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1、第十一章电力电子技术及应用,第一节、晶闸管的工作原理及参数 第二节、晶闸管的应用举例,晶闸管 别名：可控硅 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：,逆变,整流 （交流,直流）,斩波,（直流,交流）,变频,（交流,交流）,（直流,直流）,此外还可作无触点开关等,一、晶闸管的结构和工作原理,A,G,K,J1,J2,J3,第一节 晶闸管的工作原理及参数,符号,1. 晶闸管的结构和符号,结构,晶闸管是一种 大功率的半导 体器件。其内 部结构为： 四层
2、半导体， 三个 PN结。 文字符号为VT,VT,2. 晶闸管的导通原理,P,N,P,N,K,G,A,为了说明晶闸管的导通原理, 将晶闸管等效为由V1 (NPN型) 和V2 (PNP型) 两个三极管联接而成 , 每个三极管的基极与另一个三极管的集电极相联。,从中可以看出无论A，K之间如何加电压，晶闸管都不通。,IG+IC2 流入V1的基极作再次放大,如此循环形成强正反馈 , 很快使V1和V2达到饱和导通。,但同时加入电源EA和EG后, 使晶闸管的阳极和控制极均加正向电压,因而V1正偏导通,IG= IB1, 而IC1=1IB1即是 IB2,IG,1IB1,12IB1,此时, 若去掉触发电压, 晶闸
3、管仍可依靠正反馈维持晶闸管导通, 控制极失去作用。,经PNP管V2 作进一步放大, 形成集电极电流 IC2 =12IB1,IB1,工作原理说明,UAK 0 ，的同时 UGK0,V1导通,V2导通,形成正反馈,晶闸管迅速导通。,V1进一步导通,晶闸管单加正向电压时不导通，只有在,晶闸管开始工作时 ，UAK加反向电压， 或不加触发信号（即UGK = 0 ）；,晶闸管导通后，,UGK，,去掉,依靠正反馈，,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
4、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间加正向 电压，G、K间加触发信号）；,二、晶闸管的特性与参数,C,B,A,0,IH,I,U,IG=0,IG1,IG2,UBR,IR,IG增加,UBO,反向特性,正向特性,UBO 正向转折电压,UBR 反向转折电压,IG 触发电流,IH 维持电流,晶闸管的导通条件： 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。,1、伏安特性,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 = UBO时，晶闸管自动导通。正常工作时， UAK应小于 UBO。 UB
5、O：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 = UBR 时，反向极击穿。正常 工作时，反向电压必须小于UBR。 UBR ：反向不重复峰值电压。,0,IH,I,U,IG=0,IG1,IG2,UBR,IR,UBO,UDRM：,断态重复峰值电压。（晶闸管耐压值。 一般取 UDRM = 80% UBO 。普通晶闸管 UBO 为 100V-3000V）,URRM：反向重复峰值电压。（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% UBR。普通晶 闸管UBR为
6、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）,UF ：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。）,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，使晶闸管完全
7、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。）,晶闸管型号,通态平均电压（UF）,额定电压级别（UDRM）,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100V为一级，1000V到3000V的 每200V 为一级。,通态平均电压（UF）等级一般用A I字母表 示，由 0.
8、4 1. 2V每 0.1V 为一级。,三、晶闸管的触发电路,晶闸管工作时必须通过门极加控制电压。门极控制电路称为触发电路。触发电路一般采用集成化的移相触发电路。 所谓移相控制就是指通过改变触发脉冲产生的不同时刻（即不同相位）来改变晶闸管的导通角。,四、晶闸管的其它类型,1、双向晶闸管,特点：,相当于两个反向晶闸管并联，两者共用一个控制极。,符号：,（控制极）,（第一电极）,（第二电极）,工作原理,UT1UT2时，控制极相对于T1加正脉冲， 晶闸管正向导通，电流从T1流向T2。,UT2UT1时，控制极相对于T2加 负脉冲， 晶闸管反向导通，电流从T2流向T1。,双向晶闸管内部工作原理的详细分析，
9、 请参阅有关资料。,2、可关断晶闸管GTO,可关断晶闸管的触发导通与普通晶闸管相 同。不同之处在于：普通晶闸管的关断不能 控制，只能靠减小阳极电压或工作电流来实现。普通晶闸管属半控器件；而可关断晶闸管可在控制极上加负触发信号将其关断，因此它属全控器件。,晶闸管的类型较多，不一一介绍。,第二节、晶闸管的应用举例,一、单相半波可控整流电路,以电阻性负载为例,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）,TH,工作波形,（2）,：控制角,：导通角,输出
10、电压及电流的平均值,ULAV =,ILAV =,（3）,二、单相无源逆变器,直流电源,工作原理,工作时， 两晶闸管由频率一定、相位差为180o的两个脉冲信号交替作用在它们的控制极上。从 而由直流电源提供能量，在负载上得到交流电压。,当触发脉冲作用于 TH1的控制极上时， TH1导通，直流电源 给电容C1充电，其 方向如图中虚线所 示。充电电流通过 变压器T给负载提供 一定的电压；,当触发脉冲作用于TH2的控制极时，TH2导通，电容C1通过TH2放电，其方向如图中虚线所示。放电电流通过变压器T给负载提供与上方向相反的电压。,电容放电时，放电电流在电感L2上产生感应电动势，方向如图所示。此感应电动
11、势通过互感，在L1上产生的电压将晶闸管TH1关断；同理，电容充电时L2上的感应电动势将TH2关断。,三、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
12、通角或停止触发，从而切断过流电路。,保护措施,阻容吸收,硒整流堆,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。）,模拟电子技术结束,模拟电路复习,一、半导体二极管,单向导电性,伏安特性,典型应用,正向压降,死区电压,反向电流,整流电路,稳压管的特性和使用,二、三极管及交流放大,1、三极管的特性曲线,2、几种典型交流放大电路工作点、 Au、ri、ro的计算和微变等效电路,分压式偏置电路,分压式偏置电路中没有CE的电路,射极输出器,特点,反馈类型,应用,反馈类型,3、负反馈对放大器性能的影响,4、功率放大器,三种工作状态,互补对称功率放大器的原理特点,复合管,5、差动放大电路,抑制零漂的原理,输入输出的方式及特点,共模输入和差模输入,三、集成运放,线性运用,非线性运用,u+u- uo=+UO(sat) u+u- uo= -UO(sat),虚短,虚断,信号产生方面的应用,正弦波,方波,三角波,锯齿波,四、电力电子技术,1.晶闸管的工作原理,2.单相半波可控整流 电路工作原理,
