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1、晶闸管及其应用,第五章,晶闸管（Thyristor）别名：可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）它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。,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：,逆变,整流（交流,直流）,斩波,（直流,交流）,变频,（交流,交流）,（直流,直流）,此外还可作无触点开关等,一、工作原理,1、结构,A（阳极）,P1,P2,N1,N2,K（阴极）,G（控制极）,符号,A,K,G,2、工作原理,示意图,i g,ig,工作原理分析,工作原理说明,UA
2、K 0、UGK0时,T1导通,ib1=i g,iC1=ig=ib2,ic2=ib2=ig=ib1,T2导通,形成正反馈,晶闸管迅速导通；,T1进一步导通,晶闸管开始工作时，UAK加反向电压，或不加触发信号（即UGK=0）；,晶闸管导通后，,UGK，,去掉,依靠正反馈，,晶闸管仍维持导通状态；,晶闸管截止的条件：,（1）,（2）,晶闸管正向导通后，令其截止，必须减小UAK，或加大回路电阻，使晶闸管中电流的正反馈效应不能维持。,晶闸管具有单向导电性（正,晶闸管一旦导通，控制极失去作用。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。,向导通条件：A、K间加正向 电压，G、K
3、间加触发信号）；,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时，晶闸管自动导通。正常工作时，UAK应小于 UDSM。UDSM：断态不重复峰值电压，又称正向转折电压。,特性说明,U-阳极、阴极间的电压,I-阳极电流,反向特性：随反向电压的增加，反向漏电流稍有增加，当U=URSM 时，反向极击穿。正常工作时，反向电压必须小于URSM。URSM：反向不重复峰值电压。,UDRM：,断态重复峰值电压。（晶闸管耐压值。一般取 UDRM=80%UDSM。普通晶闸管UDRM 为 100V-3000V）,URRM：反向重复峰值电压。（控制极断路时，可以重复作用在晶闸管上的反向重复电
4、 压。一般取URRM=80%URSM。普通晶 闸管URRM为100V-3000V）,ITAV：,通态平均电流。（环境温度为40OC时,在 电阻性负载、单相工频 正弦半波、导电角不小于170o的电路中，晶闸管允许的最大通态平均电流。普通晶闸管ITAV 为1A-1000A。）,2、主要参数,ITAV含义说明,主要参数（续）,UTAV：通态平均电压。（管压降。在规定的条件 下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、阴两极间的电压平均值。一般为1V左右。）,IH：维持电流。(在室温下，控制极开路、晶闸管 被触发导通后，维持导通状态所必须的最 小电流。一般为几十到一百多毫安。）,UG、IG：控制极触发电压和
5、电流。（在室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完全导通 所必须的最小控制极直流电压、电流。一 般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。）,晶闸管型号,通态平均电压（UTAV）,额定电压级别（UDRM）,额定通态平均电流（ITAV）,晶闸管类型P-普通晶闸管K-快速晶闸管S-双向晶闸管,晶闸管,晶闸管电压、电流级别,额定通态电流（ITAV）通用系列为,1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A 等14种规格。,额定电压（UDRM）通用系列为：,1000V以下的每100V为一级，1000V到3000V的每200V 为一级。,通态平均电压（UT
6、AV）等级一般用A I字母表示，由 0.4 1.2V每 0.1V 为一级。,三、可控整流电路,（一）,单相半波可控整流电路,1、,电阻性负载,电路及工作原理,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。故称可控整流。,（1）,工作波形,（2）,：控制角,：导通角,输出电压及电流的平均值,Uo=,Io=,（3）,2、,电感性负载,（1）,电路及工作原理,设u1为正弦波,u2正半周时晶闸管导通，u2过零后，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。,D称为续流二极管,加入
7、D的目的就是消除反电动势的影响。,（2）工作波形（不加续流二极管）,工作波形（加续流二极管后）,（3）电压与电流的计算（加入续流二极管后的 情况）,U0=,Io,负载中的电压及电流,当 L R时，ILAV在整个周期中可近似看做直流。,（二）,单相全波可控整流电路,1、,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),T2,RL,D1,u2(A),u2(B),u2 0的导通路径：,（2）工作波形,输出电压及电流的平均值,Uo=,Io=,（3）,2、,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
8、和电阻性负载类似，请自行分析。,两种常用可控整流电路的特点,（1）,电路特点,该电路只用一只晶闸管，且其上无反向电压。,晶闸管和负载上的电流相同。,（2）,电路特点,该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起续流二极管作用。,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。,四、触发电路,1、,单结晶体管工作原理,工作原理,uE UA+UF=UP 时,PN结反偏，iE很小；,uE UP时,PN结正向导通,iE迅速增加。,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。,小结,3、,单结晶体管振荡电路,振荡波形,uE=uC UP 时，单结管不导通，uo
9、0。此时R1上的电流很小，其值为：,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；RB1+RB2一般为215千欧。,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,UD-PN结正向导通压降,注意：R值不能选的太小，否则单结管不能 关断，电路亦不能振荡。,电容放电至 uc uv时，单结管重新关断，使 uo0。,脉冲宽度的计算：,振荡周期的计算：,4、,具有放大环节的可控整流电路,调节过程：,US（给定电压）,T1管的uc1,T2管的ic2,电容充电速度加
10、快,触发脉冲前移,uL,五、晶闸管的保护,晶闸管的过流、过压能力很差，是它的主要缺点。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；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。,过流保护,快速熔断器：电路中加快速熔断器;加入方法如下图：,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。,保护措施,阻容吸收,硒整流堆,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。）,结 束,第八章,
