晶闸管（Thyristor）的原理和应用

晶闸管是通过门极控制导通与关断的功率半导体器件。在MATLAB中，有晶闸管简化模型与晶闸管精细模型两种。

1.晶闸管模型

晶闸管的模型图标如图3-25所示，图3-25a为未显示m端的图标，图3-25b为简化模型图标，图3-25c为精细模型图标。晶闸管模型有2个输入端与2个输出端，第一个输入与输出是晶闸管的阳极端（a）与阴极端（k）。第二个输入（g）是门极（或称栅极）控制信号端，当勾选“Show measurement port”复选框（见图3-27）时便显示第二个输出端（m），这是晶闸管检测输出向量[I_akU_ak]端，可连接相应仪表，检测流经晶闸管的电流（I_ak）与晶闸管的正向管压降（U_ak）。同二极管，晶闸管模型内部的阳极端（a）与阴极端（k）之间还有一条由R_s与C_s组成的阻容吸收回路。

图3-25 晶闸管的模型图标

晶闸管符号、封装、等效电路与伏安特性如图3-26所示。晶闸管伏安特性曲线形象地表明了晶闸管的开关特性。

图3-26 晶闸管的符号、封装、等效电路与伏安特性

由图3-26可知，当晶闸管的正负极电压U_ak>U_f（门槛电压），并且同时门极（或称栅极）有正脉冲（U_g>0）时，则晶闸管导通。为了保证可靠导通，门极正电压U_g持续时间必须足够长，使晶闸管的阳极电流I_ak>I_L（维持电流）。在晶闸管导通期间，如果I_ak<I_L，在U_g转变成低电平时，晶闸管会即刻关断。

当流过晶闸管的阳极电流I_ak=0，此时U_ak<0且持续时间≮T_q（晶闸管关断时间），则晶闸管关断。如果在t<T_q内，变化的U_ak>0，即使门极信号电压U_g=0，I_ak<I_L（维持电流），晶闸管仍会自动导通。

2.晶闸管参数及其设置

在模型结构图中，当双击图3-25a所示图标时，则弹出晶闸管参数设置对话框，如图3-27所示。

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图3-27 晶闸管参数设置对话框

“Resistance Ron（Ohms）”：晶闸管导通电阻R_on（Ω）。

“Inductance Lon（H）”：晶闸管内电感L_on（H）。

与二极管相同，当电感参数设为“0”时，电阻参数不能同时设为“0”；当电阻参数设为“0”时，电感参数也不能同时设为“0”。

“Forward voltage Vf（V）”：晶闸管门槛电压U_f（V）。

“Initial current Ic（A）”：初始电流I_c（A），其设置同二极管。

“Snubber resistance Rs（Ohms）”：吸收电阻R_s（Ω）。

“Snubber capacitance Cs（F）”：吸收电容C_s（F）。

同二极管，可对R_s与C_s设置不同的数值以改变或取消吸收电路。

当不勾选“Show measurement port”复选框与取消吸收电路时，晶闸管的模型图标如图3-25c所示。

当对图3-25b所示精细模型进行参数设置时，除以上各参数外，还有“Latching current I1”（维持电流）与“Turn off time Tq”（晶闸管关断时间）两项。

需要说明的是，含有晶闸管模型的电路仿真时，最好采用特定的算法Ode23tb与O-der15s，而当对电路进行离散化处理时，晶闸管内电感量应设为0。