《晶闸管的应用》PPT课件.ppt
晶闸管又称可控硅（晶闸管又称可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是）是一种大功率半导体器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件，它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。强电领域。晶闸管具有晶闸管具有体积小、重量轻、无噪声、寿体积小、重量轻、无噪声、寿命长、命长、容量大等特点。容量大等特点。一一.晶闸管晶闸管1.基本结构基本结构P1P2N1N2四四 层层 半半 导导 体体K（阴极）（阴极）G（控制极）（控制极）A（阳极）（阳极）三三 个个 PN结结AKG符号符号螺栓式结构螺栓式结构平板式结构平板式结构小电流小电流螺栓式螺栓式大电流螺大电流螺栓式栓式晶闸管不导通晶闸管不导通 无论控制极无论控制极G与阴极与阴极K之间是否加有电压，晶闸之间是否加有电压，晶闸管均不能导通。管均不能导通。2.工作原理工作原理P1P2N1N2N1P2AGK 控制极控制极G和阴极和阴极K之间不加正之间不加正向电压向电压 阳极阳极A和阴极和阴极K加反向电压加反向电压反偏反偏反偏反偏 阳极阳极A和阴极和阴极K加正向电压加正向电压正偏正偏正偏正偏反偏反偏 控制极控制极G和阴极和阴极K之间加正向之间加正向电压电压 正向电压足够大时，三个正向电压足够大时，三个PN结都正偏，晶闸管导通。结都正偏，晶闸管导通。KAGVT1VT2KAGVT1VT2RLUGUAIG2IG2IG1正反馈正反馈 两个晶体管进两个晶体管进入饱和导通状态。入饱和导通状态。晶闸管导通后，晶闸管导通后，UAK 此时即使去掉控此时即使去掉控制极与阴极之间的制极与阴极之间的电压，由于本身的电压，由于本身的正反馈作用晶闸管正反馈作用晶闸管仍能维持导通。仍能维持导通。控制极电压控制极电压UG的作用仅的作用仅仅是触发晶闸管的导通仅是触发晶闸管的导通 晶闸管的晶闸管的导通条件导通条件为：为：阳极和阴极间加正向电压。阳极和阴极间加正向电压。控制极和阴极间加正向触发电压。控制极和阴极间加正向触发电压。阳极电流不小于维持电流。阳极电流不小于维持电流。阳极阳极A加反向电压，或不加触发信号。加反向电压，或不加触发信号。晶闸管正向导通后，若令其关断，必须减小晶闸管正向导通后，若令其关断，必须减小UA（或使（或使UA反向），使晶闸管中电流小于维反向），使晶闸管中电流小于维持电流。持电流。晶闸管的晶闸管的截止条件截止条件为：为：UAKIAIHIFIG=0UBO导通导通UBR3.伏安特性伏安特性UFIG1IG2IG增加增加导通电压导通电压1V左右左右正向折正向折转电压转电压反向击反向击穿电压穿电压O4.主要参数主要参数UFRM:正向重复峰值电压（正向重复峰值电压（正向重复峰值电压（正向重复峰值电压（晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管耐压值）耐压值）耐压值）耐压值）晶闸管晶闸管控制极开路且正向阻断情况下控制极开路且正向阻断情况下,允允许重复加在许重复加在晶闸管晶闸管两端的正向峰值电压。两端的正向峰值电压。一般取一般取UFRM =80%UB0 。反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压控制极开路时控制极开路时,允许重复作用在允许重复作用在晶闸管晶闸管元元 件上的反向峰值电压。件上的反向峰值电压。一般取一般取 URRM =80%UBR URRM：额定电压额定电压UN：取：取UFRM和和URRM 中较小的一个数中较小的一个数 值标为器件的额定电压。值标为器件的额定电压。正向平均电流正向平均电流正向平均电流正向平均电流环境温度为环境温度为4040 C C及及标准散热条件下，标准散热条件下，晶闸晶闸管处于管处于全导通时全导通时可以连续通过的工频正弦可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。半波电流的平均值。IF：IF t 2 如果正弦半波电流的最大值为如果正弦半波电流的最大值为Im,则则UF:通态平均电压（管压降）通态平均电压（管压降）通态平均电压（管压降）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，在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、阴极间的电压平均值。晶闸管阳、阴极间的电压平均值。晶闸管阳、阴极间的电压平均值。晶闸管阳、阴极间的电压平均值。一般为一般为一般为一般为1V1V左右。左右。左右。左右。I IHH:维持电流维持电流维持电流维持电流 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。通状态所必须的最小电流。通状态所必须的最小电流。通状态所必须的最小电流。一般一般一般一般I IHH为几十为几十为几十为几十 一百多毫安。一百多毫安。一百多毫安。一百多毫安。U UGKGK、I IGG：控制极触发电压和电流控制极触发电压和电流控制极触发电压和电流控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流室温下，阳极电压为直流室温下，阳极电压为直流室温下，阳极电压为直流6V6V时，使晶闸管完时，使晶闸管完时，使晶闸管完时，使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流全导通所必须的最小控制极直流电压、电流全导通所必须的最小控制极直流电压、电流全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。一般一般一般一般U UGG为为为为1 1到到到到5V5V，I IGG为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。5.5.晶闸管型号及其含义晶闸管型号及其含义晶闸管型号及其含义晶闸管型号及其含义 导通时平均电压组别导通时平均电压组别导通时平均电压组别导通时平均电压组别共九级共九级共九级共九级,用字母用字母用字母用字母AIAI表示表示表示表示额定电压额定电压,用百位或千位数表示用百位或千位数表示取取UFRM或或URRM较小者较小者额定正向平均电流额定正向平均电流(IF)（晶闸管类型）（晶闸管类型）（晶闸管类型）（晶闸管类型）P-普通晶闸管普通晶闸管普通晶闸管普通晶闸管S-双向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管 晶闸管晶闸管K P普通型普通型如如KP5-7表示表示额定正向平均电流为额定正向平均电流为5A,额定电压为额定电压为700V。1.什么是可控整流电路？在输入交流电压一定时，二极管整流电路输出的直流电压大小是固定的，一般不能任意调节，这种整流电流称为不可控整流电路。采用晶闸管整流电路可以把交流电转换为电压大小可以调节的直流电，故称为可控整流电路。二、二、可控整流电路可控整流电路2.可控整流电路的形式单相电路单相电路三相电路三相电路半波电路半波电路全波电路全波电路桥式电路桥式电路全控桥式电路全控桥式电路半控桥式电路半控桥式电路半波电路半波电路桥式电路桥式电路全控桥式电路全控桥式电路半控桥式电路半控桥式电路a.单相半波可控整流单相半波可控整流(1)电阻性负载电阻性负载电阻性负载电阻性负载 u u2 2 0 0 时：时：时：时：若若若若u ug g g g=0=0=0=0，晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管不导通，不导通，不导通，不导通，u u2 2 0 0 时时时时:晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管承受反向电压不导通承受反向电压不导通承受反向电压不导通承受反向电压不导通,u uo o=0,=0,=0,=0,u uT T T T=u u2 2 ，故称可控整流。故称可控整流。故称可控整流。故称可控整流。控制极加触发信号，晶闸管控制极加触发信号，晶闸管控制极加触发信号，晶闸管控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压承受正向电压承受正向电压承受正向电压导通，导通，导通，导通，u u2 2u uo oR RL L+u uT T+Ti io ou u1 1工作原理工作原理 t1 2 u u 2 2 0 0时时时时:tO tO 接电阻负载时接电阻负载时接电阻负载时接电阻负载时单相半波可控整流电路电压、电流波形单相半波可控整流电路电压、电流波形单相半波可控整流电路电压、电流波形单相半波可控整流电路电压、电流波形 控制角控制角 t1 tO tO t22 tO导通角导通角工作波形工作波形工作波形工作波形整流输出电压及电流的平均值整流输出电压及电流的平均值整流输出电压及电流的平均值整流输出电压及电流的平均值由公式可知：由公式可知：由公式可知：由公式可知：改变控制角改变控制角，可改变输出电压，可改变输出电压Uo。（2）电感性负载电感性负载 当电压当电压当电压当电压u过零后，由于电感反电动势的存在，晶过零后，由于电感反电动势的存在，晶过零后，由于电感反电动势的存在，晶过零后，由于电感反电动势的存在，晶闸管在一段时间内仍维持导通，失去单向导电作用。闸管在一段时间内仍维持导通，失去单向导电作用。闸管在一段时间内仍维持导通，失去单向导电作用。闸管在一段时间内仍维持导通，失去单向导电作用。u u2 2u uo oR R+u uT T+TLeL 在电感性负载中在电感性负载中在电感性负载中在电感性负载中,当晶闸管刚触发导通时，电当晶闸管刚触发导通时，电当晶闸管刚触发导通时，电当晶闸管刚触发导通时，电感元件上产生阻碍电流变化的感应电势感元件上产生阻碍电流变化的感应电势感元件上产生阻碍电流变化的感应电势感元件上产生阻碍电流变化的感应电势(极性如图极性如图极性如图极性如图)，电流不能跃变，将由零逐渐上升。，电流不能跃变，将由零逐渐上升。，电流不能跃变，将由零逐渐上升。，电流不能跃变，将由零逐渐上升。u u1 1 tO tO tO t1 tO t22 工作波形工作波形工作波形工作波形 u uu uo oR R+u uT T+LTi io oDi io ou u 0 0 0 0时时时时：D D反向截止，不影响整流电路工作。反向截止，不影响整流电路工作。反向截止，不影响整流电路工作。反向截止，不影响整流电路工作。u u 0Ubb时时 e与与b1间呈低阻态间呈低阻态返回返回UV、IV-谷点电压、电流谷点电压、电流维持单结管导通的最小电压、电流。维持单结管导通的最小电压、电流。UP、IP-峰点电压、电流峰点电压、电流 单结管由截止变导通所需发射极电压。单结管由截止变导通所需发射极电压。uEUP 时单结管导通时单结管导通返回返回2.单结晶体管的弛张振荡电路单结晶体管的弛张振荡电路tuR1UVUPRR1CEuCuR1eb1b2uCtOO返回返回u1u2uZuCR2RRfxR1RWuWC3.同步振荡电路同步振荡电路整流整流 削波削波 弛张振弛张振荡电路荡电路触发触发脉冲脉冲返回返回u2uZUZuWuR1TOOOtttuC 改变电容改变电容C的充放电速度的充放电速度,可以改触发变可以改触发变脉冲周期脉冲周期T。二、集成触发电路二、集成触发电路返回返回1.KJ004型集成电路型集成电路 KJ004外部引线图外部引线图123KJ00445678910111213141516正电源正电源负相输出负相输出13、14脉冲列脉冲列11、12脉冲宽脉冲宽比较比较同步输入同步输入地地负电源负电源锯齿波输出锯齿波输出锯齿波斜率调节锯齿波斜率调节正相输出正相输出返回返回 工作电路工作电路同步同步电压电压锯齿波锯齿波电压电压U9时时第四节第四节 晶闸管的串并联及其保护晶闸管的串并联及其保护 晶闸管的串并联晶闸管的串并联 晶闸管的过载保护电路晶闸管的过载保护电路返返 回回返回返回一、晶闸管的串、并联一、晶闸管的串、并联1.晶闸管的并联应用晶闸管的并联应用 晶闸管并联可以分流。晶闸管并联可以分流。VH1VH2RR 串电阻均流串电阻均流 电路简单，但电阻消耗电路简单，但电阻消耗功率，对动态均流不起作功率，对动态均流不起作用，只适用于小功率。用，只适用于小功率。返回返回 串电抗均流串电抗均流VH1VH2 对静态、动态均流都对静态、动态均流都起作用。起作用。晶闸管不宜直接并联，晶闸管不宜直接并联，因特性不同容易造成分流因特性不同容易造成分流不均，从而烧坏器件。不均，从而烧坏器件。返回返回2.晶闸管的串联应用晶闸管的串联应用 晶闸管串联可以分压。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。造成分压不均，从而击穿器件。通常在晶闸管通常在晶闸管两端并联电阻和阻两端并联电阻和阻容器件。容器件。返回返回二、晶闸管的过载保护二、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。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的过电流保护晶闸管产生过流的原因晶闸管产生过流的原因:负载短路或过载负载短路或过载 电路中某一晶闸管击穿或短路，造成其它电路中某一晶闸管击穿或短路，造成其它器件过流器件过流 触发电路不正常触发电路不正常返回返回 设置快速熔断器设置快速熔断器 FURFUFU 在输出端设置过流继电器及快速开关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整流触发脉冲相移保护 利用过电流的信号，把触发脉冲移后，利用过电流的信号，把触发脉冲移后，从而减小晶闸管的从而减小晶闸管的 导通角或停止触发。导通角或停止触发。返回返回2.晶闸管的过电压保护晶闸管的过电压保护 晶闸管承受过电压的能力极差，电压超过晶闸管承受过电压的能力极差，电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。损坏。产生过电压的原因：电路中积聚的电磁能产生过电压的原因：电路中积聚的电磁能量消散不掉。量消散不掉。通常采用通常采用 阻容保护装置，利用电容吸收过压。阻容保护装置，利用电容吸收过压。即将过电压的能量变成电场能量储存到电容中，即将过电压的能量变成电场能量储存到电容中，然后由电阻消耗掉。然后由电阻消耗掉。
