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文档简介

关于晶闸管及其应用

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,2024年2月25日,星期天应用领域: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,2024年2月25日,星期天一、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,2024年2月25日,星期天符号AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK2、工作原理示意图第5页,共42页,2024年2月25日,星期天APPNNNPGKi

gßi

gßßig工作原理分析KAGT1T2第6页,共42页,2024年2月25日,星期天工作原理说明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,2024年2月25日,星期天晶闸管开始工作时,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,2024年2月25日,星期天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,2024年2月25日,星期天正向特性: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,2024年2月25日,星期天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,2024年2月25日,星期天ITAV含义说明it

2

ITAV第12页,共42页,2024年2月25日,星期天主要参数(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,2024年2月25日,星期天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,2024年2月25日,星期天晶闸管电压、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,2024年2月25日,星期天三、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,2024年2月25日,星期天工作波形tu2tuGtuLtuT

(2)

:控制角

:导通角第17页,共42页,2024年2月25日,星期天输出电压及电流的平均值Uo=Io=(3)LORU2RLcos1U45.02a+=第18页,共42页,2024年2月25日,星期天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,2024年2月25日,星期天(2)工作波形(不加续流二极管)tu2tuGtuLtuT

第20页,共42页,2024年2月25日,星期天工作波形(加续流二极管后)tu2tuGtuT

uLtiLAV第21页,共42页,2024年2月25日,星期天(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,2024年2月25日,星期天(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,2024年2月25日,星期天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,2024年2月25日,星期天(2)工作波形tu2tuGtuLtuT1第25页,共42页,2024年2月25日,星期天输出电压及电流的平均值Uo=Io=(3)LoRU第26页,共42页,2024年2月25日,星期天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,2024年2月25日,星期天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,2024年2月25日,星期天(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,2024年2月25日,星期天四、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,2024年2月25日,星期天工作原理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,2024年2月25日,星期天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,2024年2月25日,星期天单结管符号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,2024年2月25日,星期天3、单结晶体管振荡电路RR2R1CUucuOEB1ucttuouvup振荡波形第34页,共42页,2024年2月25日,星期天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,2024年2月25日,星期天

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,2024年2月25日,星期天注意: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uc

uv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,2024年2月25日,星期天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Ru2RE2R1RS

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