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1、项目一,单相半波整流调光灯电路,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,一、任务描述与目标晶闸管（Thyristor）是一种开关元件，具有可控单向导电性，即和一般的二极管一样单向导电，但与一般二极管不同的是，导通时刻是可以控制的，被广泛应用于可控整流、调光、调压、调速、无触点开关、逆变及变频等方面。在实际晶闸管的使用过程中，我们除了能确定晶闸管的管脚和对其好坏进行判断外，还要掌握其导通关断条件。本次任务的目标如下。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,（一）晶闸管结构及导通关断条件1晶闸管结构晶闸管是一种大功率PNPN四层半导体元件，具有3个PN结，引出3个极，阳极A、阴极K、门极（控制极）G，其
2、外形及符号如图1-2所示，各管脚名称（阳极A、阴极K、门极G）标于图中。图1-2（g）所示为晶闸管的图形符号及文字符号。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,图1-2 晶闸管的外形及符号,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,晶闸管的内部结构和等效电路如图所示。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,2晶闸管管脚判别普通晶闸管的外形如图1-2所示。螺栓式和平板式晶闸管从外观上判断，3个电极形状各不相同，无需做任何测量就可以识别。小电流TO-220AB型塑封式和贴片式晶闸管面对印字面、引脚朝下，则从左向右的排列顺序依次为阴极K、阳极A和门极G。小电流TO-92型塑封式晶闸管面对印字面、引脚朝下，则从
3、左向右的排列顺序依次为阴极K、门极G和阳极A。小功率螺栓式晶闸管的螺栓为阳极A，门极G比阴极K细。对于大功率螺栓式晶闸管来说，螺栓是晶闸管的阳极A(它与散热器紧密连接)，门极和阴极则用金属编制套引出，像一根辫子，粗辫子线是阴极K，细辫子线是门极G。平板式晶闸管中间金属环是门极G，用一根导线引出，靠近门极的平面是阴极, 另一面则为阳极。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,3普通晶闸管测试方法（1）阳极和阴极间电阻正反向电阻测量。 万用表挡位置于欧姆挡R100，将红表笔接在晶闸管的阳极，黑表笔接在晶闸管的阴极观察指针摆动情况，如图所示。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试, 将黑表笔接晶闸管的阳
4、极，红表笔接晶闸管的阴极观察指针摆动情况，如图所示。,原因：晶闸管是4层3端半导体器件，在阳极和阴极之间有3个PN结，无论加何电压，总有1个PN结处于反向阻断状态，因此正反向阻值均很大。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,（2）门极和阴极间正反向电阻测量。 将红表笔接晶闸管的阴极，黑表笔接晶闸管的门极观察指针摆动情况，如图左图所示。 将黑表笔接晶闸管的阴极，红表笔接晶闸管的门极观察指针摆动情况，如图右图所示。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,4晶闸管导通关断条件晶闸管在工作过程中，它的阳极（A）和阴极（K）与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的控制电路
5、（在电力电子技术中叫触发电路）连接，如图1-8所示。晶闸管的导通条件是：阳极加正向电压、门极加适当正向电压。关断条件是：流过晶闸管的电流小于维持电流。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,（二）晶闸管的阳极伏安特性晶闸管的阳极与阴极间电压和阳极电流之间的关系，称为阳极伏安特性。其伏安特性曲线如图所示。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,（三）晶闸管主要参数1晶闸管的电压定额（1）断态重复峰值电压UDRM。在晶闸管的阳极伏安特性图中，我们规定，当门极断开，晶闸管处在额定结温时，允许重复加在管子上的正向峰值电压为晶闸管的断态重复峰值电压，用UDRM表示。它是由伏安特性中的正向转折电压UBO减去一
6、定裕量，成为晶闸管的断态不重复峰值电压UDSM，然后再乘以90%而得到的。至于断态不重复峰值电压UDSM与正向转折电压UBO的差值，则由生产厂家自定。这里需要说明的是，晶闸管正向工作时有两种工作状态：阻断状态（简称断态）、导通状态（简称通态）。参数中提到的断态和通态一定是正向的，因此，“正向”两字可以省去。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,（2）反向重复峰值电压URRM。相似于UDRM，一般规定，当门极断开，晶闸管处在额定结温时，允许重复加在管子上的反向峰值电压为反向重复峰值电压，用URRM表示。它是由伏安特性中的反向击穿电压URO减去一定裕量，成为晶闸管的反向不重复峰值电压URSM，然后
7、再乘以90%而得到的。至于反向不重复峰值电压URSM与反向转折电压URO的差值，则由生产厂家自定。一般晶闸管若承受反向电压，它一定是阻断的。因此参数中“阻断”两字可省去。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,（3）额定电压UTN。将UDRM和URRM中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值。例如，一晶闸管实测UDRM812V，URRM756V，将两者较小的756V取整得700V，该晶闸管的额定电压为700V。 在晶闸管的铭牌上，额定电压是以电压等级的形式给出的，通常标准电压等级规定为：电压在1000V以下，每100V为一级，10003000V，每200V为一级，用百位数或千位和百位数表示级数
8、。 在使用过程中，环境温度的变化、散热条件以及出现的各种过电压都会对晶闸管产生影响，因此在选择管子的时候，应当使晶闸管的额定电压是实际工作时可能承受的最大电压的23倍，即UTN(23)UTM,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,（4）通态平均电压UT(AV)。在规定环境温度、标准散热条件下，元件通以额定电流时，阳极和阴极间电压降的平均值，称通态平均电压（一般称管压降），其数值按表分组。从减小损耗和元件发热来看，应选择UT(AV)较小的管子。实际当晶闸管流过较大的恒定直流电流时，其通态平均电压比元件出厂时定义的值要大，约为1.5V。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,2晶闸管的电流定额（1）额
9、定电流IT(AV)。由于整流设备的输出端所接负载常用平均电流来表示，晶闸管额定电流的标定与其他电器设备不同，采用的是平均电流，而不是有效值，又称为通态平均电流。所谓通态平均电流是指在环境温度为40和规定的冷却条件下，晶闸管在导通角不小于170的电阻性负载电路中，当不超过额定结温且稳定时，所允许通过的工频正弦半波电流的平均值。将该电流按晶闸管标准电流系列取值，称为晶闸管的额定电流。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,但是决定晶闸管结温的是管子损耗的发热效应，表征热效应的电流是以有效值表示的，其两者的关系为ITN=1.57IT(AV)如额定电流为100A的晶闸管，其允许通过的电流有效值为157A
10、。由于电路不同、负载不同、导通角不同，流过晶闸管的电流波形不一样，从而它的电流平均值和有效值的关系也不一样，晶闸管在实际选择时，其额定电流的确定一般按以下原则：管子在额定电流时的电流有效值大于其所在电路中可能流过的最大电流的有效值，同时取1.52倍的余量，即所以,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,（2）维持电流IH。在室温下门极断开时，元件从较大的通态电流降到刚好能保持导通的最小阳极电流称为维持电流IH。维持电流与元件容量、结温等因素有关，额定电流大的管子维持电流也大，同一管子结温低时维持电流增大，维持电流大的管子容易关断。同一型号的管子其维持电流也各不相同。（3）擎住电流IL。在晶闸管加上
11、触发电压，当元件从阻断状态刚转为导通状态就去除触发电压，此时要保持元件持续导通所需要的最小阳极电流，称擎住电流IL。对同一个晶闸管来说，通常擎住电流比维持电流大数倍。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,（4）断态重复峰值电流IDRM和反向重复峰值电流IRRM。IDRM和IRRM分别是对应于晶闸管承受断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM时的峰值电流。它们都应不大于表1-1中所规定的数值。（5）浪涌电流ITSM。ITSM是一种由于电路异常情况（如故障）引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。用峰值表示。浪涌电流有上下2个级，这些不重复电流定额用来设计保护电路。,任务一
12、 晶闸管及其导通关断条件测试,3门极参数（1）门极触发电流IGT。室温下，在晶闸管的阳极、阴极加上6V的正向阳极电压，管子由断态转为通态所必需的最小门极电流，称为门极触发电流IGT。（2）门极触发电压UGT。产生门极触发电流IGT所必需的最小门极电压，称为门极触发电压UGT。 为了保证晶闸管的可靠导通，常常采用实际的触发电流比规定的触发电流大。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,4动态参数（1）断态电压临界上升率du/dt。du/dt是在额定结温和门极开路的情况下，不导致从断态到通态转换的最大阳极电压上升率。实际使用时的电压上升率必须低于此规定值。 限制元件正向电压上升率的原因是，在正向阻断
13、状态下，反偏的J2结相当于一个结电容，如果阳极电压突然增大，便会有一充电电流流过J2结，相当于有触发电流。若du/dt过大，即充电电流过大，就会造成晶闸管的误导通。所以在使用时，采取保护措施，使它不超过规定值。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,（2）通态电流临界上升率di/dt。di/dt是在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。 如果阳极电流上升太快，则晶闸管刚一开通时，会有很大的电流集中在门极附近的小区域内，造成J2结局部过热而使晶闸管损坏。因此，在实际使用时要采取保护措施，使其被限制在允许值内。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,（四）晶闸管命名及型号含义1国产
14、晶闸管的命名及型号含义国产晶闸管（可控硅）的型号有部颁新标准（JB1144-75）KP系列和部颁旧标准（JB1144-71）3CT系列。KP系列的型号及含义如下。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,3CT系列的型号及含义如下。3表示3个电极、C表示N型硅材料、T表示可控硅元件，3CT501表示额定电压为500V、额定电流为1A的普通晶闸管；3CT12表示额定电压为400V、额定电流为12A的普通晶闸管。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,2国外晶闸管的命名及型号含义“SCR”（Semiconductor Controlled Rectifier）是晶闸管（单向可控硅）的统称。在这个命名前提
15、下，各个生产商有其自己产品命名方式。最早的MOTOROLA（摩托罗拉）半导体公司取第一个字M代表其摩托罗拉， CR代表单向，因而组合成单向晶闸管MCR的第一代命名，代表型号有MCR100-6、MCR100-8、MCR22-6、MCR16M、MCR25M等。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,PHILIPS（飞利浦）公司则沿袭了BT字母来对晶闸管的命名，如BT145-500R、BT148-500R、BT149D、BT150-500R、BT151-500R，BT152-500R、BT169D、BT258-600R等。日本三菱公司在晶闸管器件命名上，则去掉了SCR的第一个字母S，以CR直接命名，代
16、表型号有CR02AM、CR03AM等。意法ST半导体公司对晶闸管的命名，型号前缀字母为X、P、TN、TYN、TS、BTW，如X0405MF、P0102MA、TYN412、TYN812、TYN825、BTW67-600、BTW69-1200等。美国泰科（TECCOR）以型号前缀字母S来对晶闸管命名，例如S8065K、S6006D、S8008L、S8025L等。,任务一 晶闸管及其导通关断条件测试,四、总结与提升（一）晶闸管好坏的判断将万用表欧姆挡置于R10或R100挡，测量阳极-阴极之间和阳极-门极之间正反向电阻，正常值都应在几百千欧以上；门极-阴极之间正向电阻约数十欧姆到数百欧姆，反向电阻较正向电阻略大。测量时，如发现任何两个极短路或门极对阴极断路，说明晶闸管已经损坏。,
