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1、第五讲 晶闸管（Thyristor） 别名：可控硅（SCR) （Silicon Controlled Rectifier） 它是一种大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电 领域 。,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）。,应用领域：,整流 （交流,直流）,逆变,（直流,交流）,变频,（交流,交流）,斩波,（直流,直流）,此外还可作无触点开关等,一、 工作原理,1、 结构,A（阳极）,P1,N1,P2,N2,K（阴极）,G（控制极）,2、 工作原理,A,G,K,示意图,符号,工作原理分析,工作原理说明,UAK 0
2、 、UGK0时,T1导通,ib1 = i g,iC1 = ig = ib2,ic2 =ib2 = ig = ib1,T2导通,形成正反馈,T1进一步导通,晶闸管迅速导通；,晶闸管开始工作时 ，UGK加反向电压， 或不加触发信号（即UGK = 0 ）；,晶闸管导通后，,UGK，,去掉,晶闸管仍维持导通状态；,晶闸管截止的条件：,（1）,（2）,晶闸管正向导通后，令其截止，必须 减小UAK，或加大回路电阻，使晶闸管 中电流的正反馈效应不能维持。,晶闸管具有单向导电性（正,晶闸管一旦导通，控制极失去作用。若使其关断，必须降低 UAK或加大回路电阻，把阳极 电流减小到维持电流以下。,向导通条件：A、K
3、间加正向 电压，G、K间加触发信号）；,正向特性： 控制极开路时，随UAK的加大，阳极电流逐渐增加。当U = UDSM时，晶闸管自动导通。正常工作时， UAK应小于 UDSM 。 UDSM：断态不重复峰值电压，又称正向转折电压。,特性说明,U - 阳极、阴极间的电压,I - 阳极电流,反向特性：随反向电压的增加，反向漏电流 稍有增加，当U = URSM 时，反向极击穿。正常 工作时，反向电压必须小于URSM。 URSM ：反向不重复峰值电压。,UDRM：,断态重复峰值电压。（晶闸管耐压值。 一般取 UDRM = 80% UDSM 。普通晶闸管 UDRM 为 100V-3000V）,URRM：反
4、向重复峰值电压。（控制极断路时， 可以重复作用在晶闸管上的反向重复电 压。一般取URRM = 80% URSM。普通晶 闸管URRM为100V-3000V）,ITAV：,通态平均电流。（环境温度为40OC时,在 电阻性负载、单相工频 正弦半波、导电 角不小于170o的电路中，晶闸管允许的最大通态平均电流。普通晶闸管ITAV 为 1A-1000A。）,2、 主要参数,ITAV含义说明,主要参数（续）,IH：维持电流。(在室温下，控制极开路、晶闸管 被触发导通后，维持导通状态所必须的最 小电流。一般为几十到一百多毫安。）,UG、IG：控制极触发电压和电流。（在室温下， 阳极电压为直流6V时，使晶闸
5、管完全导通 所必须的最小控制极直流电压、电流 。一 般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。）,UTAV ：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，晶闸管阳、 阴两极间的电压平均值。一般为1V左右。）,晶闸管型号,通态平均电压（UTAV）,额定通态平均电流 （ITAV）,晶闸管类型 P-普通晶闸管 K-快速晶闸管 S -双向晶闸管,晶闸管,晶闸管电压、电流级别,额定通态电流（ITAV）通用系列为,1、5、10、 20、30、50、100、200、300、400 500、600、800、1000A 等14种规格。,额定电压（UDRM）通用系列为：,1000V以下的每10
6、0V为一级，1000V到3000V的 每200V 为一级。,通态平均电压（UTAV）等级一般用A I字母表 示，由 0.4 1. 2V每 0.1V 为一级。,三、 可控整流电路,（一）,单相半波可控整流电路,1、,电阻性负载,电路及工作原理,设u1为 正弦波,u2 0 时，加上触发电压 uG ，晶闸管导通 。且 uL 的大小随 uG 加入的早晚而变化； u2 0 时，晶闸管不通，uL = 0 。故称可控整流。,（1）,工作波形,（2）,：控制角,：导通角,输出电压及电流的平均值,Uo =,Io =,（3）,2、,电感性负载,（1）,电路及工作原理,设u1为 正弦波,u2正半周时晶闸管导通，u2
7、过零后，由于电感反电动势的存在，晶闸管在一定时间内仍维持导通，失去单向导电作用。,D称为续流二极管,加入D的目的就是消除反 电动势的影响。,（2）工作波形（不加续流二极管）,工作波形（加续流二极管后）,U0 =,Io,负载中的电压及电流,当 L R时， ILAV在整个周期中可近似 看做直流。,（3）电压与电流的计算（加入续流二极管后的 情况）,（二）,单相全波可控整流电路,1、,电阻性负载桥式可控整流电路,（1）电路及工作原理,u2 0的导通路径：,u2 (A),T1,RL,D2,u2 (B),T2,RL,D1,u2 (A),u2 (B),u2 0的导通路径：,（2）工作波形,输出电压及电流的
8、平均值,Uo =,Io =,（3）,2、,电感性负载桥式可控整流电路,该电路加续流二极管后电路工作情况以及负载上的电流、电压和电阻性负载类似，请自行分析。,两种常用可控整流电路的特点,（1）,电路 特点,该电路只用一只晶闸管，且其 上无反向电压。,晶闸管和负载上的电流相同。,（2）,电路 特点,该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起续流二极管作用。,由于T1的阳极和T2的阴极相连，两 管控制极必须加独立的触发信号。,四、 触发电路,1、,单结晶体管工作原理,工作原理,uE UA+UF = UP 时,PN结反偏，iE很小；,uE UP时,PN结正向导通, iE迅速增加。,2、,单结晶体管的特性
9、和参数,小结,UEUP时单结管导通。,UEUV时单结管截止；,3、,单结晶体管振荡电路,振荡波形,uE = uC UP 时，单结管不导通，uo 0。 此时R1上的电流很小，其值为：,振荡过程分析,R1、R2是外加的，不同于内 部的RB1、RB2。前者一般取 几十欧几百欧； RB1+RB2 一般为215千欧。,随电容的 充电，uc逐渐升高。当 uC UP 时，单结管导通。然后电容放电，R1上便得到一个脉冲电压。,R2起温度补偿作用,UP、UV- 峰点、谷点电压,UD -PN结正向导通压降,注意：R值不能选的太小，否则单结管不能 关断，电路亦不能振荡。,脉冲宽度的计算：,振荡周期的计算：,电容放电
10、至 uc uv时，单结管重新关断，使 uo0。,4、,具有放大环节的可控整流电路,调节过程：,US（给定电压）,T1管的uc1,T2管的ic2,电容充电速度 加快,触发脉冲 前移,uL,五、 晶闸管的保护,晶闸管的过流、过压能力很差，是它的 主要缺点。晶闸管的热容量很小，一旦过流，温度急剧上升，器件被烧坏。例如一只100A的晶闸管过电流为400A时，仅允许持续0.02秒，否则将被烧坏；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。正向电压超过转折电压时，会产生误导通，导通后的电流较大，使器件受损。,过 流 保 护,快速熔断器：电路中加快速熔断器;加入方法如下图：,过流继电器：在输出端装直流过电流继电器;,过流截止电路：利用电流反馈减小晶闸管的 导通角或停止触发，从而切断过流电路。,保护措施,