晶闸管及其应用

关于晶闸管及其应用第1页，共42页，2023年，2月20日，星期四

晶闸管（Thyristor）别名：可控硅（SCR)

（Silicon

ControlledRectifier）

它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。 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）。

特点第2页，共42页，2023年，2月20日，星期四应用领域：逆变

整流（交流直流）斩波（直流交流）变频（交流交流）（直流直流）此外还可作无触点开关等第3页，共42页，2023年，2月20日，星期四一、工作原理1、结构A（阳极）P1P2N1三个

PN结N2四层半导

体K（阴极）G（控制极）第4页，共42页，2023年，2月20日，星期四符号AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK2、工作原理示意图第5页，共42页，2023年，2月20日，星期四APPNNNPGKi

gßi

gßßig工作原理分析KAGT1T2第6页，共42页，2023年，2月20日，星期四工作原理说明UAK

>0

、UGK>0时T1导通ib1

=i

giC1=ig=ib2ic2=ßib2=

ig=ib1T2导通形成正反馈晶闸管迅速导通；T1进一步导通第7页，共42页，2023年，2月20日，星期四晶闸管开始工作时，UAK加反向电压，或不加触发信号（即UGK=0）；晶闸管导通后，UGK，去掉依靠正反馈，晶闸管仍维持导通状态；晶闸管截止的条件：（1）（2）晶闸管正向导通后，令其截止，必须减小UAK，或加大回路电阻，使晶闸管中电流的正反馈效应不能维持。第8页，共42页，2023年，2月20日，星期四结论晶闸管具有单向导电性（正晶闸管一旦导通，控制极失去作用。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。

向导通条件：A、K间加正向电压，G、K间加触发信号）；第9页，共42页，2023年，2月20日，星期四正向特性：控制极开路时，随UAK的加大，阳极电流逐渐增加。当U

=UDSM时，晶闸管自动导通。正常工作时，UAK应小于UDSM。UDSM：断态不重复峰值电压，又称正向转折电压。特性说明U--阳极、阴极间的电压I--阳极电流反向特性：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。URSM

：反向不重复峰值电压。第10页，共42页，2023年，2月20日，星期四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）URRM：反向重复峰值电压。（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）ITAV：通态平均电流。（环境温度为40OC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。）2、主要参数第11页，共42页，2023年，2月20日，星期四ITAV含义说明it2ITAV第12页，共42页，2023年，2月20日，星期四主要参数（续）UTAV：通态平均电压。（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。）IH：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。）UG、IG：控制极触发电压和电流。（在室温下，阳极电压为直流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1到5V，IG为几十到几百毫安。）第13页，共42页，2023年，2月20日，星期四晶闸管型号通态平均电压（UTAV）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14页，共42页，2023年，2月20日，星期四晶闸管电压、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15页，共42页，2023年，2月20日，星期四三、可控整流电路（一）单相半波可控整流电路1、电阻性负载电路及工作原理设u1为正弦波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。u1u2uTuLAGKRL（1）第16页，共42页，2023年，2月20日，星期四工作波形tu2tuGtuLtuT（2）：控制角：导通角第17页，共42页，2023年，2月20日，星期四输出电压及电流的平均值Uo=Io=（3）LORU2RLcos1U45.02a+=第18页，共42页，2023年，2月20日，星期四2、电感性负载（1）电路及工作原理设u1为正弦波DAuLGu1u2uTRKL

u2正半周时晶闸管导通，u2过零后，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。D称为续流二极管,加入D的目的就是消除反电动势的影响。第19页，共42页，2023年，2月20日，星期四（2）工作波形（不加续流二极管）tu2tuGtuLtuT第20页，共42页，2023年，2月20日，星期四工作波形（加续流二极管后）tu2tuGtuTuLtiLAV第21页，共42页，2023年，2月20日，星期四（3）电压与电流的计算（加入续流二极管后的情况）U0=Io负载中的电压及电流当L>>R时，ILAV在整个周期中可近似看做直流。LRUo=第22页，共42页，2023年，2月20日，星期四（二）单相全波可控整流电路1、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--晶体管T1T2D1D2RLuLu2AB+-第23页，共42页，2023年，2月20日，星期四T2RLD1u2

(A)u2

(B)u2<0的导通路径：T1、T2--晶闸管D1、D2--晶体管T1T2D1D2RLuLu2AB+-第24页，共42页，2023年，2月20日，星期四（2）工作波形tu2tuGtuLtuT1第25页，共42页，2023年，2月20日，星期四输出电压及电流的平均值Uo=Io=（3）LoRU第26页，共42页，2023年，2月20日，星期四2、电感性负载桥式可控整流电路u2T1T2D1D2DuLRL

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，请自行分析。第27页，共42页，2023年，2月20日，星期四两种常用可控整流电路的特点（1）电路特点u2TD2D1D4uLRLD3该电路只用一只晶闸管，且其上无反向电压。晶闸管和负载上的电流相同。第28页，共42页，2023年，2月20日，星期四（2）T1T2D1D2u2uLRL电路特点

该电路接入电感性负载时，D1、D2

便起续流二极管作用。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。第29页，共42页，2023年，2月20日，星期四四、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结第30页，共42页，2023年，2月20日，星期四工作原理UAuE

<

UA+UF=UP时PN结反偏，iE很小；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结正向导通压降第31页，共42页，2023年，2月20日，星期四2、单结晶体管的特性和参数IEuEUVUPIVUV、IV--谷点电压、电流（维持单结管导通的最小电压、电流。）负阻区：UE>UP后，大量空穴注入基区，致使IE增加、UE反而下降，出现负阻。UP--峰点电压（单结管由截止变导通所需发射极电压。）第32页，共42页，2023年，2月20日，星期四单结管符号EB2B1单结管重要特点UE<UV时单结管截止；UE>UP时单结管导通。小结第33页，共42页，2023年，2月20日，星期四3、单结晶体管振荡电路RR2R1CUucuOEB1ucttuouvup振荡波形第34页，共42页，2023年，2月20日，星期四uE=uC<UP时，单结管不导通，uo

0。此时R1上的电流很小，其值为：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。uOR2R1RCUucE第35页，共42页，2023年，2月20日，星期四

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。R2R1RCUucEuOR2起温度补偿作用ucUpUvuoUp-UDUP、UV--峰点、谷点电压UD--PN结正向导通压降第36页，共42页，2023年，2月20日，星期四注意：R值不能选的太小，否则单结管不能关断，电路亦不能振荡。

电容放电至ucuv时，单结管重新关断，使

uo0。脉冲宽度的计算：Tuoucupuvtw振荡周期的计算：第37页，共42页，2023年，2月20日，星期四4、具有放大环节的可控整流电路放大环节调节过程：US（给定电压）T1管的uc1T2管的ic2电容充电速度加快触发脉冲前移uL脉冲变压器Ru2