晶闸管的基本曲线

　　每家出品晶闸管的公司，为了用户了解产品的技术性能，都要提供一份产品说明书。它包括了产品的各项技术参数和某些技术性能曲线。当使用者根据应用线路去从中选择合适的晶闸管时，就要详细阅读和了解这些技术参数和性能曲线。这里选择了两种参数十分接近的晶闸管进行对比分析，阅读它们的性能曲线，从中了解它们的差异。一种是株洲南车时代电气股份有限公司制造，型号为KPC 4600-24～34;另一种是英国丹尼斯(DYNEX)公司制造，型号为DCR4720A34。我们用对比的方式用表列出主要的技术参数和技术曲线，同时作分析。通过一起阅读以下材料，便可了解这些曲线的功能以及如何利用这些曲线为设计晶闸管电力电子装置服务。
　　一、 主要的技术参数
　　1，参数表




　　从表中可查到15个晶闸管的技术参数，除了通态平均电流额定值英国丹尼斯产品稍大外，其他参数都一样(测试条件也一样)。
　　2， 外形尺寸


　　从外形尺寸看也基本一致。根据外壳台面直径为***100可推得芯片面积为
　　S =πr^2 = 3.14 × 502 = 7850mm2
　　芯片电流密度：
　　株洲南车; i = 0.587 A/mm2
　　英国丹尼斯： i = 0.601 A/mm2
　　两者仅差2.4 %
　　主要技术性能曲线
　　这里主要介绍两组曲线：“最大通态功耗与通态平均电流关系曲线”和“双面散热时管壳最高允许温度与通态平均电流关系曲线”。
　　最大通态功耗与通态平均电流关系曲线
　　晶闸管正向导通时由于正向压降(正向通态峰值电压)存在，正向电流流过
　　时就会产生功耗。同样的正向平均电流，由于导通角不同，其功耗不同(见图三、图四)。原理很简单，导通角小时，相比之下周波内导电时间缩短，要通过同样的平均电流，电流密度就要加大。还有，正弦波与方波也不一样。其计算公式如下：
　　P = VT0 •IT(AV) + (F•IT(AV))2•rT
　　式中VT0 和rT 即为上表特性值中的门槛电压和斜率电阻。
　　F为波形因子，随导通角和波形而变。
　　在正弦波阻性负载时： 导通角 F120° 1.74，180° 1.57
　　式中 F•IT(AV)=IF(RSM) ，IF(RSM)为正向电流有效值。因此在计算中可直接使用晶闸管的正向电流有效值。
　　现在用曲线图来显示某种规格晶闸管在不同条件下功耗情况。不用计算，直接读出功耗值。我们把两种各种参数十分一致的晶闸管曲线放在一起进行比较，可以发现它们的结果也基本一致。例如正弦波正向平均电流为2700A，120°导通角，从图三—2上查得其功耗约5000瓦。从上表查得：
　　VT0 =0.86V, rT = 0.000115Ω,
　　代入公式计算得：
　　P = VT0 •IT(AV) + (F•IT(AV))2•rT
　　= 0.86×2700 +(1.74×2700)2×0.000115
　　= 4860瓦，
　　可见两者有一定的误差。求得晶闸管工作时的功耗，也就是它的发热量，就可去找合适的散热器给它散热。这部分内容在以往的文章中已经写过(如：电力电子器件散热的基本原理)，这里不再重复。




　　2， 双面散热时管壳最高允许温度与通态平均电流关系曲线
　　2.1管壳温度
　　晶闸管实际使用时，要特别关注它的管壳温度。我们关心的是芯片结温Tj，但不能直接测试，能容易测得的是管壳温度Tc 。晶闸管工作时两者的温差△Tj-c = Tj - Tc是有规律的,测得管壳温度即可知道结温(请参阅“电力电子器件散热的基本原理”一文)。
　　2.2 管壳最高允许温度
　　晶闸管参数，通态平均电流IT(AV)是在正弦波180°导通角条件下额定的。如果波形或导通角有变化，它的通态平均电流就要随管壳温度限制而受限制，如图五和图六所示。比如，图五-1丹尼斯产品通正弦波3000A平均电流，180°导通角，规定管壳温度最高不得大于93℃，如使用导通角为90°，则管壳温度不能大于65℃。此时必须加强散热设计。
　　同时，我们也来对比一下图五-2所示株洲南车时代的同规格晶闸管。此时正弦波3000A平均电流，180°导通角，规定管壳温度最高不得大于98℃，导通角为90°时，管壳温度不能大于78℃,两者有较大区别。再查图六方波，同样存在差别。
　　通过曲线查管壳最高允许温度是设计中十分重要的一步。不同要求采用不同散热措施。不能一视同仁，否则过高的结温将会造成严重的后果。
　　分析曲线，得出以下规律：
　　2.2.1 同样波形、同样通态平均电流，导通角越小，允许管壳最高温度越低。
　　2.2.2同样波形、在一定范围内，要保持同样的允许管壳最高温度，则允许通过的通态平均电流越小，即常说的该晶闸管要降额使用。不要忘记在分析图五、图六时，一定要结合查阅图三、图四。这样在进行散热设计时更加合理。




　　三、 其他技术性能曲线
　　除了上述提到的技术性能曲线外，一般产品说明书还会提供：1，通态伏安特性曲线、2，瞬态热阻抗曲线、3，通态浪涌电流与周波数的关系曲线、4，I2t特性曲线、5，若干张门极触发特性曲线。其中曲线1、2、3我在不同的专题文稿中已做详细说明，这里不再重复。曲线5提供不同情况下触发参数，很容易读。曲线5将另文介绍。
　　文章来源：中国电力电子朱英文：高级工程师，技术宅拯救世界特约顾问