电工技术电子技术-清华-37课件

第37讲第17章可控硅及其应用17.1晶闸管工作原理17.2晶闸管特性与参数17.3可控整流电路17.4触发电路17.5单结管触发的可控整流电路17.6晶闸管的其它应用17.7晶闸管的保护及其它类型2/6/20231课件别名：可控硅（SCR)（SiliconControlledRectifier）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）2/6/20232课件17.1工作原理1.结构P1P2N1N2四层半导体K（阴极）G（控制极）A（阳极）PNPN四层半导体结构三个

PN结2/6/20233课件APPNNNPGKigßigßßigKAGT1T2等效为由二个三极管组成UGKUAKT1、T2都导通后，即使去掉UGK，T1、T2仍然导通RL2/6/20235课件(1)阳极A加反向电压，或不加触发信号（即UGK=0）。可控硅导通的条件：（1）阳极A加正电压（2）控制极G加正的触发电压可控硅截止的条件：(2)可控硅正向导通后，若令其关断，必须减小UAK（或使UAK反向），使可控硅中电流小于某一最小电流IH（IH称为维持电流）AigßigßßigKGT1T2UAKRLUGKAKG2/6/20236课件（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间加正的触发信号。晶闸管的工作原理小结（2）晶闸管一旦导通，控制极便失去作用。2/6/20237课件正向特性：控制极开路时，随UAK的加大，阳极电流逐渐增加。当U=UDSM（正向转折电压）时，晶闸管自动导通。正常工作时，UAK应小于UDSM

。反向特性：随反向电压的增加，反向漏电流稍有增加，当U=URSM

（反向击穿电压）时，反向击穿。正常工作时，反向电压必须小于URSM。2/6/20239课件(1)UDRM：正向阻断电压晶闸管耐压值。一般取UDRM

=80%UDSM（正向转折电压）。普通晶闸管UDRM为100V---3000V2.主要参数UIIHIF额定正向平均电流UDSM正向转折电压URSM反向击穿电压UDRM2/6/202310课件控制极断路时，可以重复作用在晶闸管上的反向重复电压。一般取URRM=80%URSM（反向击穿电压）。普通晶闸管URRM为100V--3000V）(2)URRM：反向峰值电压UIIHIF额定正向平均电流UDSM正向转折电压URSM反向击穿电压UDRMURRM2/6/202311课件17.3可控整流电路1.单相半波可控整流电路(1)电路及工作原理u1u2uTuLAGKRLuG2/6/202313课件(2)工作波形(设u1为正弦波)tu2tuGtuLtuT：控制角：导通角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<0时，晶闸管不通，uL=0。故称可控整流。u1u2uTuLAGKRLuG2/6/202314课件(3)输出电压及电流的平均值pò=awptduULL21ò=pawwpttdUsin2212LLLRUI=tuL22/6/202315课件电感性负载（如直流电动机的激磁线圈）电路及工作原理D由于电感反电动势的存在，晶闸管在一定时间内仍维持导通，失去单向导电作用。解决办法：加续流二极管D,加入D的目的就是消除反电动势的影响，使晶闸管在u2过零时关断GAuLu1u2uTRKL+–u2正半周时晶闸管导通，u2过零后，电感产生反电动势。2/6/202317课件2.单相全波可控整流电路一、电阻性负载桥式可控整流电路(1)电路及工作原理

u2>0的导通路径：u2

(A)T1RLD2u2

(B)T1、T2--晶闸管D1、D2--二极管T1T2D1D2RLuLu2AB+-T1、D2导通，T2、D1截止uG2/6/202318课件T2RLD1u2(A)u2(B)

u2<0的导通路径：T1、T2--晶闸管D1、D2--晶体管T1T2D1D2RLuLu2AB+-uGT2、D1导通，T1、D2截止2/6/202319课件(3)输出电压及电流的平均值ò=pawp)(1LtduULò=pawwp)(sin212ttdULLLRUI=tuL22/6/202321课件例：桥式可控整流电路中，U2=220V，RL=3,可控硅控制角=15~180，求输出电压平均值Uo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+-UL=191V，=15=0V，=180LLLRUI==191/3=64AUDRM=22U承受的最高反向电压:=311V2/6/202322课件二、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工作情况以及负载上的电流、电压和电阻性负载类似。u2T1T2D1D2DuLRL2/6/202323课件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。电路二：2/6/202325课件17.4触发电路1.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2/6/202326课件EB2B1NP单结晶体管符号单结晶体管符号2/6/202329课件3.单结晶体管振荡电路uCttuouvuP振荡波形RR2R1CUuCuOEB1B2(1)电路组成2/6/202330课件(a)uE=uC<UP

时，单结管不导通，uo

0。(2)振荡过程分析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2~15千欧。此时R1上的电流很小，其值为：RR2R1CUuCuOEB1B22/6/202331课件(b)随电容的充电，uC逐渐升高。当

uC

UP

时，单结管导通。然后电容放电，R1上便得到一个脉冲电压。R2起温度补偿作用UPUVUP、UV--

峰点、谷点电压ER2R1RCUuCuOuCtuot(c)电容放电至uc

uv时，单结管重新关断，使

uo0。2/6/202332课件17.5单结管触发的可控整流电路一、电路u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu3触发电路主电路2/6/202333课件二、波形关系u2uabUZucb削波整流UZau2RbcDZUZ整流稳压电路部分2/6/202334课件UZ削波ucbudbUPUVueb电容充、放电UP-UD触发脉冲UZR1R2RPCuccdeDZb单结晶体管电路部分2/6/202335课件u3uL输出电压ueb触发脉冲可控硅桥式整流电路部分u3T1T2D1D2uLRLbeueb2/6/202336课件1.单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发电路为什么接在同一个变压器上？问题讨论u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu32/6/202337课件2.触发电路中，整流后为什么加稳压管？u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu32/6/202338课件3.一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？其移相范围（即控制角的变化范围）有多大？ueb触发脉冲22/6/202339课件4.输出电压如何调节，其大小如何计算？u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu32/6/202340课件1.单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发电路为什么接在同一个变压器上？保证主电路和触发电路的电源电压同时过零（即两者同步），使电容在每半个周期均从零开始充电，从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同（即角一样），以使输出平均电压不变。u2uab整流ucb削波UZudbu3uebuL2/6/202341课件2.触发电路中，整流后为什么加稳压管？稳压管的作用是：将整流后的电压变成梯形（即削波），使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上，从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。UZR1R2RPCuccdeDZbudbUPUVueb2/6/202342课件3.一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？其移相范围（即控制角的变化范围）有多大？根据单结管的特性，它一旦触发导通，在阳极电压足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持导通状态。因此，每半个周期中只有一个触发脉冲起作用。2/6/202343课件触发脉冲移相范围的计算f—电源电压的频率R2R1aRPCucu2RbcdeDZudet2/6/202344课件4.输出电压如何调节，其大小如何计算？RP

电容充电速度变慢uL电压的调节电压的计算UL2/6/202345课件17.6晶闸管的其他应用拨盘式密码锁控制电路123456789101112拨盘开锁继电器按钮UCCJT3T2T1SD1D2R2/6/202346课件工作原理根据晶闸管的特性分析可知，开锁时三个晶闸管的工作顺序应该是：T1–T2–T3。否则T3或T2将因阳极和阴极间加不上电压而不导通，继电器线圈不通电，锁打不开。1.开锁时晶闸管工作情况UCCT3T2T1JD1D2T1导通时的路径T1导通时的路径如图中虚线，此时发光管D2导通，给出指示信号。2/6/202347课件锁打开2.开锁过程根据开锁时三只晶闸管导通顺序的要求以及图中连线，可知开锁过程如下：拨盘拨至10T2导通按下ST3导通拨盘拨至2按下S拨盘拨至7按下ST1导通123456789101112UCCJT3T2T1SD1D2R2/6/202348课件此密码锁的开锁密码是：7--10--2结论改换密码号的办法：变更拨盘和晶闸管控制极的连线。2/6/