第五章 晶闸管电路及其应用PPT讲稿.ppt

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1、第五章 晶闸管电路及其应用第1页，共33页，编辑于2022年，星期三第一节第一节 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 主要参数主要参数返返 回回第2页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回 晶闸管又称可控硅（晶闸管又称可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是一种大功率半导体器件，它的出现使半）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。导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管具有晶闸管具有体积小、重量轻、无噪声、寿命长、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

2、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）等特点。伏）等特点。第3页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回螺旋式结构螺旋式结构平板式结构平板式结构第4页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回一、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符号符号第5页，共33页，编辑于2022年，星期三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之之间是否加有电压，晶闸管均间是否加有电压，晶闸管均不能导通。不能导通。返回返回二、工作原理二、工作原理P1P2N1N2N1P2A

3、GK 控制极控制极G和阴极和阴极K之间不加正向之间不加正向电压电压 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 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反偏 控制极控制极G和阴极和阴极K之间加正向电压之间加正向电压 正向电压足够大时，三个正向电压足够大时，三个PN结结都正偏，晶闸管导通。都正偏，晶闸管导通。KAGVT1VT2第6页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回KAGVT1VT2RLUGUAIG2IG2IG1正反馈正反馈 两个晶体管进入两个晶体管进入饱和导通状态。饱和导通状态。晶闸管导通后，晶闸管导通后，UAK0.61.2V 此时即使去掉控制此时即使去掉控制极

4、与阴极之间的电压，极与阴极之间的电压，由于本身的正反馈作由于本身的正反馈作用晶闸管仍能维持导用晶闸管仍能维持导通。通。控制极电压控制极电压UG的作用仅仅的作用仅仅是触发晶闸管的导通是触发晶闸管的导通 第7页，共33页，编辑于2022年，星期三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

5、反向），使晶闸管中电流小于维持电反向），使晶闸管中电流小于维持电流。流。晶闸管的晶闸管的截止条件截止条件为：为：返回返回第8页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回UAKIAIHINIG=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左右左右正向折转正向折转电压电压反向击穿反向击穿电压电压O第9页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回四、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工频：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。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，

6、晶闸管：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。正向电流小于维持导通时的最小阳极电流。正向电流小于IH时，时，管子自动阻断。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：晶闸管从阻断到：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完全导通所需要的最小的控制极直流电压和电流。流。第10页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回 正向断态重复峰值电压正向断态重复峰值电压UFRM：控制极开路的：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。一般情况下压。一般情况下UFRM UBQ80%。反向重复峰值电压反

7、向重复峰值电压URRM：控制极开路的条件下，：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。一般允许重复作用在晶闸管上的最大反向电压。一般情况下情况下URRM UBQ80%。额定电压额定电压UD：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。第11页，共33页，编辑于2022年，星期三第二节第二节 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返返 回回第12页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回一、电阻性负载桥式可控整

8、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()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、VD1导通+uou+第13页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回2.工作波形工作波形tutuGtuot uVT1 OOOO23第14页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回3.参数计算参数计算 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第1

9、5页，共33页，编辑于2022年，星期三二、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 加续流二极管加续流二极管VD3后电路工作后电路工作情况以及负载上情况以及负载上电压和电阻性负电压和电阻性负载类似。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。返回返回第16页，共33页，编辑于2022年，星期三第三节第三节 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

10、集成触发电路返返 回回第17页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回一、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第18页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回1.单结晶体管的结构和特性单结晶体管

11、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 号号第19页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回ieueUVUPIVIPO单结晶体管的伏安特性单结晶体管的伏安特性eb2b1ueUbbieb1接正接正、b2接接负负 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第20页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回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

12、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第21页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回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第22页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回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脉冲第23页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回u2uZUZuWuR1TOOOtttuC 改变电容改变电容C的的充放电速度充放电速度,可可以改触发变脉冲以改触发变脉冲周期周期T。第24页，共

13、33页，编辑于2022年，星期三二、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正电源负相输出13、14脉冲列11、12脉冲宽比较同步输入地负电源锯齿波输出锯齿波斜率调节正相输出第25页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回 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U90.7V时时第26页，共33页，编辑于2022年，星期三第四节第四节 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 回回第

14、27页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回一、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，但电阻消耗功率，电路简单，但电阻消耗功率，对动态均流不起作用，只适用对动态均流不起作用，只适用于小功率。于小功率。第28页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回 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。第2

15、9页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回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，因特性不同容易造成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。分压不均，从而击穿器件。通常在晶闸管两通常在晶闸管两端并联电阻和阻容端并联电阻和阻容器件。器件。第30页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回二、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

16、路或过载 电路中某一晶闸管击穿或短路，造成其它器电路中某一晶闸管击穿或短路，造成其它器件过流件过流 触发电路不正常触发电路不正常第31页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回 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，从而减利用过电流的信号，把触发脉冲移后，从而减小晶闸管的小晶闸管的 导通角或停止触发。导通角或停止触发。第32页，共33页，编辑于2022年，星期三返回返回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，电压超过其反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，也容易损坏。向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。产生过电压的原因：电路中积聚的电磁能量产生过电压的原因：电路中积聚的电磁能量消散不掉。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。即阻容保护装置，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，然后由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。电阻消耗掉。第33页，共33页，编辑于2022年，星期三