晶闸管电路及其应用.ppt

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1、第五章第五章 晶闸管电路及其应用晶闸管电路及其应用 第一节第一节 晶闸管晶闸管 第二节第二节 单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路 第三节第三节 触发电路触发电路 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1第一节第一节 晶闸管晶闸管 基本结构基本结构 工作原理工作原理 伏安特性伏安特性 主要参数主要参数2 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

2、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（正向平均电流达千安、正向耐容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）等特点。压达数千伏）等特点。3螺旋式结构螺旋式结构平板式结构平板式结构4一、基本结构一、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5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。二、工作原理二、工作原理P1P2N1N2N1P2AGK 控制极控制极G和阴极和阴极K之间不加

3、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。KAGVT1VT26KAGVT1VT2RLUGUAIG2IG2IG1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

4、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 7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：8UAKIA

5、IHINIG=0UBO导通导通URO三、伏安特性三、伏安特性UIG1IG2IG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O9四、主要参数四、主要参数 通态平均电流通态平均电流IF：允许通过晶闸管阳极的：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。工频频率正弦波半波电流的平均值。维持电流维持电流IH：在控制极开路的情况下，晶：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。正向电流闸管维持导通时的最小阳极电流。正向电流小于小于IH时，管子自动阻断。时，管子自动阻断。触发电压触发电压UG和触发电流和触发电流IG：晶闸管从阻断：晶闸管从阻断到完

6、全导通所需要的最小的控制极直流电压到完全导通所需要的最小的控制极直流电压和电流。和电流。10 正向断态重复峰值电压正向断态重复峰值电压UDRM：控制极开路：控制极开路的条件下，允许重复作用在晶闸管上的最大正的条件下，允许重复作用在晶闸管上的最大正向电压。一般情况下向电压。一般情况下UDRM UBO80%。反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM：控制极开路的条：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。一般情况下压。一般情况下URRM UBO80%。额定电压额定电压UD：取：取UDRM和和URRM 中较小的一中较小的一个数值标为器件的额定

7、电压。个数值标为器件的额定电压。11 通态平均电压（管压降）通态平均电压（管压降）UT(AV）:当当元件流过元件流过正弦半波的额定电流平均值和稳定的额定结温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时，元件阳极与阴极之间电压降的平均值称为管压降管压降UT(AV）。管压降越小，表明元件耗散功率越小，管子管压降越小，表明元件耗散功率越小，管子质量越好。质量越好。12普通晶闸管型号命名普通晶闸管型号命名例如，例如，KP2005EKP2005E，表示该元件额定电流为，表示该元件额定电流为200A200A，额定电压为，额定电压为500V500V，管压降为，管压降为的

8、普通晶的普通晶闸管。闸管。13第二节第二节 单向桥式半控整流电路单向桥式半控整流电路 电阻性负载桥式可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。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单相半波可控整流电路电阻性负载电阻性负载15单相半波可控整流电路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、属于此类负载的

9、，工业上如电动机的励磁线圈、输出串接平波电抗器（输出串接平波电抗器（Filter Reacter）的负载等。）的负载等。电感性负载不同于电阻性负载，为了便于分析，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。通常电阻与电感分开。单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路电感性负载电感性负载1718为了使为了使 过零变负时能及过零变负时能及时地关断晶闸管，使时地关断晶闸管，使 波波形不出现负值，又能给电形不出现负值，又能给电感线圈感线圈 提供续流的旁路，提供续流的旁路，可以在整流输出端并联二可以在整流输出端并联二极管如图所示。由于该二极管如图所示。由于该二极管是为电感负载在晶闸极管

10、是为电感负载在晶闸管关断时提供续流回路，管关断时提供续流回路，故将此二极管简称续流管，故将此二极管简称续流管，用用VD表示。表示。19一、电阻性负载桥式可控整流电路一、电阻性负载桥式可控整流电路VH1VH2VD1VD2RLuou1.电路分析电路分析u正半周正半周()a()b()电流方向电流方向 负半周负半周()a()b()ab触发脉冲触发脉冲uG引入控制极引入控制极VH1导通、导通、VD2导通导通uouVH2导通、导通、VD1导通导通+uou+202.工作波形工作波形tutuGtuot uVT1 OOOO23213.参数计算参数计算 整流输出电压平均值整流输出电压平均值 输出电流平均值输出电流

11、平均值二极管和晶闸管承受的最高反相电压为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二、电感性负载桥式可控整流电路uVH1VH2VD1VD2VD3uoRLL 加续流二极加续流二极管管VD3后电路工后电路工作情况以及负载作情况以及负载上电压和电阻性上电压和电阻性负载类似。负载类似。整流器件不导通时，由于电感储能，经续流整流器件不导通时，由于电感储能，经续流二极管，负载上的电流仍然存在。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。感性负载上的电流接近水平的直线。23第三节第三节 触发电路触发电路 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路 集成触发电路集成触发电

12、路24一、单结晶体管触发电路一、单结晶体管触发电路晶闸管由阻断变为导通的条件：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在控制极和阴极间加上触发信号 触发信号的要求：触发信号的要求：触发脉冲要有足够的功率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要有一定的宽度 触发脉冲必须与主电路同步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单结晶体管的结构和特性b2（第二基极第二基极）b1（第一基极第一基极）NPPN结结e(发射极发射极)eb2b1结结 构构符符

13、号号26ieueUVUPIVIPO单结晶体管的伏安特性单结晶体管的伏安特性eb2b1ueUbbieb1接负接负、b2接接正正 e与与b1间呈高阻态间呈高阻态 当当ueUbb时时 e与与b1间呈低阻态间呈低阻态27UV、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282.单结晶体管的弛张振荡电路单结晶体管的弛张振荡电路tuR1UVUPRR1CEuCuR1eb1b2uCtOO29u1u2uZuCR2RR

14、fxR1RWuWC3.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30u2uZUZuWuR1TOOOtttuC 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。31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32一、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

15、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。33 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。342.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。35二、晶闸管的过载保护二、晶闸管的过载保护晶

16、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36 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。372.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。38