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1、目录摘要1前言2第一章 基本原理31.1 可控硅的结构与工作原理 31.1.1可控硅结构 31.1.2可控硅工作原理31.1.3 可控硅工作状态的转换61.2 可控硅的触发电路71.2.1 门极触发信号的种类71.2.2 可控硅对门极触发电路的要求 71.3 交流调压原理 8第二章 单向可控硅过零触发器的结构设计 102.1 结构框图102.2 部件功能10第三章 硬件设计113.1 过零检测电路 113.2 键盘电路133.3 驱动电路143.4 显示电路14第四章 软件设计164.1 中断程序164.2 LED显示程序174.3 键盘程序18第五章 总结19参考文献20致词21单向可控硅过
2、零触发器的设计指导老师：朱桂荣作者：周浩宇专业：06测控【摘要】电力电子技术中，可控硅已被广泛用于控制电路中。利用单向可控硅具有可控开 关作用的特性，通过控制可控硅通断比来实现功率的调节。可控硅通断比的控制是由单片 机实现的，单片机根据其键盘的输入值进行计算后控制输入可控硅门极的过零脉冲个数进 行控制的。【关键字】可控硅 单片机 过零触发【Abstract】Among the electric and electronic technology, silicon controlled rectifier extensive among control circuit already. Vtil
3、ize one-way silicon controlled rectifier with controlled switch function characteristic, through coherent to realize regulation of power coming while being broken to control silicon controlled rectifier. the coherent broken of the Silicon controlled rectifier is controlled from what one-chip compute
4、r realize, one-chip computer go on after calculating is it import silicon controlled rectifier door passing according to introduction value of keyboard their zero pulse number is it control to go on very much to controlling.【Keywords】SCR(silicon controlled rectifier) one-chip computer over zero is t
5、ouched off前言电力电子技术，又称功率电子学。它主要研究各种电力半导体器件，以及由这些电力 电子器件来构成各式各样的电路或装置，以高效地完成对电能的变换和控制。它既是电子 学在强电（高电压、大电流）或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电（低电压、小电 流）或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新领域。电力电子技术的发展与控 制技术的发展紧密相关。控制电路经历了由分立元件到集成电路的发展阶段 1。现在已有 专为各种控制功能设计的专用集成电路，使电力电子装置的控制电路大为简化。特别是微 处理器和微型计算机的引入，且它们的位数成倍增加，运算速度随之提高，功能不断完善， 使控制技术发生了
6、根本的变化，即控制不仅依赖硬件电路，而且可利用软件编程，即方便 又灵活，可使各种新颖、复杂的控制策略和方案得到实现，并具有自诊断功能，甚至能获 得有一定智能的电力电子装置。总之，同一电子电路或装置由于控制技术的提高，可以使 电路或装置达到更为完善的水平5。晶闸管（thyristor）是具有可控开关特性的半导体器件的总称。它包括普通晶闸管（通 常称为可控硅）及各种派生元件，如双向晶闸管、逆导晶闸管、快速晶闸管、光控晶闸管 可关断晶闸管、静电感应晶闸管等。在这些器件中出现最早和目前应用得最广泛的是可控 硅（silicon controlled rectifier, SCR）,因此习惯上不加说明的晶
7、闸管就指的是普通晶 闸管，即可控硅4。晶闸管是一种大功率的半导体器件，从研究成功到现在仅几十年的时间，然而在此间， 器件的制造和应用技术的发展很快。它具有体积小，重量轻，效率高和使用方便等优点， 对于实现生产过程自动化，提高生产效率，降低成本等方面都有显著的效果。晶闸管既有 单向导电的整流作用，又有可以控制的开关作用，可用很微小的功率控制较大的功率，是 一种常用的可控整流元件4。第一章 基本原理1.1 可控硅的结构与工作原理1.1.1 可控硅结构可控硅是一种功率半导体器件，如图1.1 (a)所示。它的管心由半导体材料构成 p-n-p-n四层结构，在这四层结构间形成三个p-n结j1,j2,j3;
8、有三个引出端，其中两个是 功率引出端，分别称阳极A(anode)和阴极K(cathode)，另一个是控制引出端，称门极 G(gate)。图1.1中(b)和(c)分别是P型门极、阴极侧受控和N型门极、阳极侧受控可控硅 的电路符号，当没有必要规定控制极的类型时，可用图(d)符号表示三极晶体闸流管(即可 控硅)4。图 1.1 晶闸管的结构及电路符号6可控硅的外壳有螺旋型、模块型和平板型等多种形式，前者多为小容量(200A以下),后者用于大容量。使用时都必须配装合适的散热器和适当的冷却措施，如风冷却或水冷却1.1.2 可控硅工作原理可控硅是一种可控的单向导电开关，其反向始终能承受电压，即具有反向阻断特
9、性；正向则可以有两个稳定的工作状态，即呈高阻抗的阻断工作状态(简称断态)和呈低阻抗 的导通工作状态(简称通态)。那么，这两种工作状态在什么条件下成立以及它们在什么 条件下相互转换，这是我们首先要讨论的问题。1) p-n 结p型半导体材料的多数载流子是空穴；n型半导体材料的多数载流子是电子。它们的 结合面形成p-n结，如图1.2(a)。当外加一个电压E,若其正端接p，负载接n (图1.2(b)，则在外电压的作用下，空 穴和电子流向结j。在结j处，空穴和电子相结合而中和。失去的空穴和电子由电源E得 到补充。这样不断结合和补充的过程形成电流，p-n结呈低阻导通特性，或者说，p-n结 正向偏置时导通。
10、当外加电源E正端接n，负端接p时，在外加电压作用下，p型的空穴和n型的电子均背 离结j，它们不可能在那里结合，于是P型、n型中的主要载流子被耗尽(图1.2 (c), 在这种情况下，p-n结呈高阻阻断状态，或者说p-n结反向偏置时阻断，只有很小的漏电 流。图 1.2 p-n 结2) 可控硅的阻断工作状态当可控硅门极G与外电路断开时，则可控硅在它的两个方向上均呈阻断工作状态(图1.3(a)、)。图1.3(a)可控硅阳极A加正电压，阴极K加负电压(称可控硅正向偏置)。 具有四层结构的可控硅可以看成是三个二极管的串联，即三个结j1、j2、j3可以看成是三 个二极管，这时j1、j3正偏，而j2反偏，故可
11、控硅呈阻断状态。图1.3 (b)是阳极加负 电压，阴极加正电压(称可控硅反向偏置)，这时是j2正偏，而j1、j3是反偏，故可控硅 亦呈阻断状态。)i町正向嵋量(b艮向第at图 1.3 晶闸管阻断工作状态由此可见，当可控硅门极没有控制信号时(无注入电流)，不论可控硅是加正向偏置 还是反向偏置，可控硅均呈高阻阻断工作状态，相当于开关断开。3) 可控硅的导通工作状态对可控硅正向导通工作状态的解释，可用可控硅的双晶体三极管模型分析。图 1.4(a)为可控硅结构，若将其中间部分分为两部分并用导体连接起来，则变为图1.4 (b)。图1.4(b)可视为两只复合晶体三极管，即p-n-p型晶体三极管VT1和n-
12、p-n型晶体三极管VT2,见图1.4(c)。在正向偏置下，由图可得电流方程(1.1)(1.2)I = I +1+1=a I +a I +1A C1 C 2 C0 1 A 2 K C0I = I +1K A G式中：a 1一VT1的共基极电流放大系数(=二/1)；11 C1 Aa 2 VT2的共基极电流放大系数(a二I I );22 C 2 K门极电流。图 1.4 晶闸管等效电路IC2、IK分别为VT2的集电极和发射极电流。将式（1.2）代入式（1.1）可得图1.5匕、a2与发射极电流变化关系IC0为VT1、VT2的漏电流；B -分别为VT1的集电极和发射极电流;T I +a II 二 CO2G
13、(1.3)A 1 -(a +a )1 2a、a由可控硅制造工艺所决定，a并随I1 2 1 Aa、I变化，a其关系曲线如图1.5所示。1 K1a a从式（1.3）可见，当门极a电流为零时,1 1 1则1.4)(a +a )1，则 I Q I ，12AC0电路处于阻断状态，这二COA 1 -(a +a )12由于 I 很小，在很小漏电流情况下，C0 与前述载流子运动的原理一致。当存在门极电流I时，从图1.4 （c）可看出，I注入将使I增加，从而使I增加；IGGKC2C2的增加则相继引起I和I的增加，而I的增加又使I和I增加，这是一个强烈的正反A C1C1B 2 K馈过程。在电流增加的同时，a 、a
14、也随之增加，当（a +a ） 1，则两晶体三极管处1 2 1 2于饱和导通，即可控硅由阻断转为导通。可控硅导通以后，由于两晶体三极管间的正反馈作用，依然保持导通，且处于深度饱和状态（a +a ） Q1.15,而与门极电流I是否继续提12G供无关。即门极信号只需控制可控硅的正向导通时刻，而一旦导通，门极信号即使失去了， 可控硅依然保持导通。当可控硅加反向偏置时，由于晶体管VT1VT2在反偏时的电流放大系数很小即使存在 门极电流I也不能使其导通。由于两个等效晶体管的电流放大系数很小，可使用较厚的基片。因此可获比普通晶体 三极管高得多的耐压（最高可达10KV）;又由于可控硅对门极流有正反馈（再生）作
15、用， 因此它可获得极高的电流增益（104 ）和功率增益（106）1.1.3 可控硅工作状态的转换可控硅的“断态”和“通态”两种工作状态之间的转换条件如下：1）关断转化为导通的条件 晶闸管在电路中使用时，只有同时具备以下两个条件能 使其达到导通状态：一是阳极电位比阴极电位高，二是控制极有足够的正向触发电压。2）维持导通的条件 晶闸管一旦导通后，只要继续保持阳极电位高于阴极电位及阳极电流大于维持电流，晶闸管的导通即能维持下去3) 从导通转化为关断条件 晶闸管在导通状态下，若将阳极电流减小到维持电流以下，或者阳极电位低于阴极电位时，晶闸管就立即从原导通状态转为关断状态。1.2 可控硅的触发电路1.2.1 门极触发信号的种类门极触发信号的种类有直流信号、交流信号和脉冲信号。1) 直流信号 如在晶闸管门极与阴极间加直流电压，则晶闸管加正向电压时将导通。这种方式在实 际中应用极少，因为晶闸管在其导通后就不需要门极信号继续存在。若采用直流信号将使 晶闸管门极损耗增加，有可能超过门极功耗，在晶闸管反向电压时，门极
