《可控整流》PPT课件.ppt

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1、第二十三讲功率半导体器件和变流器功率半导体器件和变流器 可控整流电路可控整流电路 晶闸管晶闸管 交流调压和变频电路交流调压和变频电路PNPN8.3.1 8.3.1 8.3.1 8.3.1 晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管 基本结构A阳极AK阴极G控制极GKAGK第8章上页下页返回符号(a)(a)外形外形外形外形T2T1IGEGREAP2N1P1工作原理分析：工作原理分析：P1N1N2P2AGK思考题：晶闸管和二极管、三极管原理的区别?N1P2N2第8章上页下页返回K+AT1P2GP1P2IAN1N2IKIGN1T2-2 IG12IG在极短时间内使两个三极管在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触

2、发均饱和导通，此过程称触发导通。导通。AGK晶闸管导通必须同时具备两个条件晶闸管导通必须同时具备两个条件:1.1.晶闸管阳极电路加正向电压晶闸管阳极电路加正向电压;2.2.控制极电路加适当的正向电压。控制极电路加适当的正向电压。第8章上页下页结论结论返回控制极只需加触发脉冲即可。控制极只需加触发脉冲即可。IGIGUBRUBOIUIHIG0=0IG1IG2第8章上页下页+_+_没有导通时的特性导通时的特性晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性返回UP1N1N2P2AGK控制极未加正向电压时控制极未加正向电压时控制极加正向电压时控制极加正向电压时0 主要参数主要参数UFRM:正向重复峰值电压（正向重复峰

3、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 。普通普通晶闸管晶闸管 UFRM 为为100V 3000V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 普通普通晶闸管晶闸管 URRM为为100V30

4、00VURRM：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,则则普通晶闸管普通晶闸管IF为为1A 1000A。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

5、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

6、。一百多毫安。U UGG、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。晶闸管型号及其含义晶闸管型号及

7、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V V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K-快速晶闸管快速晶闸管快速晶闸管快速晶闸管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

8、流为5A,额定电压为额定电压为700V。上页下页返回第8章绝缘门极双极型晶体管（绝缘门极双极型晶体管（绝缘门极双极型晶体管（绝缘门极双极型晶体管（IGBTIGBT）IGBT是一种MOSFET与GTR（大功率双极型晶体管）的复合器件。CGEIGBT原理示意图和符号CGE门极发射极集电极 IGBT是一种既能控制 其导通又能控制其关断的功率半导体器件，当门极加上一定的正向电压时管子导通，而当门极加反向电压时，管子则被关断。8.3.2 8.3.2 可控整流电路可控整流电路第8章上页下页返回 变流电路有四种基本类型：整流（ACDC)、逆变（DCAC)、直流调压（DCDC)、交流调压及变频（ACAC)可控

9、整流电路的主电路结构形式：单相半波、单相桥式、三相半波、三相桥式等 可控整流电路的功能：将交流电变换成电压大小可调的直流电1 1、单相半波可控整流电路、单相半波可控整流电路电阻性负载u=2Usint第8章上页下页uuGu0uTtttt返回uTRcuTu0uG+0000i io o+T1T2RLuoD1D2a a u u+b b单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路1.1.电路电路电路电路2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理 T T1 1和和和和D D2 2承受正向承受正向承受正向承受正向电压。电压。电压。电压。T T1 1控制极加触控制极加触控制极加触控制极加触发电压发电压发电压发电压,

10、则则则则T T1 1和和和和D D2 2导导导导通，通，通，通，电流的通路为电流的通路为电流的通路为电流的通路为T T1 1、T T2 2 晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管D D1 1、D D2 2晶体管晶体管晶体管晶体管aRLD2T1b(1)(1)电压电压电压电压u u 为正半周为正半周为正半周为正半周时时时时此时，此时，此时，此时，T T2 2和和和和D D1 1均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。均承受反向电压而截止。t tO tO3.3.工作波形工作波形工作波形工作波形2 tO4.4.输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值输出电压及电流

11、的平均值2.2.硒堆保护硒堆保护硒堆保护硒堆保护晶闸管的过压保护晶闸管的过压保护1.1.阻容保护阻容保护阻容保护阻容保护C CR R 利用电容吸收过压。利用电容吸收过压。利用电容吸收过压。利用电容吸收过压。其实质就是将造成过电压其实质就是将造成过电压其实质就是将造成过电压其实质就是将造成过电压的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电阻中消耗掉。阻中消耗掉。阻中消耗掉。阻中消耗掉。RCRC 硒堆保护硒堆保护(硒整流片硒整流片)C CR RR RL L晶闸管元件晶

12、闸管元件的阻容保护的阻容保护单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路单结晶体管结构及工作原理单结晶体管结构及工作原理1.1.1.1.结构结构结构结构B B2 2第二基极第二基极第二基极第二基极B B1 1N欧姆接触欧姆接触欧姆接触欧姆接触接触电阻接触电阻接触电阻接触电阻P发射极发射极发射极发射极E E第一基极第一基极第一基极第一基极PN结结N型硅片型硅片(a)(a)示意图示意图示意图示意图单结晶体管结构示意图及其表示符号单结晶体管结构示意图及其表示符号单结晶体管结构示意图及其表示符号单结晶体管结构示意图及其表示符号(b)(b)符符符符号号号号B B2 2E EB B1 12.2.工作原理工作原理工

13、作原理工作原理 U UE E U UP P后，后，后，后，大量空穴注入基区，大量空穴注入基区，大量空穴注入基区，大量空穴注入基区，致使致使致使致使IE增加、增加、增加、增加、UE反反反反而下降，出现负阻。而下降，出现负阻。而下降，出现负阻。而下降，出现负阻。P1.1.U UE E U UP P时单结管导通，时单结管导通，时单结管导通，时单结管导通，U UE E U UV V时恢复截止。时恢复截止。时恢复截止。时恢复截止。单结晶体管的特点单结晶体管的特点单结晶体管的特点单结晶体管的特点B B2 2E EB B1 12.2.单结晶体单结晶体单结晶体单结晶体管的峰点电压管的峰点电压管的峰点电压管的峰

14、点电压U UP P与与与与 外加固定电压外加固定电压外加固定电压外加固定电压U UBBBB及分压比及分压比及分压比及分压比 有关，有关，有关，有关，外加电压外加电压外加电压外加电压U UBBBB或或或或分压比分压比分压比分压比 不同，则峰点电不同，则峰点电不同，则峰点电不同，则峰点电 压压压压U UP P不同。不同。不同。不同。3.不同单结晶体管的谷点电压不同单结晶体管的谷点电压U UV V和和和和谷点电流谷点电流I IV V都都 不一样。谷点电压大约在不一样。谷点电压大约在2 5V之间。常选用之间。常选用 稍大一些，稍大一些，U UV V稍小的单结晶体管，以增大输稍小的单结晶体管，以增大输

15、出脉冲幅度和移相范围。出脉冲幅度和移相范围。单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路1.1.振荡电路振荡电路振荡电路振荡电路单结晶体管弛张振荡电路单结晶体管弛张振荡电路单结晶体管弛张振荡电路单结晶体管弛张振荡电路 单结晶体管弛张单结晶体管弛张单结晶体管弛张单结晶体管弛张振荡电路利用单结管振荡电路利用单结管振荡电路利用单结管振荡电路利用单结管的负阻特性及的负阻特性及的负阻特性及的负阻特性及RCRC电路电路电路电路的充放电特性组成频的充放电特性组成频的充放电特性组成频的充放电特性组成频率可调的振荡电路。率可调的振荡电路。率可调的振荡电路。率可调的振荡电路。ug gR R2 2R R1 1R RU Uu

16、c cE E+C C+_ _ _+_ _5050 100k100k 300300 0.470.47 F Fug gR R2 2R R1 1R RU UuC CE E+C C+_ _ _+_ _5050 100k100k 300300 0.470.47 F F2.2.振荡过程分析振荡过程分析振荡过程分析振荡过程分析设通电前设通电前设通电前设通电前u uC C=0=0。接通电源接通电源接通电源接通电源U U,电容电容电容电容C C经电阻经电阻经电阻经电阻R R充电。充电。充电。充电。电容电压电容电压电容电压电容电压u uC C C C逐渐升高。逐渐升高。逐渐升高。逐渐升高。当当当当u uC C U

17、 UP P时时时时,单结管导通单结管导通单结管导通单结管导通,电电电电容容容容C C放电放电放电放电,R R1 1上得到一脉冲电压。上得到一脉冲电压。上得到一脉冲电压。上得到一脉冲电压。U Up pUvU Up p-U UV VuC C tug t电容放电至电容放电至电容放电至电容放电至 u uC C U Uv v v v时，单结管重新关断，使时，单结管重新关断，使时，单结管重新关断，使时，单结管重新关断，使u ug g 0 0 0 0。(a)(a)(b)(b)注意：注意：注意：注意：R R值不能选值不能选值不能选值不能选的太小，否则单结的太小，否则单结的太小，否则单结的太小，否则单结管不能关

18、断，电路管不能关断，电路管不能关断，电路管不能关断，电路亦不能振荡亦不能振荡亦不能振荡亦不能振荡。up puv(c)(c)电压波形电压波形电压波形电压波形uC C t tugOO主电路主电路主电路主电路触发电路触发电路触发电路触发电路u u1 1+RLR1R2RPCRuZT1D1D2T2u2+uC+RuL L+ug g+u u+单结管触发的半控桥式整流电路单结管触发的半控桥式整流电路1.1.电路电路电路电路2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理(1)(1)整流削波整流削波整流削波整流削波U2M削削削削 波波波波U UZ ZRu2+uo+uZ整流整流整流整流U2M t tOZ Z t tO t

19、 tO(2)(2)触发电路触发电路触发电路触发电路UP-UVR1R2RPCuc+Rug g+uZ+t t t tU UvUpRLT1D1D2T2uL L+(3)(3)输出电压输出电压输出电压输出电压u uL LOOUZ t tO t tO问问 题题 讨讨 论论1.1.单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发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？电路为什么接在同一个变压器上？电路为什么接在同一个变压器上？电路为什么接在同一个变压器上？目的：目的：目的：目的：保证主电路和触发电路的电源

20、电压同时过保证主电路和触发电路的电源电压同时过保证主电路和触发电路的电源电压同时过保证主电路和触发电路的电源电压同时过零零零零(即两者同步即两者同步即两者同步即两者同步)，使电容在每半个周期均从零开始，使电容在每半个周期均从零开始，使电容在每半个周期均从零开始，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充电，从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现充电，从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现充电，从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同的时刻相同的时刻相同的时刻相同(即即即即 角一样角一样角一样角一样)以使输出平均电压不变。以使输出平均电压不变。以使输出平均

21、电压不变。以使输出平均电压不变。2.2.触发电路中，整流后为什么加稳压管？触发电路中，整流后为什么加稳压管？触发电路中，整流后为什么加稳压管？触发电路中，整流后为什么加稳压管？稳压管的作用：稳压管的作用：稳压管的作用：稳压管的作用：是将整流后的电压变成梯形是将整流后的电压变成梯形是将整流后的电压变成梯形是将整流后的电压变成梯形(即削即削即削即削波波波波)，使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上，使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上，使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上，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从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周

22、期产生从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生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。第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。3.3.一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？如何改变控制角如何改变控制角如何改变控制角如何改变控制角？根据晶闸管的特性，它一旦触发导通，在阳极电根据晶闸管的特性，它一旦触发导通，在阳极电根据晶闸管的特性，

23、它一旦触发导通，在阳极电根据晶闸管的特性，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，仍能维持压足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持压足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持压足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持导通状态。因此，每半个周期中只有第一个触发脉导通状态。因此，每半个周期中只有第一个触发脉导通状态。因此，每半个周期中只有第一个触发脉导通状态。因此，每半个周期中只有第一个触发脉冲起作用。冲起作用。冲起作用。冲起作用。改变充电时间常数即可改变控制角改变充电时间常数即可改变控制角改变充电时间常数即可改变控制角改变充电时间常数即可改变控制角 。控制角控制角控制角

24、控制角 变化的范围称为移相范围。变化的范围称为移相范围。变化的范围称为移相范围。变化的范围称为移相范围。4.4.电压的调节电压的调节电压的调节电压的调节R R 电容充电速度变慢电容充电速度变慢电容充电速度变慢电容充电速度变慢 uL L单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路T1+U1RE1-CT2RC1RE2R2T3T4D1D2DZR 输出脉冲可以直接从电阻输出脉冲可以直接从电阻R1引出引出(如前图如前图)，也可，也可通过脉冲变压器输出。由于晶闸管控制极与阴极间通过脉冲变压器输出。由于晶闸管控制极与阴极间允许的反向电压很小，为了防止反向击穿，在脉冲允许的反向电压很小，为了防止反向击穿，在脉冲变压器

25、副边串联二极管变压器副边串联二极管D1,可将反向电压隔开，而可将反向电压隔开，而并联并联D2，可将反向电压短路。，可将反向电压短路。应用举例应用举例1.电瓶充电机电路电瓶充电机电路R1AVR2R4R3RPDDZTC+_待待待待充充充充电电电电瓶瓶瓶瓶T1 该电瓶充电机电路使用元件较少，线路简单，该电瓶充电机电路使用元件较少，线路简单，该电瓶充电机电路使用元件较少，线路简单，该电瓶充电机电路使用元件较少，线路简单，具有过充电保护、短路保护和电瓶短接保护。具有过充电保护、短路保护和电瓶短接保护。具有过充电保护、短路保护和电瓶短接保护。具有过充电保护、短路保护和电瓶短接保护。工作原理工作原理工作原理

26、工作原理 R R2 2 、R RP P、C C 、T T1 1 、R R3 3 、R R4 4 构成了单结晶体管构成了单结晶体管构成了单结晶体管构成了单结晶体管触发电路触发电路触发电路触发电路。当待充电电瓶接入电路后，触发电路获得所需当待充电电瓶接入电路后，触发电路获得所需当待充电电瓶接入电路后，触发电路获得所需当待充电电瓶接入电路后，触发电路获得所需电源电压开始工作。电源电压开始工作。电源电压开始工作。电源电压开始工作。R1AV R2R4R3RP D DZTC+_待待待待充充充充电电电电瓶瓶瓶瓶 T1 当电瓶电压充到一定数值时，使得当电瓶电压充到一定数值时，使得当电瓶电压充到一定数值时，使得

27、当电瓶电压充到一定数值时，使得单结晶体管单结晶体管单结晶体管单结晶体管的峰点电压的峰点电压的峰点电压的峰点电压U UP P大于稳压管大于稳压管大于稳压管大于稳压管D DZ Z的稳定电压，单结晶体的稳定电压，单结晶体的稳定电压，单结晶体的稳定电压，单结晶体管不能导通，触发电路不再产生触发脉冲，充电机管不能导通，触发电路不再产生触发脉冲，充电机管不能导通，触发电路不再产生触发脉冲，充电机管不能导通，触发电路不再产生触发脉冲，充电机停止充电。停止充电。停止充电。停止充电。R1AV R2R4R3RP D DZTC+_待待待待充充充充电电电电瓶瓶瓶瓶 T1上页下页2.2.交流变频交流变频交流变频交流变频第八章 将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电。应用于交流电动机的调速、中频电源、高频电源等领域。变频方式：变频方式：直接变频交直交方式两种变频电源返回第八章上页下页ACDCAC整流逆变交交交交直直直直交方式交方式交方式交方式ET1T2T3T4uLRLuLtT1T4导通导通T2T3导通导通无源逆变的工作原理原理返回0第八章上页下页返回 直流调压电路直流调压电路 直流调压电路也称斩波调压器，它可以将大小固定的直流电压变换为大小可调的直流电压。降压型斩波器原理如下图:LdIGBT+EGD+tIGBT导通导通IGBT截止截止负载侧的直流电压：负载侧的直流电压：作业：8.2.6，.7，.9