摘 要

晶闸管以其优良的控制性能、耐压高、损耗小等特点被广泛应用于各种大功率开关电路中。但由于其本身结构的特点，晶闸管在关断时会产生很大的电压过冲，容易造成晶闸管的反向击穿并损毁。这一问题在晶闸管的使用过程中难以避免且危害极大，因此必须不断优化晶闸管的保护电路。

本文从晶闸管的基本性质出发，以关断特性为基础，重点探讨其反向恢复过程中的过电压问题。在本次研究中，根据晶闸管关断时的电路结构，建立关于电压与电流对时间的微分方程。根据电流公式的特点，在保证晶闸管散热正常和结温稳定的前提下，总结出晶闸管吸收参数的设计准则，并根据几大特性曲线，归纳出晶闸管吸收参数的设计步骤。最后借助MATLAB的Simulink仿真环境对研究结果进行了验证，分析了晶闸管吸收参数对过压的影响，得出阻容参数与过压系数间的关系曲线。

关键词：晶闸管；脉冲功率开关；阻容回路；过压；过流

Abstract

Thyristor is widely used in a variety of high-power switching circuit for its excellent control performance, high compressive strength, low wastage and other characteristics. However, due to its own structure characteristics, thyristor will produce a lot of over-voltage when it is turned off, which will easily cause the reverse breakdown and damage the thyristor. This problem is inevitable in the use of thyristor and will do great harm, so the protection circuit of thyristor must be optimized continuously. Based on the basic properties of thyristor, this article focuses on the problem of over-voltage in the reverse recovery process of thyristor. In this study, the differential equation of voltage and current is established according to the circuit structure. In light of the characteristics of the current formula, and under the guarantee thyristor normal cooling and junction temperature stable premise, the article has summed up the design criterion of the thyristor snubber. Besides, according to the characteristics of several curves, the thyristor snubbers parameters design steps has been summed up. Finally, the results are verified by the Simulink simulation environment of MATLAB. The influence of thyristor absorption parameters on the overvoltage is analyzed, and the relationship curve between the resistance capacitance parameter and the overvoltage coefficient is obtained.

Key Words: thyristor；pulse power switch；RC snubbers；over-voltage；over-current

目录

第1章 绪论 1

1.1选题研究背景及意义 1

1.2课题设计要求及内容 2

1.2.1课题设计要求 2

1.2.2课题设计内容 2

第2章 晶闸管的基本理论 3

2.1 晶闸管结构与工作原理 3

2.1.1 晶闸管的基本结构 3

2.1.2 晶闸管的工作原理 4

2.2 晶闸管静态工作特性 5

2.2.1 静态伏安特性 5

2.2.2 晶闸管的主要特性参数 6

2.3 晶闸管动态恢复特性 7

2.3.1 反向恢复过程 7

2.3.2 反向恢复电流数学模型 8

第3章 晶闸管脉冲功率开关电路 9

3.1 简介 9

3.2 脉冲功率开关电路的选择 9

3.2.1 晶闸管关断过程实验电路 9

3.2.2 单相交流调压电路 10

第4章 晶闸管脉冲功率开关保护电路 11

4.1 设计方案选择 11

4.2 RC缓冲电路参数设计 12

4.2.1 参数设计准则 12

4.2.2 参数设计步骤 15

第5章 MATLAB模拟仿真研究 16

5.1 MATLAB仿真环境Simulink简介 16

5.2 晶闸管反向恢复过程模拟仿真 17

5.3交流调压电路模拟仿真 22

第6章 结论 25

致谢 26

参考文献 27

第1章 绪论

1.1选题研究背景及意义

20世纪现代物理学一项重大的突破就是半导体的出现，它的诞生标志着电子技术的形成。在逐步的发展过程中，为了满足各领域不同的需求，半导体器件朝着两个不同的分支快速发展，其中一部分是以集成电路为代表的微电子器件，特点为高度集成化、功率小、成为信息的输出、传递和处理的工具；而另一类是电力电子器件，特点为容量大、速度快。1955年，美国通用电气公司研发出世界上第一个以硅单晶为半导体整流材料的硅整流器，1957年又开发了全球首个用于功率转换和控制的可控硅整流器。由于它们具有效率高、重量轻、寿命长、体积小等优势，尤其是SCR能用微小的电流控制较大的功率，这些优点令电力电子器件成功的从弱电控制领域发展到强电控制和大功率控制领域。在整流器的应用上，晶闸管迅速取代了水银整流器，实现整流器的无触点化、固体化和静止化，并以高效的节能性能在全世界制造业获得了巨大的成功。从20世纪六十年代开始，以普通晶闸管为基础发展出一系列产品，如光控晶闸管、快速晶闸管、双向晶闸管及不对称晶闸管等各种性能的晶闸管，形成一个庞大的晶闸管家族。

半导体开关器件的高频化、低成本化和高能量利用率方面的优势尤其明显，且一直是半导体器件发展的主要趋势。在目前所有的电力电子器件中，晶闸管能承受的功率容量是最高的，并且可靠性强，各方面的研究较为透彻，因此被广泛应用于各种大容量的场合。在晶闸管脉冲功率开关电路的研究中，国内各大高校均有相关论文发表，其中以晶闸管大功率变流开关电路、晶闸管换流阀、反向恢复电流特性分析和晶闸管功率开关热模型等方面研究偏多，而对晶闸管脉冲功率开关保护电路的研究偏少，保护电路的参数选择方面均大多以经验而定，且讨论晶闸管工作于稳态工况的文献居多，对充当脉冲功率开关过程的研究则较少。