晶闸管1PPT课件

1、(10-1)别名：可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是一种大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。 特点：体积小、重量轻、无噪声、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。应用领域： 整流（交流 直流） 逆变（直流 交流） 变频（交流 交流） 斩波（直流 直流）此外还可作无触点开关等。晶闸管（Thyristor）第1页/共91页(10-2)结构A（阳极）P1P2N1三 个 PN结N2四 层 半 导 体K（阴极）G（控制极）10.1 工作原理工作原理第2页/共91页(10-3)符号AKGGKP1P2

2、N1N2APPNNNPAGK工作原理示意图第3页/共91页(10-4)APPNNNPGKigigigKAGT1T2由二个三极管组成的电路等效第4页/共91页(10-5)G1.若只加UAK正向电压，控制极不加触发电压，两三极管均不能导通，即晶闸管不通。导通过程2.当UAK 0且UGK0 时，晶闸管迅速导通。 UGK开始加入时， T1首先导通， ib1 = ig、 iC1 = ib1 ； 然后T2导通， ib2= iC1 = ib1、ic2 = ib2 = ib1，此后T1进一步导通，形成正反馈，A、k两极间迅速导通。KAT1T2i b1ic2i c1i gi b2第5页/共91页(10-6)3.

3、晶闸管导通后，去掉电压UGK，依靠正反馈，晶闸管仍维持导通状态；4.晶闸管截止的条件：晶闸管的A、K两极间加反向电压，或开始工作时就不加触发信号（即令UGK = 0 ），晶闸管则不能导通；（1）（2）晶闸管正向导通后，欲令其截止，必须减小UAK，或加大回路电阻，致使晶闸管中的电流减小到维持电流（IH）以下，正反馈失效，晶闸管截止。第6页/共91页(10-7)（1）晶闸管具有单向导电性。若使其关断，必须降低 UAK 或加大回路电阻，把阳极电流减小到维持电流以下。正向导通条件：A、K间加正向电压，G、K间加触发信号。晶闸管的工作原理小结（2）晶闸管一旦导通，控制极失去作用。第7页/共91页(10-

4、8)特性UIURRMIHUDRMIFIG1=0AIG2IG3IG3IG2IG1正向反向U - 阳极、阴极间的电压 I - 阳极电流URSM反向击穿电压导通后管压降约1V额定正向平均电流维持电流UDSM正向转折电压10.2 特性与参特性与参数数断态重复峰值电压第8页/共91页(10-9)正向特性： 在阳极和阴极间加正向电压。UDSM：断态不重复峰值电压，又称正向转折电压。随UAK的加大，阳极电流逐渐增加。当U = UDSM 时，PN结N1P2反向极击穿，晶闸管自动导通。正常工作时， UAK应小于UDSM 。AP1P2N1N2KG控制极开路时： PN结P1N1、P2N2正向偏置，N1P2反向偏置，

5、晶闸管截止。若在G和K间加正向电压：UGK 越大，则UDSM 越小。UGK 足够大时，正向特性与二极管的正向特性类似。第9页/共91页(10-10)随反向电压的增加，反向漏电流稍有增加，当 U = URSM 时，反向极击穿。正常工作时，反向电压必须小于URSM。AP1P2N1N2KG反向特性： 在阳极和阴极间加反向电压。这时PN结P1N1、P2N2 反向偏置，N1P2正向偏置，晶闸管截止。URSM ：反向不重复峰值电压。第10页/共91页(10-11)1. UDRM：断态重复峰值电压晶闸管耐压值。一般取 UDRM = 80% UDSM 。普通晶闸管UDRM 为 100V-3000V主要参数UI

6、IHUDSM正向转折电压URSMUDRM第11页/共91页(10-12)控制极断路时，可以重复作用在晶闸管上的反向重复电压。一般取URRM = 80% URSM。普通晶闸管URRM为100V-3000V）2. URRM：反向重复峰值电压UIIHUDSMURSM反向击穿电压URRMUDRM第12页/共91页(10-13)ITAV含义it2ITAV)(dsin210mmTAVIttII 3. ITAV：通态平均电流环境温度为40。C时,在 电阻性负载、单相工频 正弦半波、导电角不小于170o的电路中，晶闸管允许的最大通态平均电流。普通晶闸管 ITAV 为1A-1000A。）第13页/共91页(10

7、-14)额定通态平均电流即正向平均电流（IF）。通用系列为：1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A 等14种规格。UIIHIF额定正向平均电流UDSM正向转折电压URSM反向击穿电压UDRMURRM第14页/共91页(10-15)4. UTAV ：通态平均电压6. UG、IG：控制极触发电压和电流管压降。在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、 阴两极间的电压平均值。一般为1V左右。5. IH：最小维持电流在室温下，控制极开路、晶闸管被触发导通后，维持导通状态所必须的最小电流。一般为几十到一百多毫安。在室温下， 阳极电压为直流

8、 6V 时，使晶闸管完全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。一般UG为 15V，IG 为几十到几百毫安。第15页/共91页(10-16)晶闸管型号通态平均电压（UAVT）额定电压级别（UDRM）额定通态平均电流（ITAV）晶闸管类型P-普通晶闸管K-快速晶闸管S -双向晶闸管晶闸管K第16页/共91页(10-17)晶闸管电压、电流级别：额定通态电流（ITAV）通用系列为1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A 等14种规格。额定电压（UDRM）通用系列为：1000V以下的每100V为一级，1000V到3000V的每200V 为一级。通

9、态平均电压（UTAV）等级一般用 A I字母表示：由 0.4 1. 2V每 0.1V 为一级。第17页/共91页(10-18)单相半波可控整流电路一、电阻性负载1. 电路及工作原理u1u2uTuLAGKRLuG10.3 可控整流电路可控整流电路 u2 0 时，加上触发电压 uG ，晶闸管导通 。且 uL 的大小随 uG 加入的早晚而变化； u2 R 时， ILAV 在整个周期中可近似看做直流。第33页/共91页(10-34)4. 晶闸管的选择晶闸管电压 （1.5 2）U2M晶闸管电流 （1.5）57. 1TI(2) 晶闸管中的电流02d21tIILAVTLAVI360有效值:平均值:LAVTA

10、VII360第34页/共91页(10-35)单相全波可控整流电路一、电阻性负载桥式可控整流电路T1、T2 -晶闸管D1、D2 -二极管T1T2D1D2RLuLu2AB+-uG第35页/共91页(10-36)u2 0时的导通路径（UG加入后）：u2 (A)T1RLD2u2 (B)T1T2D1D2RLuLu2AB+-1. 电路及工作原理uG第36页/共91页(10-37)T2RLD1u2 (A)u2 (B)u2 0时导通路径：T1T2D1D2RLuLu2AB+-第37页/共91页(10-38)2. 工作波形tu2tuGtuLt uT1T1T2D1D2RLuLu2AB+-第38页/共91页(10-3

11、9)3. 输出电压及电流的平均值2)(d1tuULAV2)(dsin21ttULLAVLAVRUI2cos19.02U第39页/共91页(10-40)例：桥式可控整流电路中，U2=220V，RL=3,可控硅控制角=15180，求输出电压平均值UL的调节范围，以及可控硅（包括二极管）的电流平均值的最大值和承受的最大反向电压。T1T2D1D2RLuLu2AB+-=191V， =15=0V， =180=191/3=64A承受的最高反向电压:2cos19 . 02UULAVLLAVLAVRUIV31122UUDRM第40页/共91页(10-41)二、电感性负载桥式可控整流电路 该电路加续流二极管后电路

12、工作情况以及负载上的电流、电压和电阻性负载类似，请自行分析。u2T1T2D1D2DuLRL第41页/共91页(10-42)两种常用可控整流电路的特点电路特点1. 该电路只用一只晶闸管，且其上无反向电压。2. 晶闸管和负载上的电流相同。电路一：u2TD2D1D4uLRLD3第42页/共91页(10-43)T1T2D1D2u2uLRL电路特点1. 该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起续流二极管作用。2. 由于T1的阳极和T2的阴极相连，两管控制极必须加独立的触发信号。电路二：第43页/共91页(10-44)思考T1T2D1D2RuLu2E+带反电动势负载的可控整流电路1. 该电路的工作过程。2

13、. 画出uL、iL的工作波形。第44页/共91页(10-45)单结晶体管工作原理结构等效电路E（发射极）B2（第二基极）B1（第一基极）NPEB2B1RB2RB1管内基极 体电阻PN结10.4 触发电路触发电路第45页/共91页(10-46)工作原理：当uE UA+UF = UP 时PN结反偏，iE很小；当 uE UP 时PN结正向导通, iE迅速增加。B2ERB1RB2B1AUBBiE - 分压比 (0.35 0.75)UP - 峰点电压UF - PN结正向 导通压降BBBBBBBAURRRUU211第46页/共91页(10-47)单结晶体管的特性和参数IEuEUVUPIVUV、IV -谷点

14、电压、电流（维持单结管导通的最小 电压、电流。）负阻区UP- 峰点电压（单结管由截止变导通 所需发射极电压。） uEUP 时单结管导通第47页/共91页(10-48)IEuEUVUPIV负阻区UEUP 后，大量空穴注入基区，管内基极体电阻RB1 0，致使IE增加、UE反而下降，出现负阻。负阻区存在的原因：EB2B1RB2RB1第48页/共91页(10-49)单结管符号EB2B1单结管重要特点1. UEUP 时单结管导通。第49页/共91页(10-50)单结晶体管振荡电路一、振荡过程分析RR2R1CUuCuOEB1B2电路组成振荡波形uCttuoUVUP第50页/共91页(10-51)21BBR

15、RU22111RRRRUIBBR1. uE = uC UP 时，单结管不导通，uo 0。IR1R1、R2是外加的，不同于内部的RB1、RB2。前者一般取几十欧几百欧； RB1+RB2一般为215千欧。此时R1上的电流很小，其值为：RR2R1CEuCuOEB1B2第51页/共91页(10-52)2. 随电容的 充电，uC逐渐升高。当 uC UP 时，单结管导通， uo=UP-UF。然后电容通过R1放电，当放电至 uc UV 时，单结管重新关断，使 uo0。R1上便得到一个脉冲电压。R2起温度补偿作用UPUVUP-UFUP、UV- 峰点、谷点电压UF -PN结正向导通压降ER2R1RCEuCuouCtuot第52页/共91页(10-53)uCttuoUVUPVCUu)0 (*二、振荡周期与脉冲宽度的计算TtwT振荡周期；tw 脉冲宽度。设T1=T-twuC上升阶段：RCtVVCUEUue )(PVUEUERCTln1t=T1时，uC=UPEuC)(RC第53页/共91页(10-54)PVUEUERCTln111lnln1RCUEUERCTPV因为UV UT2时，控制极相对于T2加正脉冲，晶闸管正向导通，电流从T1流向T2。UT2UT1时，控制极相对于T2加 负脉冲，晶闸管反向导通，电流从T2流向T1。双向晶闸管内部工作原理的