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1、可控硅移相过零触发控制内容摘要现在可控硅以体积小开关频率高等优点被广泛应用于各种强电的控制电路中，从而实现了弱电对强电的控制。本文介绍了交流电用晶闸管控制的两种方法：移相触发和过零触发并比较了他们各自的优点。我们首先介绍了晶闸管的工作原理及参数的选取，并通过分析各种控制电路比较两种控制的差别，并介绍了使用时应注意的问题，即如何保护晶闸管。最后主要介绍了各种实用的触发电路。目录概述 2第一章 晶闸管简介 31.1晶闸管的结构 31.2晶闸管的工作原理 31.3晶闸管的伏安特性 41.4晶闸管的主要参数 51.5晶闸管的型号及简单测试方法 6第二章晶闸管的触发电路 72.1对触发电路的要求 72.
2、2单结晶闸管触发电路研究 72.3常用三相调压形势及特点 11第三章晶闸管移相触发电路 133.1移相控制原理 133.2移相触发具体应用 133.3移相触发的优缺点 13第四章 晶闸管过零触发电路 144.1过零控制原理 144.2过零触发具体应用 144.3过零触发的优缺点 21第五章晶闸管电路的保护 225.1晶闸管保护的必要性 225.2产生过电压的原因及其抑制措施 225.3产生过电流的原因及其抑制措施 25第六章晶闸管设计的常遇问题解析 29心得体会 30附录各种实用晶闸管控制电路31概述随着自动控制的发展，用弱电控制强电越来越有必要，怎样隔离成为人们必须考虑的，可控硅成功地实现了
3、弱信号对强电(输出端负载电压)的控制。可控硅是一种新型的半导体器件，它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、动作快以及使用方便等优点，目前交流调压器多采用可控硅调压器，这些优点是继电器无法比拟的。交流调压的方法有很多，我们可以通过可变变比的变压器来改变输出的电压，还可以通过电阻分压等许多方法。但我们必须承认用变压器实现起来笨重，若减小变压器的规格则功率又成为另一问题，电阻分压方式简单易行但浪费能源都是不合适的。所以我们大多数采用可控硅来调节交流电压从而达到我们的目的。第一章晶闸管简介一晶闸管的结构 晶闸管是一种大功率半导体变流器件， 它具有三个PN结的四层结构，其外形、 结构和图形符号如图1-1
4、所示。由最外的P1层和N2层引出两个电极，分别为阳极A和阴极K，由中间P2层引出的电极是门极G（也称控制极）。 图1-1晶闸管的外形、 结构和图形符号(a) 外形； (b) 结构； (c) 图形符号常用的晶闸管有螺栓式和平板式两种外形，如图1-1(a)所示。晶闸管在工作过程中会因损耗而发热，因此必须安装散热器。螺栓式晶闸管是靠阳极（螺栓）拧紧在铝制散热器上， 可自然冷却；平板式晶闸管由两个相互绝缘的散热器夹紧晶闸管， 靠冷风冷却。 额定电流大于200 A的晶闸管都采用平板式外形结构。此外，晶闸管的冷却方式还有水冷、油冷等。 二晶闸管的工作原理晶闸管导通必须同时具备两个条件： （1） 晶闸管主电
5、路加正向电压。 （2） 晶闸管控制电路加合适的正向电压。 为了进一步说明晶闸管的工作原理，可把晶闸管看成是由一个PNP型和一个NPN型晶体管连接而成的，连接形式如图1-2所示。阳极A相当于PNP型晶体管V1的发射极，阴极K相当于NPN型晶体管V2的发射极。 图 1-2 晶闸管工作原理等效电路当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时， 晶体管V2处于正向偏置，EC产生的控制极电流IG就是2的基极电流IB2，V2的集电极电流IC2 =2 IG 。而IC2 又是晶体管1的基极电流，1的集电极电流IC1=1IC2 =12 IG （ 1和2分别是1和V2的电流放大系数）。电流IC1又流入V2的基极
6、， 再一次放大。这样循环下去，形成了强烈的正反馈，使两个晶体管很快达到饱和导通，这就是晶闸管的导通过程。导通后， 晶闸管上的压降很小，电源电压几乎全部加在负载上，晶闸管中流过的电流即负载电流。在晶闸管导通之后，它的导通状态完全依靠管子本身的正反馈作用来维持， 即使控制极电流消失，晶闸管仍将处于导通状态。因此， 控制极的作用仅是触发晶闸管使其导通，导通之后，控制极就失去了控制作用。 要想关断晶闸管， 最根本的方法就是必须将阳极电流减小到使之不能维持正反馈的程度，也就是将晶闸管的阳极电流减小到小于维持电流。 可采用的方法有： 将阳极电源断开； 改变晶闸管的阳极电压的方向， 即在阳极和阴极间加反向电
7、压。 三晶闸管的伏安特性晶闸管阳极与阴极间的电压UA和阳极电流IA的关系称为阳极伏安特性， 正确使用晶闸管必须要了解其伏安特性。 图1-3所示即为晶闸管阳极伏安特性曲线， 包括正向特性（第一象限）和反向特性（第三象限）两部分。 图 1-3 晶闸管阳极伏安特性曲线晶闸管的正向特性又有阻断状态和导通状态之分。在正向阻断状态时， 晶闸管的伏安特性是一组随门极电流IG的增加而不同的曲线簇。当IG =0时，逐渐增大阳极电压UA，只有很小的正向漏电流，晶闸管正向阻断；随着阳极电压的增加，当达到正向转折电压UBO时，漏电流突然剧增，晶闸管由正向阻断突变为正向导通状态。 这种在IG =0时，依靠增大阳极电压而
8、强迫晶闸管导通的方式称为“硬开通”。多次“硬开通”会使晶闸管损坏，因此通常不允许这样做。随着门极电流IG的增大，晶闸管的正向转折电压UBO迅速下降，当 IG足够大时，晶闸管的正向转折电压很小，可以看成与一般二极管一样，只要加上正向阳极电压，管子就导通了。 晶闸管正向导通的伏安特性与二极管的正向特性相似，即当流过较大的阳极电流时， 晶闸管的压降很小。 晶闸管正向导通后，要使晶闸管恢复阻断，只有逐步减小阳极电流IA，使IA下降到小于维持电流IH（维持晶闸管导通的最小电流），则晶闸管又由正向导通状态变为正向阻断状态。 图1-3中各物理量的含义如下： UDRM、 URRM正、 反向断态重复峰值电压；
9、UDSM、URSM正、 反向断态不重复峰值电压； UBO正向转折电压； URO反向击穿电压。 晶闸管的反向特性与一般二极管的反向特性相似。在正常情况下，当承受反向阳极电压时，晶闸管总是处于阻断状态，只有很小的反向漏电流流过。当反向电压增加到一定值时，反向漏电流增加较快，再继续增大反向阳极电压会导致晶闸管反向击穿， 造成晶闸管永久性损坏，这时对应的电压为反向击穿电压URO。 四晶闸管的主要参数（一） 正向重复峰值电压UDRM在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可重复加在晶闸管两端的正向峰值电压称为正向重复峰值电压UDRM。一般规定此电压为正向转折电压UBO的80%。 （二）反向重复峰值电压UR
10、RM 在控制极断路时，可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压称为反向重复峰值电压URRM。此电压取反向击穿电压URO的80%。 （三） 通态平均电流IV(AV) 在环境温度小于40和标准散热及全导通的条件下， 晶闸管可以连续导通的工频正弦半波电流平均值称为通态平均电流IV(AV)或正向平均电流，通常所说晶闸管是多少安就是指这个电流。 （四）维持电流IH和掣住电流IL在室温且控制极开路时，维持晶闸管继续导通的最小电流称为维持电流IH。维持电流大的晶闸管容易关断。维持电流与元件容量、结温等因素有关，同一型号的元件其维持电流也不相同。（五） 晶闸管的开通与关断时间1 开通时间tgt 一般规定：从门极触
11、发电压前沿的10%到元件阳极电压下降至10%所需的时间称为开通时间tgt ，普通晶闸管的tgt约为6 s。开通时间与触发脉冲的陡度大小、结温以及主回路中的电感量等有关。为了缩短开通时间，常采用实际触发电流比规定触发电流大35倍、前沿陡的窄脉冲来触发，称为强触发。另外， 如果触发脉冲不够宽， 晶闸管就不可能触发导通。一般说来， 要求触发脉冲的宽度稍大于tgt ，以保证晶闸管可靠触发。 2关断时间tq 晶闸管导通时，内部存在大量的载流子。晶闸管的关断过程是： 当阳极电流刚好下降到零时，晶闸管内部各PN结附近仍然有大量的载流子未消失，此时若马上重新加上正向电压， 晶闸管仍会不经触发而立即导通，只有再
12、经过一定时间，待元件内的载流子通过复合而基本消失之后，晶闸管才能完全恢复正向阻断能力。我们把晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需要的这段时间称为关断时间tq。 晶闸管的关断时间与元件结温、关断前阳极电流的大小以及所加反压的大小有关。普通晶闸管的tq约为几十到几百微秒。 （六） 通态电流临界上升率di/dt 门极流入触发电流后，晶闸管开始只在靠近门极附近的小区域内导通，随着时间的推移，导通区才逐渐扩大到PN结的全部面积。如果阳极电流上升得太快，则会导致门极附近的PN结因电流密度过大而烧毁，使晶闸管损坏。因此，对晶闸管必须规定允许的最大通态电流上升率，称通态电流临界上升率di/dt
13、。 （七） 断态电压临界上升率du/dt晶闸管的结面积在阻断状态下相当于一个电容，若突然加一正向阳极电压， 便会有一个充电电流流过结面，该充电电流流经靠近阴极的PN结时，产生相当于触发电流的作用，如果这个电流过大，将会使元件误触发导通，因此对晶闸管还必须规定允许的最大断态电压上升率。我们把在规定条件下，晶闸管直接从断态转换到通态的最大阳极电压上升率称为断态电压临界上升率du/dt。 五晶闸管的型号及简单测试方法 （一） 晶闸管的型号 （二）晶闸管的简单测试方法 对于晶闸管的三个电极，可以用万用表粗测其好坏。依据PN结单向导电原理，用万用表欧姆挡测试元件的三个电极之间的阻值，可初步判断管子是否完好。如用万用表R1 k 挡测量阳极A和阴极K之间的正、反向电阻都很大，在几百千欧以上，且正、反向电阻相差很小；用R10或R100挡测量控制极G和阴极K之间的阻值，其正向电阻应小于或接近于反向电阻，这样的晶闸管是好的。如果阳极与阴极或阳极与控制极间有短路，阴极与控制极间为短路或断路， 则晶闸管是坏的。 第二章 晶闸管触发电路一对触发电路的要求晶闸管的型号很多，其应用电路种类也很多，不同的晶闸管型号、不同的晶闸管应用电路对触发信号都会有不同的具体要求。归纳起来， 晶闸管触发主要有移相触发、过零触
