晶闸管主要参数及解析

为了正确使用晶闸管，不仅需要了解晶闸管的工作原理和伏安特性，而且还要知道晶闸管的主要参数。

1.晶闸管的定额电压

（1）断态正向重复电压定额U_DRM

从图1-14所示的伏安特性可见，当门极开路，器件处于额定结温时在阳极伏安特性曲线开始上翘处所对应的阳极电压，称为断态正向不重复峰值电压U_DSM（此电压不可连续或重复施加），U_DSM＜U_BO。取80%的U_DSM电压值，用U_DRM表示，称为正向重复峰值电压。

（2）反向重复峰值电压U_RRM

当门极开路，器件处于额定结温时，施加反向电压，对应反向漏电流开始急剧增大的电压值称为反向不重复峰值电压，用U_RSM表示，取其值的80%称为反向重复峰值电压，用U_RRM表示，如图1-14所示。

（3）额定电压U_TN

实测的U_DRM与U_RRM中数值较小者，取相应的标准电压等级，标在出厂器件铭牌上，为该器件额定电压U_TN。电压等级标准见表1-2。

表1-2 晶闸管器件的正向重复峰值电压等级

瞬时过电压也会使晶闸管器件造成永久损坏，因而选用晶闸管的额定电压时，应比实际工作时的峰值电压高2～3倍，作为安全裕量。

（4）通态平均电压U_T（AV）

流过正弦半波的额定通态平均电流和稳定的额定结温时，器件阳、阴极间电压降的平均值，称为通态平均电压U_T（AV），亦称管压降。U_T（AV）越小越好，U_T（AV）分组标准见表1-3。

例1-2 某晶闸管实测得，U_DSM=1000V，U_RSM=1100V，求U_RRM。

解：U_DRM=0.8×1000V=800V，U_RRM=0.8×1100V=880V。

取U_RRM和U_DRM中较小者为800V，按表1-2中电压等级标准为8级，U_TN=800V。

表1-3 通态平均电压分组

例1-3 图1-13中电压v=220V，正向峰值电压为U_TM=2v=311V，实选U_TN为多少？

解：选用器件的U_TN=（2～3）U_TM=（2～3）×311V=622～933V，实选U_TN=800V。

2.晶闸管的额定电流

（1）通态平均电流I_T（AV）

器件工作在环境温度为40℃和规定的冷却条件下，在电阻性负载的单相工频正弦半波整流电路中、导通角不小于170°，当结温达到稳定的额定结温时，所允许的最大通态平均电流称为额定通态平均电流，以I_T（AV）表示。将此电流按照标准的电流系列取相应的电流等级（见表1-4）定为该器件的额定电流标在器件的铭牌上。

依上述定义，由图1-16可分别求得I_T（AV）及有效值I_T与峰值I_m的关系

而正弦半波电流有效值I_T为

图1-16 晶闸管通态平均电流I_T（AV）

各种有直流分量的电流，其电流的有效值与平均值之比称为这个电流的波形系数，用K_f表示为

因此，在额定情况下，波形系数。这说明一只额定电流I_T（AV）=100A的晶闸管，通过正弦半波电流时，其额定电流有效值I_T为K_f·I_T（AV）=1.57I_T（AV）=157A。

电流波形、导通角不同时，K_f也是不同的。图1-17所示为正弦半波及方波在不同导通角时的波形系数K_f。

晶闸管允许流过电流的大小是由管芯的允许温度来决定的。晶闸管管芯（3个PN结）的温度称为结温。对器件来说，额定结温是一定的。而工作中器件达到稳定结温是由发热和散热两方面来决定的。造成器件发热的损耗包含：由通态电流与管压降的乘积引起的通态损耗，管压降小则损耗就小；由断态漏电流引起的损耗，漏电流小则损耗小；由器件在开通和关断过程中，其电流、电压两者的乘积所决定的开、关损耗及门极损耗。而晶闸管散热快慢是由晶闸管与散热器接触状况及散热器的大小、冷却方式（自冷、风冷、水冷）、冷却用的介质流速、流量以及冷却介质的温度和环境温度决定的。由器件发热和散热两方面因素可知，晶闸管通态电流有效值是造成发热的主要因素。因此，在实际中选择晶闸管额定通态平均电流应按所选晶闸管额定电流有效值大于该器件在电路中可能流过的实际最大电流有效值确定。考虑到晶闸管的过载能力比一般电器产品小得多，因此选择时考虑1.5～2倍的安全裕量，即

I_Tm是实际流过晶闸管的最大有效值电流。在使用中，当散热条件不符合规定要求时（如强迫风冷的散热条件规定：进口风温不高于40℃，进口风速不低于5m/s；水冷时流量不小于4000mL/min，水质电阻率≥20kΩ·cm，pH=6～8，进水温度不超过35℃），则器件的额定电流应降低电流使用，以避免器件损坏。

例1-4 额定电流I_T（AV）=100A的晶闸管，工作时波形如图1-18所示，求该电流的波形系数K_f。

解：实际电路电流波形的平均值电流I_dT为

有效值电流I_T为

则电流波形系数K_f为

（2）维持电流I_H和擎住电流I_L(www.xing528.com)

1）维持电流I_H。在室温且门极开路时，器件从较大的通态电流降至刚好能维持它导通所需的最小阳极电流称为维持电流I_H，I_H一般约为几十毫安。结温越高，维持电流越小。维持电流大的器件容易关断。

2）擎住电流I_L。在晶闸管加上触发电压，当器件从阻断状态刚转为导通状态时就去掉触发电压，此时要保持器件继续导通所需要的最小阳极电流，称为擎住电流I_L。对同一晶闸管，通常I_L为I_H的2～4倍。

（3）浪涌电流I_TSM

浪涌电流I_TSM是晶闸管在极短时间内不重复允许的最大冲击电流，一般用峰值电流表示。

图1-17 正弦半波及方波在不同导通角时的波形系数K_f

图1-18 例1-4波形

3.晶闸管的门极定额电流与电压

（1）触发电流I_GT

晶闸管在室温下，阳、阴极间加6V正向直流电压，由断态转入通态所必需的最小门极电流，称为触发电流，用I_GT表示。

（2）触发电压U_GT

对应于门极触发电流I_GT的门极电压称为门极触发电压U_GT。使用时为了保证晶闸管可靠触发，应使触发电路提供给门极的电流和电压适当地大于晶闸管厂家给出的标准值，但不应超过标准的峰值。

4.动态参数

（1）晶闸管的开通时间t_gt

从门极触发电压前沿的90%到器件阳极电压下降到10%所需的时间，称为开通时间t_gt，如图1-19所示。普通晶闸管t_gt=6μs左右，为了缩短开通时间和保证导通时刻的正确，常使实际触发电流比规定触发电流大3～5倍，且采用前沿陡的强触发。

（2）晶闸管的关断时间t_q

从阳极电流i_a降到零开始，到器件刚能承受正向阳极电压而不导通为止的时间，称为关断时间t_q。t_q由两部分组成：反向恢复时间t_rr和门极恢复时间t_gr，如图1-20所示。普通晶闸管t_q约为几十到几百微秒。

晶闸管的开通与关断时间在工频电路中是可以忽略不计的，然而在高频电路中就必须考虑。如果普通晶闸管不能满足高频电路的要求，可选用快速晶闸管，因为它的开通时间通常在1μs左右，关断时间在10μs以下。

（3）通态电流上升率di/dt

图1-19 晶闸管开通过程电流电压波形

图1-20 晶闸管关断过程电流电压波形

器件在规定条件下，由门极触发晶闸管使其导通时，晶闸管能正常承受的最大通态电流上升率称为临界上升率di/dt。不同系列器件的通态电流临界上升率的级别见表1-4。

如果主电路电流上升过快，则当晶闸管刚一开通时，会有很大的电流集中在门极附近的小区域内，从而造成局部电流密度过大而使晶闸管损坏。因此要采取措施将其值限制在临界值内，有效的办法是串接空心电感。

（4）断态电压上升率du/dt

在额定结温和门极开路条件下，使器件从断态转入通态，器件所加的最小阳极正向电压上升率，称为断态正向电压临界上升率du/dt，不同系列器件的断态电压临界上升率见表1-4。

之所以要限制器件正向电压上升率，是因为器件在正向阳极电压下，由于J₂结受反压使之阻断，而这个结在阻断状态下相当于一个电容，如果阳极正向电压突然增大，即du/dt过大，便会有一充电电流流过这个电容，这个充电电流经J₃结而起到触发电流的作用。du/dt越大，充电电流也越大，有可能使器件误导通。为了限制断态电压上升率，可以与之并联一个阻容支路，利用电容两端电压不能突变的特点来限制电压上升率。

表1-4 普通晶闸管系列参数

注：1.U_DRM=80% U_DSM，U_RRM=80%U_RSM。

2.甲板型结构限用200A和200A以上各系列。

3.20A器件采用硬接线时，尺寸L应适当缩短。

5.晶闸管的型号及粗测

（1）晶闸管的型号

晶闸管的型号按国家相关标准规定，普通硅晶闸管型号及其含义如下：

如KP200—10E表示额定电流I_T（AV）为200A，额定电压为1000V，通态平均电压为0.8V的普通晶闸管。

（2）晶闸管的粗测

对于器件的3个电极，可用万用表粗测其好坏。依PN结单向导电原理，用万用表欧姆档测试晶闸管3个电极之间的阻值，可以初步判断晶闸管是否损坏。好的晶闸管用万用表R×1k档测量阳极A与阴极K之间正反向电阻都应很大，在数百千欧以上，且正反向电阻相差很小。用R×10或R×100档测量门极G与阴极K之间的阻值，其正向电阻应小于或接近于反向电阻。但要注意不要使用万用表的高阻（R×10k）档，以防表内高压电池击穿门极的PN结。

如果阳极与阴极或阳极与门极间有短路，阴极与门极间为断路或短路，则器件已坏。