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1、第第第第19191919章章章章 电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术19.1 19.1 晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管19.2 19.2 可控整流电路可控整流电路可控整流电路可控整流电路19.3 19.3 晶闸管的保护晶闸管的保护晶闸管的保护晶闸管的保护19.4 19.4 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路第第19章章 目录目录晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管又称可控硅（又称可控硅（SCR），是一种大功率的半），是一种大功率的半导体器件。导体器件。分类：分类：有普通型、双向型和可关断型。有普通型、双向型和可关断型。它的出现，使半导体器件进入强电领域。它的出
2、现，使半导体器件进入强电领域。优点：优点：体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维护体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维护 简单、操作方便，寿命长等；简单、操作方便，寿命长等；缺点：缺点：过载能力差，抗干扰能力差、控制比较复杂。过载能力差，抗干扰能力差、控制比较复杂。概述概述用途用途: 整流、逆变、调压、开关整流、逆变、调压、开关19.1 晶闸管晶闸管AGKJ1J2J3AKGPNPN阳极阳极阴极阴极控制极控制极符号符号19.1.1 晶闸管的结构和符号晶闸管的结构和符号结构结构晶闸管是一种晶闸管是一种大功率的半导大功率的半导体器件。其内体器件。其内部结构为：部结构为：四层半导体，四层半导体，三个三个
3、 PN结结。文字符号为文字符号为 TT第第19章章 19.119.1.2 晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理第第19章章 19.11、晶闸管的导通关断条件、晶闸管的导通关断条件导通条件：导通条件：晶闸管阳极与阴极间加正向电压、控制极电路加晶闸管阳极与阴极间加正向电压、控制极电路加正向电压。二个条件必须同时具备。正向电压。二个条件必须同时具备。关断条件：关断条件：将阳极电流减小到维持电流以下，或者在阳极与将阳极电流减小到维持电流以下，或者在阳极与阴极间加反向电压。二个条件具备一个即可。阴极间加反向电压。二个条件具备一个即可。注意：晶闸管一但导通，控制极便失去作用。注意：晶闸管一但导通，控制极便失去
4、作用。注意：晶闸管一但导通，控制极便失去作用。注意：晶闸管一但导通，控制极便失去作用。PNPNKGAA(PNP)(NPN)K GT2T1APNPNP NKG第第19章章 19.1 为了说明晶闸管的导通原理为了说明晶闸管的导通原理, 将晶闸管等效为由将晶闸管等效为由T1 (NPN型型) 和和T2 (PNP型型) 两个三极管联接而成两个三极管联接而成 , 每个每个三极管的基极与另一个三极管的集电极相联。三极管的基极与另一个三极管的集电极相联。2、晶闸管的导通原理、晶闸管的导通原理 IG+IC2 流入流入T1的基极作再次放大的基极作再次放大, ,如此循环形成强正反馈如此循环形成强正反馈 , , 很快
5、使很快使T1和和T2达到饱和导通。达到饱和导通。 当加入电源当加入电源EA和和EG后后, , 使晶闸管的阳极和控制极均加使晶闸管的阳极和控制极均加正向电压正向电压, ,因而因而T1正偏导通正偏导通, ,IG= IB1, , 而而IC1= 1IB1即是即是 IB2, , EGKGT2T1AREAIG 1IB1 1 2IB1A(PNP)(NPN)KGT2T1第第19章章 19.1 此时此时, , 若去掉若去掉触发电压触发电压, , 晶闸管仍可依靠正反馈维持晶闸管导通晶闸管仍可依靠正反馈维持晶闸管导通, , 控制极控制极失去作用。失去作用。经经PNP管管T2 作进一步放大作进一步放大, , 形成集电
6、极电流形成集电极电流 IC2 = 1 2IB1, ,IB119.1.3 晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性CBA0IHIU导通导通IG=0IG1IG2阻断阻断UBRIRIG增加增加UBO反向特性反向特性正向特性正向特性UBO 正向转折电压正向转折电压UBR 反向转折电压反向转折电压IG 触发电流触发电流IH 维持电流维持电流 晶闸管的晶闸管的晶闸管的晶闸管的导通条件：导通条件：导通条件：导通条件：阳极和阴极间加阳极和阴极间加正向电压；正向电压；控制极和阴极间加控制极和阴极间加正向触正向触 发电压。发电压。 两个条件必两个条件必须同时满足须同时满足第第19章章 19.1规定：晶闸管阳极与阴规定：晶
7、闸管阳极与阴极间加极间加6V直流电压，能直流电压，能使元件导通的控制极最使元件导通的控制极最小电流（电压）称为触小电流（电压）称为触发电流（电压发电流（电压)。PNPNKGA0IUT2T1 双向晶闸管的结构、符号和伏安特性双向晶闸管的结构、符号和伏安特性GT1T2结构结构双向晶闸管可等效为双向晶闸管可等效为两个反向并联的晶闸两个反向并联的晶闸管管,可实现双向导通。可实现双向导通。伏安特性伏安特性T1T2G符号符号第第19章章 19.1IT2T1 _G19.1.4 主要参数主要参数第第19章章 19.11、正向重复峰值电压、正向重复峰值电压控制极断路，晶闸管正向阻断条件下，可以重复加控制极断路，
8、晶闸管正向阻断条件下，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。用符号在晶闸管两端的正向峰值电压。用符号UFRM表示。表示。UFRM此电压为正向转折电压的此电压为正向转折电压的80%2、反向重复峰值电压、反向重复峰值电压 URRM控制极断路，可以重复加在晶闸管两端的反向峰值控制极断路，可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压。用符号电压。用符号URRM表示。表示。此电压为反向转折电压的此电压为反向转折电压的80%3、正向平均电流、正向平均电流IF第第19章章 19.1在环境温度不大于在环境温度不大于40C和标准散热及全导通的条件下，和标准散热及全导通的条件下，晶闸管可以连续通过的工频正弦半波电流（在一
9、个周晶闸管可以连续通过的工频正弦半波电流（在一个周期内）的平均值，称为正向平均电流期内）的平均值，称为正向平均电流IF。4、维持电流、维持电流IH在规定环境温度和控制极断路时，维持元件在规定环境温度和控制极断路时，维持元件继续导通的最小电流称为维持电流。当小于继续导通的最小电流称为维持电流。当小于这个电流时，晶闸管自动关断。这个电流时，晶闸管自动关断。晶闸管的型号及含义晶闸管的型号及含义K P 导通时平均电压组别导通时平均电压组别（小于（小于100A不标），不标），共九级，用共九级，用A-I字母字母表示表示0.2-1.2V。额定电压，用其百分额定电压，用其百分数或千位数表示，它数或千位数表示，
10、它即为即为UFRM和和URRM中中较小的一个。较小的一个。晶晶闸闸管管普普通通型型额额定定正正向向平平均均电电流流例如例如KP5-7表示额定正向平均电流为表示额定正向平均电流为5A，额定电压为，额定电压为700V的晶闸管。的晶闸管。第第19章章 19.119.2 可控整流电路可控整流电路第第19章章 19.219.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1、电阻性负载、电阻性负载正半周正半周 T导通导通负半周负半周 T截止截止RLTu2u1uGuOuG 触发电压触发电压uO 输出电压输出电压 导通角导通角iO t t 触发角触发角 t0uG iO002U2第第19章章 19.2RLTu
11、2u1uGuO 导通角导通角iO t t 触发角触发角 t0uG iO002U2单相半波可控整流电路的计算单相半波可控整流电路的计算IO = UO /RL输出电压、电流平均值输出电压、电流平均值UO = 0.45U221+cos 晶闸管的电流平均值晶闸管的电流平均值和最大反向电压和最大反向电压IT = IO ,UTRM =2U22、电感性负载、电感性负载第第19章章 19.2TLRuou t t t0uG iO002U2晶闸管刚导通时晶闸管刚导通时,电感元电感元件中产生阻碍电流变化的件中产生阻碍电流变化的感应电动势感应电动势,电路中电流电路中电流不能跃变不能跃变,由零逐渐上升。由零逐渐上升。当
12、电流达到最大值并开始减小时，当电流达到最大值并开始减小时，eL为下正上负，当交为下正上负，当交流电压流电压u达到零值之前，达到零值之前，eL和和u极性相同，晶闸管导通。极性相同，晶闸管导通。在单相半波可控整流电路接电感性负载时，晶闸管在单相半波可控整流电路接电感性负载时，晶闸管导通角将变大，负载电感越大，导通角越大，在一导通角将变大，负载电感越大，导通角越大，在一个周期中，负载上负电压所占的比重就越大，整流个周期中，负载上负电压所占的比重就越大，整流输出电压的平均值就越小。为了使晶闸管在电源电输出电压的平均值就越小。为了使晶闸管在电源电压为零时能及时关断，使负载上不出现负电压，必压为零时能及时
13、关断，使负载上不出现负电压，必须采取相应措施，一般可在电感性负载两端并联一须采取相应措施，一般可在电感性负载两端并联一个二极管个二极管D。第第19章章 19.2当电压经过零值变负以后，只要当电压经过零值变负以后，只要eL大于大于u，晶闸，晶闸管继续承受正向电压，电流仍将继续流通，管继续承受正向电压，电流仍将继续流通，当电流下降到维持电流以下时，晶闸管关断，当电流下降到维持电流以下时，晶闸管关断，并立即承受反向电压。并立即承受反向电压。iO19.2.2 19.2.2 单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路uOuG t tuOuGuG 触发电压触发电压uO
14、 输出电压输出电压 单相半控桥式整流电路由两单相半控桥式整流电路由两个晶闸管和两个二极管组成。个晶闸管和两个二极管组成。 触发角触发角 导通角导通角iO正半周正半周 T1和和D2导通导通负半周负半周 T2和和D1导通导通D1T1T2D2 t0u2u2RL00第第19章章 19.2u12U21. 工作原理工作原理iO2. 单相半控桥式整流电路的计算单相半控桥式整流电路的计算uOuG t tRL 触发角触发角 导通角导通角 tu2IO = UO /RLIT = ID= IO/2 ,输出电压、电流平均值输出电压、电流平均值UO = 0.9U221+cos UTRM=UDRM =2U2晶闸管、二极管的
15、电流晶闸管、二极管的电流平均值和最大反向电压平均值和最大反向电压uOuGD1T1T2D2u2iO000第第19章章 19.2u12U219.3. 晶闸管的保护晶闸管的保护晶闸管的主要缺点：晶闸管的主要缺点：晶闸管的主要缺点：晶闸管的主要缺点：过载能力差！过载能力差！ 使用时必须加入使用时必须加入过压和过流保护电路过压和过流保护电路过压和过流保护电路过压和过流保护电路。将将 RC电路电路电路电路 并联在晶闸管两端及负载端即是并联在晶闸管两端及负载端即是 一种常用的简单有效的过压保护措施一种常用的简单有效的过压保护措施。RLLDRCRCRCRC第第19章章 19.3发射极发射极19.4.119.4
16、.1单结晶体管单结晶体管EPN 结结N型硅片型硅片B1B2结构结构符号符号EB1 B2EB1B2DRB2RB1A等效电路等效电路19.4 单结晶体管单结晶体管触发电路触发电路第二第二基极基极第一第一基极基极第第19章章 19.4RBB= RB1+ RB2RB2 为常数为常数 2-15K RB1 当当PN结未导通为数千结未导通为数千 PN结导通后则下降为几十结导通后则下降为几十 单结晶体管的实验电路及伏安特性曲线单结晶体管的实验电路及伏安特性曲线指指UBB为常数时，为常数时，IE与与UE之间的关系之间的关系IE = f ( UE )UBB = 常数常数(1)截止区，当截止区，当UE VA+UD
17、EB1B2DRB2RB1AREUEUBBEEIEVA=RB1UBBRB1RB2+= UBBPN结反偏，结反偏， IE很小很小当当UE增加到增加到PN结结导通的峰点导通的峰点电压电压 UP ，单结晶，单结晶体管将进入体管将进入导通状态。导通状态。实验电路实验电路:UVUEUpV VIEIV截止区截止区截止区截止区 负阻区负阻区负阻区负阻区饱和区饱和区饱和区饱和区P PIP第第19章章 19.4EB1B2DRB2RB1AREUEUBBEEIEVA=RB1UBBRB1RB2+= UBB(2)负阻区，当负阻区，当UE UP PN结导通，结导通， IE显著增加，同时显著增加，同时UE下降。下降。 由于由
18、于RB1随着随着PN结导通急结导通急剧下降，故分压比也下降，又引起剧下降，故分压比也下降，又引起维持维持PN结导通的结导通的UE进一步下降。进一步下降。形成正反馈，一直达到谷点形成正反馈，一直达到谷点V。这段曲线表现出负阻特性。这段曲线表现出负阻特性。实验电路实验电路:UEUpUVV VIEIV截止区截止区截止区截止区 负阻区负阻区负阻区负阻区饱和区饱和区饱和区饱和区P PIP第第19章章 19.4EB1B2DRB2RB1AREUEUBBEEIEVA=RB1UBBRB1RB2+= UBB(3)饱合区，当饱合区，当IE IV 后后RB1 不再下降，不再下降，随随IE增加增加UE缓慢上升缓慢上升
19、。动态电阻为正值。动态电阻为正值。实验电路实验电路:第第19章章 19.4UEUpUVV VIEIV截止区截止区截止区截止区 负阻区负阻区负阻区负阻区饱和区饱和区饱和区饱和区P PIPE EDRB2RB1AREUEUBBEEUEUpUVV VIEIV截止区截止区截止区截止区 负阻区负阻区负阻区负阻区饱和区饱和区饱和区饱和区P PIPIE2. 当发射结电压当发射结电压UEUP时时, 单结晶体管导通；单结晶体管导通； 若管子导通后若管子导通后UEUV时时, 单结晶体管截止。单结晶体管截止。1. 在点在点P、V之间之间, 单结晶体管呈现负阻特性。单结晶体管呈现负阻特性。结论结论B B1 1B B2
20、2第第19章章 19.419.4.2. 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路充充电电RR2R1C放放 电电 uGuGUBBuGuCUPUV0tt当电容放电至当电容放电至ucUV时时单结晶体管截止单结晶体管截止, ,电容电容重新重新充电充电。振荡振荡原理原理当电容充电到当电容充电到ucUp时时,单结晶体管导通单结晶体管导通, ,经经R1放电放电; ;循环往复循环往复,在电阻在电阻R1上形成触发脉冲上形成触发脉冲uG 。0第第19章章 19.4单结晶体管同步触发整流电路和工作波形单结晶体管同步触发整流电路和工作波形uOucuGuZRLLu1u21u22RpRD3D4D5D6D2DD1T1T2R2R
21、1同步触发：单结晶同步触发：单结晶体管触发电路与晶体管触发电路与晶闸管半控桥式整流闸管半控桥式整流电路由同一变压器电路由同一变压器供电供电 ,可保证可保证uZ与与uO 同时过零。同时过零。调整电位器调整电位器Rp, 可可改变电容改变电容 C 的充电的充电时间常数即调整了时间常数即调整了主电路的控制角主电路的控制角 。(1) 电路组成电路组成第第19章章 19.4DZCR1 t t t tLRpRD uOucuGRLD3D4D5D6D2DD1T1T2R2uZuCuZuGuO(2) 工作波形工作波形第第19章章 19.4u1u21u22DZC t t t t 由工作波形可见：由工作波形可见：当电压当电压uZ过零时，电容过零时，电容放电到零，使每个周期放电到零，使每个周期uC都从零开始充电，因都从零开始充电，因此此uZ在每个半周产生的在每个半周产生的第一个触发脉冲的时间第一个触发脉冲的时间均相同，可保证晶闸管均相同，可保证晶闸管的控制角的控制角 相同。相同。 uCuZuGuO(3) 同步触发同步触发第第19章章 19.4
