王逍遥

摘  要：本文对普通单向晶闸管的电气参数选型和驱动电路问题进行了归纳和分析总结，对晶闸管额定电压和额定电流的选择原理进行详细描述。

关键词：晶闸管;电气参数;选择;驱动电路;分析

晶闸管（Thyristor），名晶体闸流管（thyratron），又名可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier— SCR）。1956年晶闸管首先诞生在美国贝尔实验室。1957年美国通用电气公司开发出首只晶闸管产品。1958年以后，逐渐实现商业化。晶闸管的诞生使电力电子技术迅速发展和广泛应用。晶闸管为三端器件，包括门极、阳极和阴极，内部为PNPN四层半导体物理结构，构成具有电流正反馈作用的PNP与NPN共基极复合晶体三极管，因此门极只负责开通晶闸管，不能用于关断晶闸管，因而称为半控器件。

一、晶闸管简绍

晶闸管的开通条件可以总结为：①阳极与阴极所在支路施加有足够高的正向电压;②门极通入合适的正驱动电流。晶闸管的导通标志为阳极电流大于擎住电流。

晶闸管的关断条件可以总结为：①阳极与阴极所在支路施加有足够高的反向电压;②门极通入合适的负驱动电流（对于门极可关断晶闸管GTO）。晶闸管的关断标志为阳极电流低于维持电流。

晶闸管工作状态包括：①正向导通区，晶闸管已经进入通态;②负阻区，晶闸管正向电压较高但是正向漏电流变低，电阻呈现负数;③正向阻断区，晶闸管正向施加电压，正向漏电流有所增加;④反向阻断区，晶闸管反向施加电压，反向漏电流有所增加;⑤反向击穿区，晶闸管反向施加电压过大，反向电流剧增，进入雪崩击穿状态。

二、晶闸管额定参数分析

额定电压UR：一个晶闸管的耐压是决定于工厂设计和测试结果。生产厂商在制作晶闸管时，取UDRM和UDRM中较小者并向下取整对应的产品标称值，如600V和1200V，作为额定电压。在功率电路中，晶闸管用于处理强电，选择器件耐压要留有一定裕量。为追求最大可靠性，考虑正常条件、极限条件下工作，晶闸管的额定电压应该选择供电电源电压最大峰值的2～3倍。具体选择多大耐压的晶闸管，完全决定于应用电路，许多书中关于这方面的描述不准确不清晰。额定电流IR：在环境温度40?C和额定冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流在一个电源周期中的通态电流平均值。同样地，晶闸管额定电流是决定于工厂设计和测试结果。生产厂商在制作晶闸管时，按照上述标准测试条件，获得额定电流。

晶闸管与功率二极管一样，这是按照发热效应等价或电流有效值不变原则来定义的。在实际应用电路选型时，为做到最大安全性，晶闸管耐流值应该选择实际电路中晶闸管流过“最大工频正弦半波电流在一个电源周期中的通态电流平均值”的1.5～2倍。额定电流定义的“中心词”为“……电流平均值”，而不是“……电流有效值”，因此二者之间需要折算，使得情況变得比较复杂，不容易理解和掌握。为了进一步理解额定电流的含义，给出“工频正弦半波电流波形”和任意“实际电流波形”之间的电流有效值等价关系图，不失一般性。

三、晶闸管驱动电路分析

1.驱动电路分类

通常相控变换器采用的驱动电路有三种类型：类型1：支持输出单窄脉冲的同步信号为锯齿波的驱动电路（触发电路），锯齿波的驱动电路适合驱动三相半波相控整流电路和其它需要单独驱动单管或多管相控变换器，如单相相控整流电路、单相相控交流调压电路和三相半波相控整流电路，对应产品包括晶闸管投切电容（Thyristor Switched Capacitor，TSC）、晶闸管投切电感（Thyristor Controlled Reactor，TCR）等。类型2：支持输出同步单窄脉冲的同步信号为锯齿波的驱动电路（触发电路），其含两组相同的驱动变压器次级电路，适合驱动单相全桥相控整流电路。类型3：支持输出异步双窄脉冲的同步信号为锯齿波的驱动电路，其中包含X与Y端子，适合驱动三相全桥相控整流电路和周波变换器。

2.驱动电路工作原理

按照功能划分后的同步信号为锯齿波的驱动电，其整个电路可以细化为18小部分和5大部分。5个大部分包含有同步环节、锯齿波与移相环节、双窄脉冲形成环节、脉冲形成与放大环节、强触发环节。

3.驱动电路仿真分析

采用电路结构和电气参数建立ORCAD和SIMULINK的仿真平台，可以完全地实现同步信号为锯齿波的晶闸管驱动电路，可以测量各点电压和线路电流波形，观察每一电量的数量和相互之间的相位关系。ORCAD为电路级仿真软件，可以选择合适的元器件和参数，建立准确的驱动电路。SIMULINK为系统级仿真软件，不能采用Sim Power Sytems库，而采用Sim Electronics库，建立准确的驱动电路，而且信号的输入与输出需要与Simulink库中的若干子库建立转换关系，包括PS-Simulink Converter 与 Simulink-PS Converter，而且需要采用Solver Configuration定义解算器，不再需要Sim Power Sytems的Powergi去定义simulink and configuration options和Analysis tools。采用两种仿真软件，可以获得晶闸管驱动电路的各点电压和各线路电流波形。

参考文献

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