1晶闸管电路及其应用教材课程

第五章晶闸管电路及其应用

第一节

晶闸管

第二节单相桥式半控整流电路

第三节触发电路

第四节晶闸管的串并联及其保护1第一节晶闸管

基本结构

工作原理

伏安特性主要参数2晶闸管又称可控硅（SCR)（SiliconControlledRectifier）是一种大功率半导体器件，它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管具有体积小、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）等特点。3一、基本结构P1P2N1N2四层半导体K（阴极）G（控制极）A（阳极）三个PN结AKG符号5晶闸管不导通无论控制极G与阴极K之间是否加有电压，晶闸管均不能导通。二、工作原理P1P2N1N2N1P2AGK控制极G和阴极K之间不加正向电压阳极A和阴极K加反向电压反偏反偏阳极A和阴极K加正向电压正偏正偏反偏控制极G和阴极K之间加正向电压正向电压足够大时，三个PN结都正偏，晶闸管导通。KAGVT1VT26KAGVT1VT2RLUGUAIGβ2IGβ2IGβ1正反馈两个晶体管进入饱和导通状态。晶闸管导通后，UAK≈0.6～1.2V此时即使去掉控制极与阴极之间的电压，由于本身的正反馈作用晶闸管仍能维持导通。控制极电压UG的作用仅仅是触发晶闸管的导通7晶闸管的导通条件为：①阳极和阴极间加正向电压。②控制极和阴极间加正向触发电压。③阳极电流不小于维持电流。①阳极A加反向电压，或不加触发信号。②晶闸管正向导通后，若令其关断，必须减小UA（或使UA反向），使晶闸管中电流小于维持电流。晶闸管的截止条件为：8UAKIAIHINIG=0UBO导通URO三、伏安特性△UIG1IG2IG增加导通电压1V左右正向折转电压反向击穿电压O9四、主要参数通态平均电流IF：允许通过晶闸管阳极的工频频率正弦波半波电流的平均值。维持电流IH：在控制极开路的情况下，晶闸管维持导通时的最小阳极电流。正向电流小于IH时，管子自动阻断。触发电压UG和触发电流IG：晶闸管从阻断到完全导通所需要的最小的控制极直流电压和电流。10正向断态重复峰值电压UDRM：控制极开路的条件下，允许重复作用在晶闸管上的最大正向电压。一般情况下UDRM

＝UBO×80%。反向重复峰值电压URRM

：控制极开路的条件下，允许重复作用在晶闸管上的最大反向电压。一般情况下URRM

＝UBO×80%。额定电压UD：取UDRM和URRM

中较小的一个数值标为器件的额定电压。11

通态平均电压（管压降）UT(AV）:当元件流过正弦半波的额定电流平均值和稳定的额定结温时，元件阳极与阴极之间电压降的平均值称为管压降UT(AV）。管压降越小，表明元件耗散功率越小，管子质量越好。12普通晶闸管型号命名例如，KP200—5E，表示该元件额定电流为200A，额定电压为500V，管压降为0.7～0.8V的普通晶闸管。13第二节单向桥式半控整流电路电阻性负载桥式可控整流电路电感性负载桥式可控整流电路14电炉、电焊及白炽灯等均属于电阻性负载。电阻性负载的特点是：负载两端电压波形和流过的电流波形相似，其电流、电压均允许突变。单相半波可控整流电路电阻性负载15单相半波可控整流电路16属于此类负载的，工业上如电动机的励磁线圈、输出串接平波电抗器（FilterReacter）的负载等。电感性负载不同于电阻性负载，为了便于分析，通常电阻与电感分开。单相半波可控整流电路电感性负载1718为了使过零变负时能及时地关断晶闸管，使波形不出现负值，又能给电感线圈提供续流的旁路，可以在整流输出端并联二极管如图所示。由于该二极管是为电感负载在晶闸管关断时提供续流回路，故将此二极管简称续流管，用VD表示。19一、电阻性负载桥式可控整流电路VH1VH2VD1VD2RLuou1.电路分析u正半周(０～π)a(＋)b(－)电流方向负半周(π～２π)a(－)b(＋)ab触发脉冲uG引入控制极VH1导通、VD2导通uo＝uVH2导通、VD1导通+－uo＝－u+－202.工作波形ωtuωtuGωtuoωtuVT1

OOOOπ2π3π213.参数计算整流输出电压平均值输出电流平均值二极管和晶闸管承受的最高反相电压为22二、电感性负载桥式可控整流电路uVH1VH2VD1VD2VD3uoRLL加续流二极管VD3后电路工作情况以及负载上电压和电阻性负载类似。整流器件不导通时，由于电感储能，经续流二极管，负载上的电流仍然存在。感性负载上的电流接近水平的直线。23第三节触发电路单结晶体管触发电路集成触发电路24一、单结晶体管触发电路晶闸管由阻断变为导通的条件：在阳极和阴极间加上正向电压在控制极和阴极间加上触发信号触发信号的要求：触发脉冲要有足够的功率触发脉冲要有一定的宽度触发脉冲必须与主电路同步触发脉冲要有一定的相移范围251.单结晶体管的结构和特性b2（第二基极）b1（第一基极）NPPN结e(发射极)eb2b1结构符号26ieueUVUPIVIPO单结晶体管的伏安特性eb2b1ueUbbieb1接负、b2接正e与b1间呈高阻态当ue>ηUbb时e与b1间呈低阻态27UV、IV--谷点电压、电流维持单结管导通的最小电压、电流。UP、IP--峰点电压、电流单结管由截止变导通所需发射极电压。

uE<UV

时单结管截止uE>UP

时单结管导通282.单结晶体管的弛张振荡电路tuR1UVUPRR1CEuCuR1eb1b2uCtOO29u1u2uZuCR2RRfxR1RWuWC3.同步振荡电路整流削波弛张振荡电路触发脉冲30u2uZUZuWuR1TOOOtttuC改变电容C的充放电速度,可以改触发变脉冲周期T。31第四节晶闸管的串并联及其保护晶闸管的串并联晶闸管的过载保护电路32一、晶闸管的串、并联1.晶闸管的并联应用晶闸管并联可以分流。VH1VH2RR串电阻均流电路简单，但电阻消耗功率，对动态均流不起作用，只适用于小功率。33串电抗均流VH1VH2对静态、动态均流都起作用。晶闸管不宜直接并联，因特性不同容易造成分流不均，从而烧坏器件。342.晶闸管的串联应用晶闸管串联可以分压。晶闸管不宜直接串联，因特性不同容易造成分压不均，从而击穿器件。通常在晶闸管两端并联电阻和阻容器件。35二、晶闸管的过载保护晶闸管的主要缺点：过电流、过电压能力很差。1.晶闸管的过电流保护晶闸管产生过流的原因:

负载短路或过载电路中某一晶闸管击穿或短路，造成其它器件过流触发电路不正常36设置快速熔断器~FURFUFU在输出端设置过流继电器及快速开关

整流触发脉冲相移保护利