关断(GTO)晶闸管的
门极可关断晶闸管
可关断晶闸管(Gate Turn-off Thyristor, GTO)
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