电子技术(第二版)第7章ppt课件.ppt

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1、第 7 章电力电子技术,退出,7.1 晶体管的结构与 工作原理,主要要求：,理解晶体管的基本结构和工作原理,理解晶体管的伏安特性,掌握晶体管的主要参数和型号,退出,退出,7.1.1 晶闸管的基本结构,晶闸管的外型如下图所示,它有三个引出极：阳极（）、阴极（）、和门极（）。螺旋式晶闸管中，螺栓是阳极的引出端，并利用它与散热器紧固。平板式则由两个彼此绝缘的散热器把晶闸管紧夹在中间，由于两面都能散热，因而以上的晶闸管常采用平板式。小功率晶闸管常采用塑封式，其上部的金属片用螺栓与散热片紧密接触，以利散热。,螺旋式,平板式,塑封式,退出,晶闸管的内部结构和符号,晶闸管内部是由四层半导体构成，所以有三个结

2、J1、J、J。阳极从P1层引出，阴极由N2层引出，门极由P层引出。普通晶闸管的结构和符号如图所示。普通晶闸管的型号是型,退出,.1.晶闸管的工作原理,可按下图所示电路进行晶闸管实验来说明其工作原理,1.主电源UAK通过双刀双掷开关S1与灯泡串联，接到晶闸管阳、阴极上，形成主电路。晶闸管阳、阴极两端的电压称阳极电压。,2.门极电源UK经双刀双掷开关S2加到门极与阴极之间，形成触发电路，门极与阴极间电压称门极电压。,退出,实验结果如下：,1.晶闸管在反向阳极电压作用下，不论门极为何种电压，它都处于关断状态。,2.晶闸管同时在正向阳极电压与正向门极电压作用下，才能导通。,3.已导通的晶闸管在正向阳极

3、电压作用下，门极失去控制作用。,4.晶闸管在导通状态时，当阳极电压减小到接近于零时，晶闸管关断。,以上结论说明，晶闸管像二极管一样，具有单向导电性。晶闸管电流只能从阳极流向阴极。若加反向阳极电压，晶闸管处于反向阻断状态，只有极小的反向电流。但晶闸管与二极管不同，它还具有正向导通的可控特性。当仅加上正向阳极电压时，元件还不能导通，这是称为正向阻断状态。只有同时还加上一定的正向门极电压、形成足够的门极电流时，晶闸管才能正向导通。而且，一旦导通之后，撤掉门极电压，导通仍然维持。,退出,7.1.3 晶闸管的伏安特性,晶闸管的伏安特性如下图所示,1.当门极电压UK时，门极电流IG。此时，若施加正向 阳极

4、电压UAK，当UAK较小时，阳极电流IA较小，称为正向漏流，管子处于阻断状态。继续加大UAK至UBO时，管子处于正向阻断状态。管子突然由阻断状态变为导通状态。称UBO值为正向转折电压。导通之后，管压降降为UT，IA随UAK快速增减。当IA减至IH以下时，管子恢复阻断，回到原点。IH为维持电压。,2.当UAK0、IG0时，IG越大，管子由断态转为通态所需正向转折电压越小。如,IG1IG0,IG1对应的转折电压小于IG0对应的转折电压。,3.当UAK0时，若其值较小,管子有很小的反向漏流,此时管子处于反向阻断状态。若UAK值加大，增至某一值UBR时，反向电流突增，此时管子击穿。UBR称为击穿电压,

5、退出,7.1.4 晶闸管的主要参数,1.正向重复峰值电压UDRM UDRM是指在门极开路和晶闸管阻断条件下，允许重复加在晶闸管上的正向峰值电压。普通晶闸管的UDRM值为1003000V。,2.反向重复峰值电压URRM URRM是指门极开路时，允许重复加在晶闸管上的反向峰值电压。普通晶闸管的URRM值为1003000V。,3.通态平均电流IV(AV)IV(AV)是在环境温度为400C和规定冷却条件下，晶闸管在电阻性负载的单相工频正弦半波，导通角不小于1700的电路中，当结温稳定且不超过额定结温时，所允许的最大通态平均电流。,退出,4.维持电流IH 在室温下，门极开路时，晶闸管从较大的通态电流降低

6、至刚好能保持导通的最小电流。,5.门极触发电流IG IG是指在室温下，晶闸管施加6V正向阳极电压时，使其完全开通所必须的最小门极直流电流。,6.门极触发电压UG 与门极触发电流相对应的门极直流电压,退出,7.1.5 晶闸管的型号,晶闸管的型号由字母及数字五部分组成。具体含义如下。,表示闸流特性,通态平均电压组别,额定电流,额定电压,P普通型，N逆导型，G可关断型,7.2 单相可控整流电路,主要要求：,理解单相半波可控整流电路,理解单相桥式可控整流电路,退出,退出,7.2.1 单相半波可控整流电路,1.电阻性负载如下图所示,由图可见，整流变压器次级电压u2加在晶闸管阳极回路中。若晶闸管门级不加触

7、发电压，即，UG=0,则晶闸管将处于阻断状态，负载RL上无电流，RL两端电压uL为零。晶闸管V承受u2全部电压。现在t1时刻加上触发脉冲uG如图b所示,则V从t1时刻开始导通，负载RL两端电压突然上升，其波形与t1期间的u2波形相似。管子一直导通到u2的正半周结束，电压降至零，晶闸管电流低于维持电流而关断。在u2的负半周，晶闸管承受反压，处于阻断状态，负载两端电压为零。到下一周期，又重复上述过程。波形图b所示,a电路图,b波形图,用晶闸管代替单相半波整流电路中的二极管就成了单相半波可控整流电路，如图a所示。,退出,把晶闸管从承受正压起到触发导通之间的电角度称为控制角，用表示。晶闸管在一个周期内

8、导通的电角度称为导通角，用表示。对单相半波电路而言，显然有：,把改变门极触发电压加入的时刻就可以控制晶闸管的导通角，从而改变整流输出电压。忽略晶闸管导通管压降，则整流输出电压的平均值为：式中U2为整流变压器二次侧电压有效值。,退出,对于电阻性负载，流过电阻RL的平均值为通过晶闸管的电流平均值与负载电流平均值相等。固有 整流电压的有效值为 流过负载电阻的电流有效值为 当00时，1800，ULAV=0.45U2，UL=晶闸管全导通，相当于一般整流二极管的单相半波整流。当1800时，00，ULAV=UL0晶闸管全阻断。,退出,2.电感性负载如下图所示,整流电路的负载若是直流电机的电枢、各种电机的励磁

9、绕组、电磁铁等，均属于电感性负载。整流电路带电感性负载时的工作情况与带电阻性负载时有很大不同，为便于分析，把电感与线圈电阻分开，如图a所示。,由于电路中有电感存在，电流不会发生跃变，因此电流的波形不再与电压的波形相似，如图b所示。在变压器次级电压u2为正半周期内，晶闸管被触发导通后，由于电感的作用，输出电流iL由零逐渐增加。由于通过电感的电流发生变化，在电感两端会产生感应电动势，eL=-L 阻止电流的增加。eL的方向与图中所标正方向相反，这时电感中储存电磁能量。当u2由正半周下降至过零变负时，由于电感中电流在减小，电感两端会产生感应电动势eL，iL抵抗的减小。这时eL的方向与图中所标正方向一致

10、。由于感应电动势的存在，即使u2为零甚至变负，加在晶闸管阳极阴极之间的电压仍然是正向电压，因而晶闸管仍然维持导通。这时电感在释放所储存的能量。随着u2负值的增加，当感应电动势eL与u2的值接近相等时，流过晶闸管的电流减小到维持IH以下时，晶闸管关断，并立即承受反向电压。,a电路图,b波形图,退出,由上述分析，由于负载为电感性负载，在电源电压进入负半周之后晶闸管仍维持一定的导通时间，因而整流电压输出电压uL出现负值。电感量L越大，负半周维持导通的时间越长，负电压部分占的比例越大，这必将造成整流电压的输出电压的平均值ULAV下降，当足L够大时，便使输出电压的正负阴影面积近似相等，输出电压平均值接近

11、为零，此时将无法满足输出一定平均电压的要求。,a电路图,b波形图,退出,为了克服上述缺点，就要设法使晶闸管在u2过零时关断，从而在输出端不出现负电压。为此，通常在负载两面端并联一个二极管D，如图a所示。在u2的正半周，D因反偏而截止。负载上电压与不加D一样。当u2过零变负时，负载上由电感所维持的电流经过二极管形成回路，电流继续流通，所以称此二极管为续流二极管。二极管导通后，晶闸管承受反压而关断。这样，整流电路的输出电压波形就不出现负电压部分，与电阻负载时输出电压的波形一样。如图b所示。输出电压平均值的计算式也为式,a电路图,b波形图,退出,应当说明，接续流二极管后，整流电路的负载电流iL波形与

12、电阻负载时大不相同。在晶闸管导通时负载电流由电源经晶闸管提供(iV)，晶闸管截止时负载由电感的感应电动势经二极管续流(iD)，负载上的电流是这两部分电流的合成。当电感很大时(LRL)，iL基本上为一恒定值。在大电感时，流过晶闸管和续流二极管的平均电流分别为式中ILAV中为负载上总的电流平均值。电流有效值为,退出,7.2.2 单相桥式可控整流电路,1.电阻性负载如下图所示,图a所示为单相桥式可控整流电路，它就是将单相想入桥式不可控整流电路中两只本极管换成两只晶闸管得到的。图中，两只晶闸管V1,V2为共阴极接法，而两只二极管D1,D2为共阳极接法。由于V1,V2阴极接在一起，所以给他们加的阳极电压

13、办能是一个为正方向，另一个为反方向，不可能同时为正向。这样，即使两只管同时触发，也只能有一个导通。比如，当u2为正半周时角发，V1导通，V2截止，电流途径为：a端 V1 RL D2b端，在u2过零时，V1阻断，输出电流为零。当u2为负半周时触发，V2导通，V1截止，电流途径为：b端 V2 RL D1a端，在u2过零时，V2阻断，输出电流为零。这样就形成了图b所示输出电压波形。由于是电阻性负载，输出电流的波形与输出电压相似。,a电路图,b波形图,退出,输出电压平均值为输出电压有效值为输出电流平均值为,退出,输出电流有效值为可见，输出电压，电流平均值均为单相半波可控整流的2倍，有效值为 倍。通过晶

14、闸管，二极管的电流平均值及有效值分别为晶闸管承受的最大正向，反向电压，二极管承受的最大正向，反向电压均为。,退出,2.电感性负载如下图所示,单相桥式可控整流电路接电感性负载时电路如图所示。由于是电感负载采用了续流二极管。这样，当电源电压过零时，负载经续流二极管续流，晶闸管电流降为零而关断。当电感值较大时，负载电流波形为一直线，负载电流平均值与有效值相等。,a电路图,b波形图,退出,2.电感性负载如下图所示,当控制角为时，一个周期内每只晶闸管的导通角为v=，续流二极管的导通角为D=2。流过每个晶闸管的电流平流平均值为有效值为流过续流二极管的电流平均值为有效值为。,a电路图,b波形图,7.3 晶闸

15、管的保护,主要要求：,理解过流保护,理解过电压保护,退出,退出,7.3.1 过电流保护,晶闸管电中若出现元件击穿，输出超载或短路，控制电路工作不正常或受干扰使晶闸管误触发等均可导致流过晶闸管的电流大大超过其正常工作电流。设置过电流保护的任务，就是当路一旦出现过电流时，能在元件还在未损坏之前，迅速地把过电流现象消除。常用的过电流保护有以下几种。,退出,1.接入快速熔断器,晶熔断器是最简单有效的保护元件。专为保护晶闸管而制造的快速熔断器，比普通熔断器的熔断速度快得多。当流过5倍额定电流时，熔断时间常小于0.02s。这样，发生事故时间可以迅速将事故电路与电源断开，保护晶闸管不受损坏。选用快速熔断器时

16、，与普通熔断一样，要按照熔断器的电流等级应大于实际工作时晶闸管最大电流的有效值来选，后者是正弦半波平均值，其有效值最大电流的有效值IV来选，而不是按晶闸管的额定电流IV(AV)来选，后者是正弦半波平均值，其有效值是1.57 IV(AV)。通常，熔体的额定电流IRD可按下式选取为保证既可靠使用又方便选用，可按IRD=IV(AV)来选定。比如50A，与的晶体管串联使用时，可选取定额定值为50A的快速熔断器。,退出,快速熔断器的接法有三种,接在直流输入端，如图所示，可在输出回路短路或过载时进行保护。,直接与元件串联，如图所示，可在个别元件短路时，进行保护。,接在交流输入端，如图所示，可对输出短路、元

17、件短路起保护作用,退出,2.装设过流继电器,这是应用电流反馈的方法限制电路的电流值。电路中一旦出现过电流，通过电流反馈信号控制触发器，使之停止工作，无触发信号输出，晶闸管关断，切断过流电路；或把触发脉冲移后，使晶闸管导通角减小，实现限流保护。另外，亦可在交流回路中接入限流电抗器，或采用漏抗较大的变压器，来限制短路电流。这种方法的缺点是，工作时电压损失增大，装置的功率因数降低。,3.采用过电流截止电路,继电器可装在交流或直流侧。当发生过流时，继电器动作，使自动开关或接触器跳闸。不过，过流继电器，自动开关，接触器动作需要一定的时间（几百毫秒），因此，只有短路电流不大时，或由于机械过载造成过流时，才

18、能保护晶闸管不损坏。,上述几种措施可选一种或几种。无论采用哪种措施，都必须保证保护器的动作时间小于晶闸管在一定过载倍数下允许承受的过流时间。,退出,7.3.2 过电压保护,引起晶闸管出现过电压的原因很多，如可控整流电路交流侧通断时引起峰值电压，感性负载电路的通断，电源电压的波动以及其他干扰等均可造成过电压。产生过电压的根本原因是由于电路中储能元件积蓄的电磁能量消耗不掉引起的。比如，有电感的电路突然断开时，电感释放储能，会产生高电压。因此，过电压保护就是设法把这些电磁能量通过适当途径放掉，或先加以吸收再逐渐释放。常用的保护措施有阻容保护和硒堆保护。,退出,1.熔断保护,阻容保护是在晶闸管及交流侧

19、并联阻容吸收支路。阻吸收支路由一个电容与一个电阻串联组成，如图所示。它实际上就是把可能产生过电压的电磁能量变为静电能储存在电容器内。串联电阻的作用是阻尼LC回路振荡。电路中总有电感存在，在晶管闸阻断时，如未串联电阻，LC容易形成振荡。电路中总有电感存在，在晶闸管阻断时，如不串联电阻，则L与C容易产生振荡，振荡的高电压加到晶闸管上会将晶闸管损坏。图a中电阻还能限制晶闸管的开通损耗与电流上升率。并联在晶闸管两端的电容在换相时被充电，晶闸管触发导通瞬间，电容会立即经晶体管放电。若未串联电阻，放电电流峰值很大，增加了晶闸管的开通损耗，使流过管子的电流升率过大，甚至损坏晶闸管。安装时，阻容吸收支路要尽量

20、靠近晶闸管，引线要短。,a与晶闸管并连,b交流侧并联,c直流输出端并联,退出,1.硒堆保护,硒堆保护是成组串联的硒整流片。硒整流片具有反向非线性特性。当反向电压刚刚超过转折电压后，反向电流便迅速增加。使用时将两组硒堆对接，并接在交流侧或直流侧，如图所示。电压正常时，硒堆总有一组处于反向状态，漏电流很小。当出现过电压时，将造成硒堆反向击穿，如同瞬时把电源短路一样，可吸收过量电压能量，限制了过电压的数值。由于硒片面积较在，击穿时只是烧焦几个点，过电压过后，整个硒片仍能恢复正常，继续使用。,硒堆保护的接法,7.4 晶闸管 触发电路,退出,主要要求：,理解单结晶闸管触发电路的工作原理,了解单结晶闸管触

21、发电路的组成及应用,如前所述，要使晶闸管导通，除了在阳极与阴极之间加正向电压外，还需要在控制极与阴极之间加正电压（电流）。产生触发电压（电流）的电路称为触发电路，前面所讨论的向负载提供电压和电流的电路称为主电路称为主电路。根据晶闸管的性能和主电路的实际需要，对触发电路的基本要求如下：1.触发电路要能够提供足够的出发功率（电压和电流），以保晶闸管可靠导通。手册给的出发电流和触发电压是指该型号所有合格晶闸管能够被触发的最小控制极电流和最小控制极电压。2.触发脉冲要有足够的宽度，脉冲前沿应尽量陡，以使晶闸管在触发后，阳极电流能上升到超过擎住电流而维持导通。对于感性负载，由于反电动势阻止电流的上升，触

22、发脉冲还要更宽。3.触发脉冲必须与主电路的交流电源同步，以保证主电路在每个周期里有相同的导通角。4.触发脉冲的发出时刻应能平稳的前后移动，使控制角有一定的变化范围，以满足对主电路的控制要求。很多电路都能实现上述要求，本节重点介绍单结晶体触发电路。,退出,退出,7.4.1 单结晶体管,1.结构,单晶体管外形与普通晶体三极管一样，有三个电阻，但它内部有一个PN结。它是在一块N型基片一侧和两端各引出一个欧姆接触的电极，分别称为第一基极B1和第二基极B2，而在基片的另一侧较靠近B2处设法掺入型杂志形成结，并引出一个电极，为发射极。左图描绘出了单结晶体管的结构、符号与等效电路。其中RB1,RB2分别是两

23、个基极至结之间的电阻。由于具有两个基极，单结晶体管也称为双基极二极管。,a结构,b符号,c等效电路,退出,2.伏安特性,单结晶体管伏安特性是指它的发射极特性。测试电路如图（）所示，在两基极之间加一固定电压UBB。加在发射极B1与级之间的电压UE可通过RP进行调节。改变电压值UE，同时测量不同UE对应的发射极电流IE，得到图（b）所示伏安特性曲线。,a测试电路,b伏安特性曲线,退出,当E极开路时，图中A点对极间电压（即上压降）为式中 为单结晶体的分压比，它由管子的内部决定，是单结晶体管的重要参数，其值一般在0.30.8之间。接上外加电源UEE，调整RP使UE由零逐渐加大，在UEUA+UD=UBB

24、+UD时（UD为等效二极管的正向压降），二极管因反偏而截止，发射极仅有很小的反向电流流过。E与B1间呈现很大的电阻，管子处于截止状态，这段区域称截止区。如图b中OP段。当UE升高到UE=UBB+UD时，达到图别b中P点，二极管开始正偏而导通。IE随之开始增加。P点所对应的发射极电压UP和电流IP分别称为单结晶体管的峰点电压和峰点电流。显然，峰点电压为,退出,导通后，发射极P区空穴大量注入到N型基片，由于B1点电位低与E点，大多数空穴被注入到N型基片的B1一端。这就使基片上AB1段的电阻RB1值迅速减少，UBB在A点的分压UA也随之减少，使二极管的正向偏压增加，IE进一步增加，IE的增加又促使R

25、B1进一步减少。这样形成IE迅速增加UA急剧下降的一个强烈的正反馈过程。由于PN结的正向压降随IE的增加而变化不大，UE就要随UA的下降而下降，一直达到最低点V。V点成为谷点，所对应的UE，IE分别称为谷点电压UV、谷点电流IV。由于UE随IE增大而减小，动态电阻 为负值，故从P点到V点这段曲线称为单结晶体管的负阻特性。对应这段负阻特性的区域称为负阻区。V点以后，当IE继续增大，空穴注入N区增大到一定程度，部分空穴来不及与基区电子复合，出现空穴剩余，使空穴继续注入遇到阻力，相当于RB1变大，因此在V点之后，元件又恢复正阻特性，UE随着IE的增大而缓慢增大。这段区域称为饱和区。显然，UV是维持管

26、子导通的最小发射极电压，一旦UEUV，管子将截止。,退出,1.当发射极电压UE小于峰点电压UP时，单结晶体管为截止状态，当UE上升到峰点电压时，单结晶体管触发导通。2.导通后，若UE低于谷点电压UV，单结晶体管立即转入截止状态。3.峰点电压UP与管子的分压比及外加电压UBB有关。大则UP大，UBB大则UP也大。,由上述分析可知，单结晶体管具有以下特点：,退出,7.4.2 单结晶体管触发电路,1.单晶体管振荡电路,单结晶体管振荡电路是利用上述单结晶体管伏安特性，接上适当的电阻、电容而构成，如图（a）所示。从R1两端输出脉冲电压uo。,合上电源开关S后，电源UBB经电阻RP,R3向电容C充电。电容

27、端电压uC（设初始时uC=0）按指数规律上升，上升速度取决于RC的数值。在uC到达峰点电压uP之前，单结管处于截止状态。R1两端无脉冲输出。,当电容端电压uC到达峰点电压uP时，单结管突然由截止变为导通，电容经EB1间电阻向外接电阻R1放电，由于R1R，因而放电速度比充电速度快得多，uC急剧下降。当电容电压降到谷点电压UV时，单结管截止，输出电压uo降为零。于是R1两端就输出一个尖脉冲电压，完成一个振荡周期。,a电路图,b波形图,退出,a电路图,b波形图,此后，电容器又开始充电，重复上述充放电过程。这种周而复始的自动充放电过程称为振荡。振荡电路电容器两端形成锯齿波电压uC，在电阻R1上获得周期

28、性尖脉冲电压uo，如图（b）所示。调整电阻R（即调整电位器RP）可改变电容充电时间，从而改变输出脉冲的频率。例如，R增加时，频率减小；反之，R减小，频率加大。,退出,2.单晶体管同步触发电路,由触发电路的基本要求可知，触发脉冲必须与主电路的交流电源同步，即要求触发脉冲在晶闸管每个导通周期内的固定时刻发出，以保证晶闸管在每个导电周期内具有相同的导通角。只有这样，才能保证输出电压平均值稳定。为了作到同步，要求在主电路电压过零时（或过零前某个时刻）单结管振荡电路将电容上的电荷放完，新的周期开始后，电容重新从零开始充电。这样，电容器的充电起始时间与晶闸管阳极电压的起始时间一致，从而保证了在主电路电源的

29、每个周期内触发电路开始输出脉冲的时刻完全相同，也就保证了晶闸管在每个导电周期的导通角相同。,退出,2.单晶体管同步触发电路,图（a）就是这样实现同步触发的单相桥式可控整流电路。变压器T称为同步变压器，它的原边与主电路接在同一相电源上。副边输出电压经桥式整流、稳压管限副得到的电压作为单结管的供电电压。当交流电源电压过零时，单结管基极B1,B2间电压UBB也过零，单结管内部A点电压UA=0,可使电容上电荷很快放掉，在下一半周开始，电容从零开始充电。这样保证了每周期触发电路送出第一个脉冲距离过零的时刻一致，起到同步的作用。可见，这个电路作到同步的关键是触发电路的过零时刻与主电路的过零时刻一致。,a电

30、路图,b波形图,退出,a电路图,b波形图,稳压管DZ与限流电阻R5的作用是限副，把桥式整流输出电压uO顶部削掉，变为梯形波uZ，如图（b）所示。这样，当电网电压波动时，单结管输出脉冲的幅度以及每半周中产生的第一个脉冲（后面的脉冲与触发无关）的时间不受影响。同时，削波后可降低单结管所承受的峰值电压。电阻R2的作用是补偿温度变化对单结晶体管峰值电压UP的影响，所以叫做温度补偿电阻。由式UP=UBB+UD，式中，PN结电压UD随温度升高略有减少，但单结晶体管的基极间电阻RBB（两基极B1,B2之间的电阻）随温度的升高而略有增大。串上电阻R2后，温度升高时，RBB增大，会导致R2上的压降略有减少，而使

31、UBB略有增加，从而补偿了因UD的减少而导致UP的减少，使UP基本不随温度而变。R2一般取200600。,退出,3.带放大环节的单晶体管同步触发电路,它是用三极管代替了上图中的充电电位器。三极管的集电极电流iC就是电容C的充电电流。三极管基极电位（由检测信号u1控制）改变时，其集电极电流也随之改变。比如，基极电位升高，使集电极电流减少，相当与电容C的充电电阻加大，充电变慢，使晶闸管导通角减小；反之，基极电位降低，会使晶闸管导通角增大。可见，三极管起到了可变充电电阻的作用。,7.5 双向晶闸管与交流调压电路,主要要求：,理解双向晶闸管,理解晶闸管交流开关电路,退出,如前所述，要使晶闸管导通，除了

32、在阳极与阴极之间加正向电压外，还需要在控制极与阴极之间加正电压（电流）。产生触发电压（电流）的电路称为触发电路，前面所讨论的向负载提供电压和电流的电路称为主电路称为主电路。根据晶闸管的性能和主电路的实际需要，对触发电路的基本要求如下：1.触发电路要能够提供足够的出发功率（电压和电流），以保晶闸管可靠导通。手册给的出发电流和触发电压是指该型号所有合格晶闸管能够被触发的最小控制极电流和最小控制极电压。2.触发脉冲要有足够的宽度，脉冲前沿应尽量陡，以使晶闸管在触发后，阳极电流能上升到超过擎住电流而维持导通。对于感性负载，由于反电动势阻止电流的上升，触发脉冲还要更宽。3.触发脉冲必须与主电路的交流电源

33、同步，以保证主电路在每个周期里有相同的导通角。4.触发脉冲的发出时刻应能平稳的前后移动，使控制角有一定的变化范围，以满足对主电路的控制要求。很多电路都能实现上述要求，本节重点介绍单结晶体触发电路。,退出,退出,7.5.1 双向晶闸管,1.特性与符号,双向晶闸管的外型与普通晶闸管相同，也有塑封式、螺栓式和平板式，也有三个电极，其中一个是门极（控制极）G，另外两个则分别叫做第一阳极A1和第二阳极A2，符号如图（a）所示。无论从结构还是从特性来看，双向晶闸管都可以看成两个单向晶闸管反向并联，其特性曲线如图（b）所示。曲线是以坐标原点为中心，分成基本对称的两部分，分别位于第象限和第象限，每部分曲线的形

34、状与普通晶闸管的伏安特性曲线相同。当A2对A1为正时,u210，特性曲线在第象限。当A2对A1为负时，u 210，特性曲线在第象限。,a符号,b伏安特性,退出,2.触发方式,双向晶闸管的触发信号加在门极G与第一阳极A1之间。不论触发信号的极性如何，都能被触发。因此，可用交流信号做触发信号。在考虑到双向晶闸管的主电路加正、反电压都能被触发的特性，双向晶闸管的触发方式可有四种：（1）+触发方式 曲线在第象限，A2为正，A1为负，G对A1为正。（2）-触发方式 曲线在第象限，A2为正，A1为负，G对A1为负。（3）+触发方式 曲线在第象限，A2为负，A1为负，G对A1为正。（4）-触发方式 曲线在第

35、象限，A2为负，A1为负，G对A1为负。虽然双向晶闸管有四种触发方式，但它们所要求的触发电流不同。其中以+方式要求触发电流最大，因而触发灵敏度最低，使用中应尽量避免采用这种触发方式。,退出,7.5.2 晶闸管交流开关电路,1.简单的晶闸管交流开关,如图所示为几种基本的晶闸管交流开关。它们都是利用晶闸管或双向晶闸管门极电流的通断，来控制其阳极电流的通断以实现开关功能的。晶闸管在承受正半周电压时触发导通，在电流过零时自然关断。这些电路都是利用管子本身的阳极电压作为触发电压,具有强触发性质，即使触发电流很大的管子也能可靠触发。开关SQ合上后，便可在负载上得到基本的正弦电压。（a）中是普通晶闸管，（b

36、）中为双向晶闸管，工作在+、-触发方式。（c）图只用了一只普通晶闸管，但串联元件多，压降损耗大。,b,c,a,退出,2.固态开关,固态开关包括固态继电器和固态接触器，均是以双向晶闸管为基础构成的交流开关。上图为三种固态开关的电路。各图中的B均是光电合器件。它们是光电双向晶闸管耦合器（图a），光电晶闸管耦合器（图b）和光电三极管耦合器（图c）1、2端为制信号输入端，3、4为负载端。图a中1、2端输入信号时，B中双向晶闸管导通，触发信号经B,R2加在V的门极上，以+、-方式触发。图b中1、2端输入信号、且V1截止时，B中光控晶曾管导通，电流经整流桥及B中光控晶闸管加在V的门极，使V导通。当电源电压

37、过高至一定幅值时，V1导通，光控晶闸管被关断。图c中1、2端输入信号时，使V2截止，V3导通，给双向晶闸管V4提供门极电流，使之导通。适当选择R2,R3的比值，可使V2的通断转换发生在交流电源电压接近零值的区域（当然，1、2端也要有输入 信号）。这样，不管输入信号何时加上，都只能在电源电压过零附近给V4加触发信号，使开关闭合。固态开关一般以环氧树脂封装。它具有体积小、无电弧、工作频率高特点，因而特别适用于振作频繁、可运行以及潮湿、多尘、易燃环境中。,退出,3.过零触发电路,上述交流调压电路70，负载电压的高低是通过移动触发脉冲的相位来实现的，称为移项触发。这种触发方式在负载上产生的是缺角正弦波

38、，这种波包含有较大的高次谐波分量，会对电网和无电产生高频干扰。为了服这种缺点，可以采用过零触发方式，即在交流电过零时输入触发脉冲使晶闸管导通。管子的关断是利用管子电流小于维持电流使其自行关断。这样就可使负载得到完整的正弦电压。这种开关对外界的电磁干扰最小。在一定的时间间隔内，晶闸管导通的周波数多，则输出的平均电压（或功率）就高，反之则低。因此，用过零电压开关将负载接通几个周，再断开几个周波，通过改变晶闸管断周波数的比值来调节负载上的交流电压平均值，可达到调节负载功率的目的。这种触发方式称为过零触发。过零触发的具体调节又可分为连续式调节和间隔式调节两类。采用过零触发消除了移项触发中的高频干扰问题

39、，但由于其通断频率比电源频率低，尤其是通断比很小时，会出现低频干扰。比如，用过零触发控制照明，人眼会感到闪烁。因此，这种方式多用于热惯性较大的电热负载。,退出,7.5.3 交流调压电路,1.单结晶体管触发的交流调压电路,图为单结晶体管触发的交流调节器压电路。其触发原理与触发普通晶闸管的电路相同。电源通过桥式整流、稳压管限得到梯形同步电压供给单结晶体管触发电路。在电源的正、负半周各发出一个负向脉冲经脉冲变压器输出，触发双向晶闸管，属于触发方式。双向晶闸管一旦导通，角发电路便因端电压过低碉停止工作。电源过零进，双向晶闸管阻断，触发电路又是恢复正常。调整可改变控制角，达到交流调硬度的目的。,退出,2

40、.双向触发二极管触发的交流调压电路,双向触发二极管有两个电极，无正、负之分。其击穿特性双向对称，击穿电压通常为30V左右。符号及伏安特性如图a，b所示。图c为所双向触发二极管触发的交流调节器压电路。在电源正半周，电流经RP向电容C充电，A点电位UA升高，升至双向触发二极管的正向转折电压UBO1时，双向触发二极管突然转折，由阻断变为导通，电容C经双向触发二极管对双向晶闸管的门极G放电，使晶闸管导通。晶闸管导通后，将触发电路短路。电源电压过零时，双向晶闸管阻断。在电源负半周时，UA下降，至双向触发二极管的负向转折电压UBO2时，双向触发二极管突然反向导通，给双向晶闸管一个负向触发胲冲，显然，双负晶

41、闸管工作于+、-触发方式。调节电位器RP即可改变正、负斗周的控制角，实现交流调节器压。该电路常用于白炽灯调节器光和电阻炉高温。,a符号,b伏安特性,c触发电路,退出,电力电子技术研究的是以晶闸管为主体的一系列功率半导体器件的应用技术。晶闸管自问世以来，由于它具有容量大、功率高、控制特性好、寿命长、体积小等优点，因此获得了迅速发展。按照晶闸管的变换功能来分，晶闸管的应用大致可分为可控整流、逆变与变频、交流调压、直流斩波调压、无触点开关等方向。本章从晶闸管的基本结构和工作原理开始，重点讲述其可控整流、可控逆变、开关电路、交流调压的内容，同时也将介绍出发电路及保护电路。,本章小结,退出,结束,The End,