项目1单相半波整流调光灯电路的设计与制作李万明工作入职在祥瑞电气设备有限公司，第一天上班便进行了为期一周的入职培训阶段，培训内容为电力电子产品的应用，其中包含电力电子器件的检验、电力电子产品的设计与制作等内容项目导入学习目标1通过电力电子产品的典型应用，熟练电力电子产品的特性2熟练掌握电力电子产品的设计原理3熟练掌握电力电子产品的制作及工艺4掌握中级维修电工职业资格考试有关电力电子技术的应用任务1单相半波整流调光灯电路的设计任务1单相半波整流调光灯电路的设计任务解析通过完成本任务，使学生掌握电力电子器件的特性、工作原理、器件的检测及设计计算等知识链接晶闸管相控调光是通过控制晶闸管的导通角，改变输出电压的大小，从而实现调光调光灯在日常生活中应用最广泛，旋动调光灯的按钮就可以调节灯泡的明暗常用的方法有可变电阻调光法、调压器调光法、脉冲占空比调光法、晶闸管相控调光法、脉冲调频调光法等知识链接图1-1单相半波整流调光灯及其电路原理图电力二极管的开通与关断由器件所在的主电路决定，这种器件结构简单、工作可靠广泛应用于电气设备中a）整流二极管（b）快速恢复二极管（c）肖特基二极管常用的电力二极管一、电力二极管1、电力二极管的结构电力二极管是由一个PN结组成的半导体元件，其结构及电气符号引出端分别称为阳极（A）、阴极（K）。
a)外形（b）结构（c）电气符号一、电力二极管1、电力二极管的结构由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成，从外形上看，大功率的主要有螺栓型和平板型两种封装，小功率的和普通二极管一致123螺栓式二极管的阳极紧栓在散热器上平板式二极管又分为风冷式和水冷式，它的阳极和阴极分别由两个彼此绝缘的散热器紧紧夹住一、电力二极管2.电力二极管的基本特性其特性与二极管4001相似，具有单向导电性，即承受正向电压时器件处于导通状态，电流从阳极A流向阴极K，否则处于阻断状态一、电力二极管3.主要参数额定电流反向重复峰值电压正向平均电压UF最高工作结温TJM在规定的环境温度为40和标准散热条件下，元件PN结温度稳定且不超140时，所允许长时间连续流过50Hz出正弦半波的电流平均值即为元件的额定电流在额定结温条件下,取元件反向伏安特性不重复峰值电压值URSM的80%称为反向重复电压URRM将URRM值取规定的电压等级就是该元件的额定电压一、电力二极管3.主要参数在规定环境温度40和标准散热条件下，元件通过50Hz正弦半波额定正向平均值电流时，元件阳极和阴极之间的电压的平均值，取规定系列组别称为正向平均电压UF，通常在0.451V范围内。
结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示最高工作结温是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度TJM通常在125175范围之内一、电力二极管额定电流反向重复峰值电压正向平均电压UF最高工作结温TJM4.电力二极管的参数选择及使用注意事项1）额定正向平均电流IF的选择原则在规定的室温和冷却条件下，额定正向平均电流IF可按式（1-1）计算，即流过二极管的最大电流有效值式（1-1）中，由于元件的过载能力较小，选择时考虑1.52倍的安全余量1-1）（1）参数选择一、电力二极管4.电力二极管的参数选择及使用注意事项2）额定电压URRM的选择原则选择电力二极管的反向重复峰值电压URRM的原则应为管子所工作的电路中可能承受到的最大反向瞬时值电压的23倍，即（1-2）（1）参数选择一、电力二极管4.电力二极管的参数选择及使用注意事项（2）电力二极管使用注意事项必须保证规定的冷却条件，如强迫风冷或水冷如不能满足规定的冷却条件，必须降低容量使用如规定风冷元件使用在自冷时，只允许用到额定电流的1/3左右01平板型元件的散热器一般不应自行拆装02严禁用兆欧表检查元件的绝缘情况如需检查整机的耐压时，可将元件短接。
03一、电力二极管一、电力二极管图1-4电力二极管的伏安特性4.电力二极管的参数选择及使用注意事项（2）电力二极管使用注意事项二、晶闸管结构及导通关断条件1 1晶闸管结构2 2晶闸管导通关断条件3 3晶闸管的工作原理4 4晶闸管的阳极伏安特性6 6晶闸管命名及型号含义目录5 5晶闸管主要参数1.晶闸管结构晶闸管是一种大功率PNPN4层3个PN结半导体材料构成，引出3个极，阳极A、阴极K、门极（控制极）G，其外形、符号及管脚名称（阳极A、阴极K、门极G)如图所示，右下角图为晶闸管的图形符号及文字符号一）晶闸管结构晶闸管内部结构及等效电路晶闸管内部结构及等效电路如图所示1.晶闸管结构（一）晶闸管结构通常有螺栓型、平板型、塑封型而螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便；平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间2.晶闸管的常见封装外形（一）晶闸管结构管耗流过器件的电流器件两端的电压l管耗将产生热量，使管芯温度升高如果超过允许值，将损坏器件，所以必须进行散热和冷却l冷却方式：自然冷却（散热片）、风冷（风扇）、水冷3.晶闸管的管耗和散热（一）晶闸管结构管脚的外形如图所示，螺栓式和平板式晶闸管从外观上判断，小电流T0-220AB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。
晶闸管的外形及符号4.晶闸管管脚判别（一）晶闸管结构小电流TO-92型塑封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、门极G和阳极A小电流TO-92塑封式4.晶闸管管脚判别（一）晶闸管结构小功率螺栓式晶闸管的螺栓为阳极A，门极G比阴极K细而大功率螺栓式晶闸管，螺栓式晶闸管的阳极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小电流螺旋式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，另一面则为阳极平板式晶闸管4.晶闸管管脚判别（一）晶闸管结构n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（a，b）所示5.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n将黑表笔接晶闸管的阳极，红表笔接晶闸管的阴极观察指针摆动情况，如图（c）所示a)调零（b）测量阳-阴极间反向电阻（c）测量阴-阳极间反向电阻（一）晶闸管结构晶闸管是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结 果原 因正反向阻值均很大。
5.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（一）晶闸管结构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（a）调零5.普通晶闸管测试方法(2)门极和阴极间正反向电阻测量（一）晶闸管结构5.普通晶闸管测试方法(2)门极和阴极间正反向电阻测量（b）测量门-阴极间反向电阻理论结果当黑表笔接控制极，红表笔接阴极时，阻值很小；当红表笔接控制极，黑表笔接阴极时，阻值较大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实测结果：2次测量的阻值均不大一）晶闸管结构（一）晶闸管结构5.普通晶闸管测试方法(2)门极和阴极间正反向电阻测量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在晶闸管内部控制极与阴极之间反并联了1个二极管，对加到控制极与阴极之间的反向电压进行限幅，防止晶闸管控制极与阴极之间的PN结反向击穿原 因（b）测量门-阴极间反向电阻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连接b）测量门-阴极间反向电阻（a）调零（二）晶闸管导通关断条件1.控制电路工作过程 （a） （b） （c） （d）晶闸管承受正向电压，S断开，灯不亮闸管承受正向电压，S闭合，灯亮后S断开，灯亮晶闸管承受反向电压，灯（二）晶闸管导通关断条件（二）晶闸管导通关断条件2、晶闸管导通关断条件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。
流过晶闸管阳极的电流小于维持电流关断条件是2.控制电路总结内部结构由P1N1P2和N1P2N2构成的两个晶体管VT1、VT2组合而成，如图（a）所示工作原理晶闸管的工作原理如图（b）所示晶闸管工作原理图（三）晶闸管的工作原理01当晶闸管加正向阳极电压，门极也加上足够的门极电压时，则有电流从门极流入PNP管的基极，即；02IB2经NPN管放大后的集电极电流IC2流入PNP即管的基极，再经PNP管的放大；03PNP的集电极电流又流入NPN管的基极，如此循环，产生强烈的增强式正反馈过程；04使两个晶体管很快饱和导通，从而使晶闸管由阻断迅速地变为导通；（三）晶闸管的工作原理（三）晶闸管的工作原理05晶闸管一旦导通后，即使IG=0,但因IG1的电流在内部直接流入NPN管的基极，晶闸管仍将继续保持导通状态；06若要晶闸管关断，只有降低阳极电压到零或对晶闸管加上反向阳极电压，使IC1的电流减少至NPN管接近截止状态，即流过晶闸管的阳极电流小于维持电流，晶闸管才可恢复阻断状态晶闸管的阳极与阴极间的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其伏安特性曲线如图所示晶闸管阳极伏安特性（四）晶闸管的阳极伏安特性当增到时，则漏电流急剧增大，晶闸管导通，正向电压降低，特性和二极管的正向伏安特性相仿，称为正向转折或“硬开通”。
正向转折多次“硬开通”会损坏管子，晶闸管通常不允许这样工作一般采用对晶闸管的门极加足够大的触发电流的方法使其导通，门极触发电流越大，正向转折电压越低使用时应注意的问题特性在第I象限，当时，如果在晶闸管两端所加正向电压 没有增到时，晶闸管都处于正向阻断状态，只有很小的正向漏电流正向特性正向转折电压（四）晶闸管的阳极伏安特性（四）晶闸管的阳极伏安特性反向特性晶闸管的反向伏安特性如图中第象限所示，它与整流二极管的反向伏安特性相似处于反向阻断状态时，只有很小的反向漏电流，当反向电压超过反向击穿电压UBO时，反向漏电流急剧增大，造成晶闸管反向击穿而损坏晶闸管阳极伏安特性正确地选择和使用晶闸管主要包括两个方面一方面要根据实际情况确定所需晶闸管的额定值另一方面根据额定值确定晶闸管的型号(五)晶闸管主要参数晶闸管的各项额定参数在晶闸管生产后，由厂家经过严格测试而确定，使用者只需要能够正确地选择晶闸管就可以了如表1-1列出了晶闸管的一些主要参数表1-1晶闸管的主要参数(五)晶闸管主要参数（1）断态重复峰值电压UDRM晶闸管的阳极伏安特性中，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。
1.晶闸管的电压(五)晶闸管主要参数它与正向转折电压转折电压UBO有关，故，至于断态不重复峰值电压UDSM与正向转折电压UBO差值，则由生产厂家自定1）断态重复峰值电压UDRM1.晶闸管的电压(五)晶闸管主要参数需要注意的是阻断状态（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”两字可以省去晶闸管正向工作时有两种工作状态：（1）断态重复峰值电压UDRM1.晶闸管的电压(五)晶闸管主要参数与UDRM相似，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0102它与反向击穿电压URO有关，至于反向不重复峰电压URRM与反向转折电压URO的差值，则由生产厂家自定2）反向重复峰值电压URRM1.晶闸管的电压(五)晶闸管主要参数（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将两者较小的760V按表1-1取整得700V，该晶闸管的额定电压为700V一晶闸管实测如如: :1.晶闸管的电压(五)晶闸管主要参数（3）额定电压UTN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：p电压在1000V以下，每100V为一级，1000。