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1、海南风光此课件及“海南风光”封面属清华大学唐庆玉创作，如发现剽窃，必究法律责任！晶闸管及其应用 清华大学电机系电工学教研组唐庆玉编17.1 晶闸管工作原理 17.2 晶闸管特性与参数 17.3 可控整流电路 17.4 触发电路 17.5 单结管触发的可控整流电路 17.6 晶闸管的其它应用 17.7 晶闸管的保护及其它类型目 录别名：可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier ）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。 特点：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
2、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。晶闸管（Thyristor）17.1 工作原理 1. 结构P1P2N1N2四 层 半 导 体K（阴极）G（控制极）A（阳极）PNPN四层半导体结构三 个 PN结符号AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK2. 工作原理阳极阴极控制极APPNNNPGKigigigKAGT1T2等效为由二个三极 管组成UGKUAKT1、T2都导通后，即使去掉UGK， T1、T2仍然导通RL(1)阳极A加反向电压，或不加 触发信号（即UGK= 0 ）。可控硅导通的条件： （1）阳极A加正电压（2）控制
3、极G加正的触发电压可控硅截止的条件：(2)可控硅正向导通后，若令其关 断，必须减小UAK（或使UAK反向），使可控硅中电流小于某 一最小电流IH （ IH称为维持电流）AigigigKGT1T2UAKRLUGKAKG（1）晶闸管具有单向导电性。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。正向导通条件：A、K间加正向电 压，G、K间加正的触发信号。晶闸管的工作原理小结（2）晶闸管一旦导通，控制极便失去作用。17.2 特性与参数 1. 特性UIIHIFIG=0时有IG时正向反向U - 阳极、阴极间的电压 I - 阳极电流UDSM正向转折电压截止导通导通后管压降约
4、1V额定正向 平均电流维持电流URSM反向击穿电压正向特性： 控制极开路时，随UAK的加大，阳极电流逐渐增加。当U = UDSM（正向转折电压）时，晶闸管自动导通。正常工作时， UAK应小于 UDSM 。反向特性：随反向电压的增加，反向漏电流稍有增加，当 U = URSM （反向击穿电压）时，反向击穿。正常工作时，反向电压必须小 于URSM。(1) UDRM：正向阻断电压晶闸管耐压值。一般取 UDRM = 80% UDSM （正向转折电压）。 普通晶闸管UDRM 为 100V-3000V2. 主要参数UIIHIF额定 正向 平均 电流UDSM正向转折 电压URSM反向击穿电压UDRM控制极断路
5、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（反向击穿 电压）。普通晶闸管URRM为100V-3000V）(2) URRM：反向峰值电压UIIHIF额定 正向 平均 电流UDSM正向转折 电压URSM反向击穿电压UDRMURRM(3) IF：额定正向平均电流：通用系列为：1、5、10、20、30、50、100、200、300、400 500、600、800、1000A 等14种规格。UIIHIF额定 正向 平均 电流UDSM正向转折 电压URSM反向击穿电压UDRMURRM17.3 可控整流电路 1. 单相半波可控整流电路(1) 电路及工作原理u1u2uTu
6、LAGKRLuG(2) 工作波形(设u1为正弦波)tu2tuGtuLtuT ：控制角 ：导通角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的导通路径：u2 (A)T1RLD2u2 (B)T1、T2 -晶闸管D1、D2 -二极管T1T2D1D2RLuLu2AB+-T1 、D2导通， T2 、D1截止 uGT2RLD1u2 (A)u2 (B) u2 UP 时单结管导通EB2B1NP单结晶体管符号单结晶体管符号3. 单结晶体管振荡电路uCttuouvuP振荡波形RR2R1CUuCuOEB1B2(1) 电路组成(a) uE = uC U
7、P 时，单结管不导通，uo 0。(2)振荡过程分析IR1R1、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。此时R1上的电流很小，其值为：RR2R1CUuCuOEB1B2(b) 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UPUVUP、UV- 峰点、谷点电压ER2R1RCUuCuOuCtuot(c) 电容放电至 uc uv时， 单结管重新关断，使 uo0。17.5 单结管触发的可控整流电路一、电路u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uL
8、RL u3触 发 电 路主电路二、波形关系u2uabUZucb 削 波整 流UZau2RbcDZUZ整流稳压电路部分UZ削 波ucbudbUP UVueb电容充、放电UP-UD触 发 脉 冲UZR1R2RPCuccdeDZb单结晶体管电路部分u3uL输出电压ueb 触发脉冲可控硅桥式整流电路部分u3T1T2D1D2uLRLbeueb1. 单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发电路为什么接在同一个变压器上？问题讨论u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu32. 触发电路中，整流后为什么加稳压管？u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu33
9、. 一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起 作用？其移相范围（即控制角 的变化范 围）有多大？ueb 触发脉冲 24. 输出电压如何调节，其大小如何计算？u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu31. 单结管触发的可控整流电路中，主电 路和触发电路为什 么接在同一个变压 器上？保证主电路和触发电 路的电源电压同时过 零（即两者同步）， 使电容在每半个周期 均从零开始充电，从 而保证每半个周期的 第一个触发脉冲出现 的时刻相同（即 角 一样），以使输出平 均电压不变。u2uab整 流ucb削 波 UZudbu3uebuL2. 触发电路中，整流后为什么加稳压管？稳压管的作
10、用是：将整流后的电压变成梯形（即削波），使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上，从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。UZR1R2RPCuccdeDZbudbUP UV ueb3. 一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用 ？其移相范围（即控制角 的变化范围）有多 大？根据单结管的特性，它一旦触发导通，在阳极电压足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持导通状态。因此，每半个周期中只有一个触发脉冲起作用。触发脉冲移相范围的计算f电源电压的频率R2R1aRPCucu2RbcdeDZudet4. 输出电压如何调节，其大小如何计算？RP 电容充电速度
11、变慢uL电压的调节电压的计算UL17.6 晶闸管的其他应用拨盘式密码锁控制电路12 345 6789101112拨盘开锁 继电器按钮UCCJT3T2T1SD1D2R工作原理根据晶闸管的特性分析可知 ，开锁时三个晶闸管的工作 顺序应该是：T1T2T3。否 则T3或T2将因阳极和阴极间加不上电压而不导通，继电 器线圈不通电，锁打不开。1. 开锁时晶闸管工作情况UCCT3T2T1JD1D2T1导通时 的路径 T1导通时的路径如图中 虚线，此时发光管D2导 通，给出指示信号。锁 打 开2. 开锁过程根据开锁 时三只晶闸管 导通顺序的要 求以及 图中 连线，可知开 锁过程如下：拨盘拨至10T2导通按下S
12、T3导通拨盘拨至2按下S拨盘拨至7按下ST1导通12 345 6789101112UCCJ T3T2T1SD1D2 R此密码锁的开锁密码是：7-10-2结论改换密码号的办法：变更拨盘和晶闸管控制极 的连线。 防止长期按下按钮以拨动拨盘而自动开锁的办法：将拨盘中的某几个点接地。使拨盘转到该 点时，按钮按下后通过电阻（R）支路产生较大分流，使晶闸管中的电流降低到最小维持电 流以下，迫使其关断。从而防止琐被打开。 12 345 6789101112UCCJ T3T2T1SD1D2 R17.7 晶闸管的保护及其它类型 1. 晶闸管的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
13、，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。晶闸管的主要缺点：过流、过压能力很差。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；一、过流保护措施快速熔断器：电路中加快速熔断器。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。接在 输出端接在 输入端和晶闸 管串联阻容吸收硒整流堆二、过压保护：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。：硒堆为非线性元件，过压后迅速击穿 ，其电阻减小，抑制过压冲击。硒堆RCRRCC
