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1、1,第五章 晶闸管电路及其应用,第一节 晶闸管 第二节 单相桥式半控整流电路 第三节 触发电路 第四节 晶闸管的串并联及其保护,2,第一节 晶闸管,基本结构 工作原理 伏安特性 主要参数,3,晶闸管又称可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是一种大功率半导体器件，它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。 晶闸管具有体积小、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）等特点。,5,一、基本结构,四 层 半 导 体,A,K,G,符号,6,晶闸管不导通,无论控制极G与阴极K之间是否加有电压，晶闸管均不能导通。,二、工作原理,控制
2、极G和阴极K之间不加正向电压,阳极A和阴极K加反向电压,反偏,反偏,阳极A和阴极K加正向电压,正偏,正偏,反偏,控制极G和阴极K之间加正向电压,正向电压足够大时，三个PN结都正偏，晶闸管导通。,7,RL,正反馈,两个晶体管进入饱和导通状态。,晶闸管导通后， UAK0.61.2V,此时即使去掉控制极与阴极之间的电压，由于本身的正反馈作用晶闸管仍能维持导通。,控制极电压UG的作用仅仅是触发晶闸管的导通,8,晶闸管的导通条件为： 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。 阳极电流不小于维持电流。,阳极A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UA（或使UA
3、反向），使晶闸管中电流小于维持电流。,晶闸管的截止条件为：,9,UAK,IA,三、伏安特性,导通电压1V左右,正向折转电压,反向击穿电压,O,10,四、主要参数,通态平均电流IF：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。 维持电流IH：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IH时，管子自动阻断。 触发电压UG和触发电流IG：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流。,11,正向断态重复峰值电压UDRM：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压。一般情况下UDRM UBO80%。 反向重复峰值电压URRM ：控制极开路的条件
4、下，允许重复作用在晶闸管上的最大反向电压。一般情况下URRM UBO80%。 额定电压UD：取UDRM和URRM 中较小的一个数值标为器件的额定电压。,12,通态平均电压（管压降）UT(AV）:当元件流过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管压降UT(AV） 。 管压降越小，表明元件耗散功率越小，管子质量越好。,13,普通晶闸管型号命名,例如，KP2005E，表示该元件额定电流为200A，额定电压为500V，管压降为0.70.8V的普通晶闸管。,14,第二节 单向桥式半控整流电路,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,15,电炉、电
5、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,电阻性负载,16,单相半波可控整流电路,17,属于此类负载的，工业上如电动机的励磁线圈、输出串接平波电抗器（Filter Reacter）的负载等。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。,单相半波可控整流电路,电感性负载,18,19,为了使 过零变负时能及时地关断晶闸管，使 波形不出现负值，又能给电感线圈 提供续流的旁路，可以在整流输出端并联二极管如图所示。由于该二极管是为电感负载在晶闸管关断时提供续流回路，故将此二极管简称续流管，用V
6、D表示。,20,一、电阻性负载桥式可控整流电路,VH1,VH2,VD1,VD2,RL,uo,u,1. 电路分析 u正半周() a() b(),电流方向,负半周() a() b(),a,b,触发脉冲uG引入控制极,VH1导通、VD2导通,uou,VH2导通、VD1导通,+,uou,+,21,2. 工作波形,t,uo,t,uVT1,O,O,O,O,2,3,22,3. 参数计算,整流输出电压平均值,输出电流平均值,二极管和晶闸管承受的最高反相电压为,23,二、电感性负载桥式可控整流电路,u,VH1,VH2,VD1,VD2,VD3,uo,RL,L,加续流二极管VD3后电路工作情况以及负载上电压和电阻性
7、负载类似。,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。 感性负载上的电流接近水平的直线。,24,第三节 触发电路,单结晶体管触发电路 集成触发电路,25,一、单结晶体管触发电路,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 在控制极和阴极间加上触发信号,触发信号的要求： 触发脉冲要有足够的功率 触发脉冲要有一定的宽度 触发脉冲必须与主电路同步 触发脉冲要有一定的相移范围,26,1. 单结晶体管的结构和特性,e (发射极),结 构,符 号,27,单结晶体管的伏安特性,b1接负、b2接正 e与b1间呈高阻态 当ueUbb时 e与b1间呈低阻态,28,UV、IV
8、 - 谷点电压、电流,维持单结管导通的最小电压、电流。,UP 、IP - 峰点电压、电流,单结管由截止变导通所需发射极电压。,uEUV 时单结管截止,uEUP 时单结管导通,29,2. 单结晶体管的弛张振荡电路,R,R1,C,E,uC,uR1,e,b1,b2,O,O,30,R1,RW,uW,3. 同步振荡电路,触发脉冲,31,uW,O,O,O,t,t,t,uC,改变电容C的充放电速度,可以改触发变脉冲周期T。,32,第四节 晶闸管的串并联及其保护,晶闸管的串并联 晶闸管的过载保护电路,33,一、晶闸管的串、并联,1. 晶闸管的并联应用,晶闸管并联可以分流。,VH1,VH2,R,R,串电阻均流,
9、电路简单，但电阻消耗功率，对动态均流不起作用，只适用于小功率。,34,串电抗均流,VH1,VH2,对静态、动态均流都起作用。,晶闸管不宜直接并联，因特性不同容易造成分流不均，从而烧坏器件。,35,2. 晶闸管的串联应用,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分压不均，从而击穿器件。,通常在晶闸管两端并联电阻和阻容器件。,36,二、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。,1. 晶闸管的过电流保护,晶闸管产生过流的原因: 负载短路或过载 电路中某一晶闸管击穿或短路，造成其它器件过流 触发电路不正常,37,设置快速熔断器,R,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 利用过电流的信号，把触发脉冲移后，从而减小晶闸管的 导通角或停止触发。,38,2. 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消散不掉。,通常采用 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，然后由电阻消耗掉。,
