基于晶闸管功率单元的散热设计研究 晶闸管, 可靠性, 矛盾, 影响, 整机

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　0 引言
　　在电力电子工程的领域中，它是为各种电子控制设备服务的。凡是用晶闸管的地方，就要按设计者意图把它们组成一个功能线路。例如各种单相、三相、六相整流桥路，反并联线路，还有多支晶闸管的并联、串联应用线路等等。不同的应用，就有不同的线路，真可谓千变万化、不胜枚举。
　　在这样一个有独立功能的功率模块中，在通大电流工作时，其发热和散热是一对十分重要的矛盾，应用者应该了解其来龙去脉，妥善解决。否则会对整机可靠性造成重大影响。在一个2500A直流输出的三相全波整流桥工作时，这个单元自身发出的热量可高达约6KW数量级，如不及时把此热量散去，则后果不堪设想。
　　仅就风冷而言，散热所涉及的内容包括：散热器、风机、风道。而涉及的学科包括流体力学、传热学、材料学、风道结构设计等。
　　1 晶闸管的发热（功耗）原理
　　晶闸管自身功耗包括正向电流产生的功耗、开关损耗和反向漏电流损耗。在工频条件下使用开关损耗极小，漏电流损耗相对比重不大，约在一、二十瓦之内，故后两项不在本文中讨论。
　　1.1晶闸管的正向特性：

　　

　　图1：晶闸管正向特性曲线

　　晶闸管正向特性曲线不是线性的，可近似看作两条直线组成：在电压VT0以前（即小于VT0时）晶闸管正向未能有效导通，电流极小；当电压大于VT0时，电流随电压上升，可看作一条直线，而且存在斜率，以斜率电阻rT0表示，单位为Ω（欧姆）。
　　图中曲线的函数关系为：
　　
　　1.2晶闸管的正向功耗
　　正弦波时：
　　
　　式②代入①，
　　
　　IFM为正弦波时的峰值电流，同样VFM可表示为正弦波的峰值电压。
　　正向平均电流：
　　
　　正向平均电压：
　　
　　正向功耗：
　　
　　计算化简后：
　　
　　式中F为波形因子，随导通角而变。
　　在正弦波阻性负载时：
　　
　　式中 IF·F=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。
　　由于晶闸管正向功耗P是由iF与vF乘积对0到180°角积分而得的，因此不是线性关系。用仪表测得的平均电流乘平均电压求功耗的方法是不对的。
　　在晶闸管产品说明书的参数表上都要列出每种规格晶闸管的VT0 和rT0 。