《可控硅及其应用.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《可控硅及其应用.ppt(53页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、第37讲,第17章 可控硅及其应用,17.1 晶闸管工作原理17.2 晶闸管特性与参数17.3 可控整流电路17.4 触发电路17.5 单结管触发的可控整流电路17.6 晶闸管的其它应用17.7 晶闸管的保护及其它类型,别名:可控硅(SCR)(Silicon Controlled Rectifier)是一种大功率半导体器件,出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。,特点:体积小、重量轻、无噪声、寿命长、容量大(正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏)。,应用领域:,整流(交流 直流),逆变(直流 交流),变频(交流 交流),斩波(直流 直流),此外还可作无触点开关等。,晶闸
2、管(Thyristor),17.1 工作原理,1.结构,PNPN四层半导体结构,符号,2.工作原理,等效为由二个三极管组成,T1、T2都导通后,即使去掉UGK,T1、T2仍然导通,(1)阳极A加反向电压,或不加触发信号(即UGK=0)。,可控硅导通的条件:(1)阳极A加正电压(2)控制极G加正的触发电压,可控硅截止的条件:,(2)可控硅正向导通后,若令其关断,必须减小UAK(或使UAK反向),使可控硅中电流小于某一最小电流IH(IH称为维持电流),(1)晶闸管具有单向导电性。,若使其关断,必须降低 UAK 或加大回路电阻,把阳极电流减小到维持电流以下。,正向导通条件:A、K间加正向电压,G、K
3、间加正的触发信号。,晶闸管的工作原理小结,(2)晶闸管一旦导通,控制极便失去作用。,17.2 特性与参数,1.特性,IG=0时,有IG时,正向,反向,导通后管压降约1V,额定正向平均电流,维持电流,正向特性:控制极开路时,随UAK的加大,阳极电流逐渐增加。当U=UDSM(正向转折电压)时,晶闸管自动导通。正常工作时,UAK应小于 UDSM。,反向特性:随反向电压的增加,反向漏电流稍有增加,当 U=URSM(反向击穿电压)时,反向击穿。正常工作时,反向电压必须小于URSM。,(1)UDRM:正向阻断电压,晶闸管耐压值。一般取 UDRM=80%UDSM(正向转折电压)。普通晶闸管UDRM 为 10
4、0V-3000V,2.主要参数,控制极断路时,可以重复作用在晶闸管上的反向重复电压。一般取URRM=80%URSM(反向击穿电压)。普通晶闸管URRM为100V-3000V),(2)URRM:反向峰值电压,(3)IF:额定正向平均电流:,通用系列为:,1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A 等14种规格。,17.3 可控整流电路,1.单相半波可控整流电路,(1)电路及工作原理,(2)工作波形(设u1为正弦波),u2 0 时,加上触发电压 uG,晶闸管导通。且 uL 的大小随 uG 加入的早晚而变化;u2 0 时,晶闸管不通,uL=0。故
5、称可控整流。,(3)输出电压及电流的平均值,承受的最高反向电压:,电感性负载(如直流电动机的激磁线圈),电路及工作原理,由于电感反电动势的存在,晶闸管在一定时间内仍维持导通,失去单向导电作用。,解决办法:加续流二极管D,加入D的目的就是消除反电动势的影响,使晶闸管在u2过零时关断,u2正半周时晶闸管导通,u2过零后,电感产生反电动势。,2.单相全波可控整流电路,一、电阻性负载桥式可控整流电路,(1)电路及工作原理,u2 0的导通路径:,u2(A),T1,RL,D2,u2(B),T1、D2导通,T2、D1截止,T2,RL,D1,u2(A),u2(B),u2 0的导通路径:,T2、D1导通,T1、
6、D2截止,(2)工作波形,(3)输出电压及电流的平均值,例:桥式可控整流电路中,U2=220V,RL=3,可控硅控制角=15180,求输出电压平均值Uo的调节范围,以及可控硅(包括二极管)的电流平均值的最大值和承受的最大反向电压。,UL,=191V,=15,=0V,=180,=191/3=64A,二、电感性负载桥式可控整流电路,该电路加续流二极管后电路工作情况以及负载上的电流、电压和电阻性负载类似。,两种常用可控整流电路的特点,电路特点,1.该电路只用一只晶闸管,且其上无反向电压。,2.晶闸管和负载上的电流相同。,T1,T2,D1,D2,u2,uL,R,L,电路特点,1.该电路接入电感性负载时
7、,D1、D2 便起续流二极管作用。,2.由于T1的阳极和T2的阴极相连,两管控制极必须加独立的触发信号。,电路二:,17.4 触发电路,1.单结晶体管工作原理,工作原理:,当uE UP=UA+UF 时,PN结反偏,iE很小;,当 uE UP 时,PN结正向导通,iE迅速增加。,-分压比(0.35 0.75),2.单结晶体管的特性和参数,uEUV 时单结管截止,uEUP 时单结管导通,单结晶体管符号,3.单结晶体管振荡电路,振荡波形,(1)电路组成,(a)uE=uC UP 时,单结管不导通,uo 0。,(2)振荡过程分析,R1、R2是外加的,不同于内部的RB1、RB2。前者一般取几十欧几百欧;R
8、B1+RB2一般为215千欧。,此时R1上的电流很小,其值为:,(b)随电容的 充电,uC逐渐升高。当 uC UP 时,单结管导通。然后电容放电,R1上便得到一个脉冲电压。,R2起温度补偿作用,UP、UV-峰点、谷点电压,(c)电容放电至 uc uv时,单结管重新关断,使 uo0。,17.5 单结管触发的可控整流电路,一、电路,触发电路,主电路,二、波形关系,整流稳压电路部分,单结晶体管电路部分,可控硅桥式整流电路部分,1.单结管触发的可控整流电路中,主电路和触发电路为什么接在同一个变压器上?,问题讨论,2.触发电路中,整流后为什么加稳压管?,3.一系列触发脉冲中,为什么只有第一个起作用?其移
9、相范围(即控制角 的变化范围)有多大?,4.输出电压如何调节,其大小如何计算?,1.单结管触发的可控整流电路中,主电路和触发电路为什么接在同一个变压器上?,保证主电路和触发电路的电源电压同时过零(即两者同步),使电容在每半个周期均从零开始充电,从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同(即 角一样),以使输出平均电压不变。,2.触发电路中,整流后为什么加稳压管?,稳压管的作用是:将整流后的电压变成梯形(即削波),使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上,从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生第一脉冲的时间,不受交流电源电压变化的影响。,3.一系列触发脉冲中,为什么只有第一个起作用?其
10、移相范围(即控制角 的变化范围)有多大?,根据单结管的特性,它一旦触发导通,在阳极电压足够大的条件下,即使去掉触发信号,仍能维持导通状态。因此,每半个周期中只有一个触发脉冲起作用。,触发脉冲移相范围的计算,f电源电压的频率,4.输出电压如何调节,其大小如何计算?,RP,电容充电速度变慢,电压的调节,电压的计算,UL,17.6 晶闸管的其他应用,拨盘式密码锁控制电路,拨盘,工作原理,根据晶闸管的特性分析可知,开锁时三个晶闸管的工作顺序应该是:T1T2T3。否则T3或T2将因阳极和阴极间加不上电压而不导通,继电器线圈不通电,锁打不开。,1.开锁时晶闸管工作情况,UCC,T3,T2,T1,J,D1,
11、D2,T1导通时的路径,T1导通时的路径如图中虚线,此时发光管D2导通,给出指示信号。,2.开锁过程,根据开锁时三只晶闸管导通顺序的要求以及 图中连线,可知开锁过程如下:,拨盘拨至10,T2导通,按下S,T3导通,拨盘拨至2,按下S,拨盘拨至7,按下S,T1导通,此密码锁的开锁密码是:,7-10-2,结论,改换密码号的办法:变更拨盘和晶闸管控制极的连线。,防止长期按下按钮以拨动拨盘而自动开锁的办法:将拨盘中的某几个点接地。使拨盘转到该点时,按钮按下后通过电阻(R)支路产生较大分流,使晶闸管中的电流降低到最小维持电流以下,迫使其关断。从而防止琐被打开。,17.7 晶闸管的保护及其它类型,1.晶闸
12、管的保护,晶闸管承受过电压的能力极差,电压超过其反向击穿电压时,即使时间极短,也容易损坏。正向电压超过转折电压时,会产生误导通,导通后的电流较大,使器件受损。,晶闸管的主要缺点:过流、过压能力很差。,晶闸管的热容量很小,一旦过流,温度急剧上升,器件被烧坏。,例如:一只100A的晶闸管过电流为400A时,仅允许持续0.02秒,否则将被烧坏;,一、过流保护措施,快速熔断器:电路中加快速熔断器。,过流继电器:在输出端装直流过电流继电器。,过流截止电路:利用电流反馈减小晶闸管的 导通角或停止触发,从而切断过流电路。,阻容吸收,硒整流堆,二、过压保护,:利用电容吸收过压。即将过电压的能量变成电场能量储存到电容中,然后由电阻消耗掉。,:硒堆为非线性元件,过压后迅速击穿,其电阻减小,抑制过压冲击。,