晶闸管及其触发电路简介

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电力电子技术 第,5,章 晶闸管的触发电路,电力电子技术,电力二极管,1,晶闸管,2,双向晶闸管及其他派生晶闸管,3,第一章,电力二极管和晶闸管,概 念,晶闸管就是硅晶体闸流管，普通晶闸管也称为可控硅（,SCR,），普通晶闸管是一种具有开关作用的大功率半导体器件。,晶闸管,的结构,晶闸管具有四层,PNPN,结构，引出,阳极,A,、阴极,K,和,门极,G,三个联接端。,晶闸管的常见封装外形有,塑封型、螺栓型、平板型。,晶 闸 管,对于螺栓型封装的晶闸管，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便；平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。,G,小电流塑封式,小电流螺栓式,大电流螺栓式,大电流平板式,图形符号,晶 闸 管,冷却方式：,自然冷却（散热片）、风冷（风扇）、水冷。,自冷式,风冷式,水冷式,晶 闸 管,SCR,导通条件：,U,AK,0,同时,U,GK,0,综上所述,由导通关断的条件：,使流过,SCR,的电流降低至维持电流以下。,晶 闸 管,相同点,与普通晶闸管,(SCR),的相同点：,PNPN,四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和极。,1.,结构,A,K,G,A,G,K,I,A,I,C1,I,C2,P,1,N,1,P,2,N,1,P,2,N,2,1,2,I,K,门极关断（,GTO,）晶闸管,P,1,N,1,P,2,N,2,A,K,G,不同点,和普通晶闸管的不同点：,GTO,是一种多元的功率集成器件，内部包含数十个甚至数百个共阳极的小,GTO,元，这些,GTO,元的阴极和门极在器件内部分别并联在一起。,门极关断晶闸管（,G,ate,T,urn,O,ff,thyristor,）,2.,导通关断条件,导 通,与晶闸管相同，,AK,正偏，,GK,正偏。,A,K,G,E,A,E,G,A,G,K,R,I,A,I,C1,I,C2,P,1,N,1,P,2,N,1,P,2,N,2,1,2,I,G,I,K,导通过程等效电路,门极关断（,GTO,）晶闸管,2.,导通关断条件,关 断,门极加负脉冲电流。,A,K,G,G,N,1,P,2,N,2,E,A,E,G,A,K,R,I,A,I,C1,I,C2,P,1,N,1,P,2,1,2,I,G,I,K,S,关断过程等效电路,P,1,N,1,P,2,N,2,A,K,G,门极关断（,GTO,）晶闸管,电力场效应晶体管,（,Power MOSFET,）,电力,MOSFET,的结构和电气图形符号,a),内部结构断面示意图,b),电气图形符号,G,栅极,D,漏极,S,源极,1,、结构,2,、导通关断条件,漏源极导通条件,在栅源极间加正电压,U,GS,漏源极关断条件,栅源极间电压,U,GS,为零,N,沟道,G,S,D,电力场效应晶体管,（,Power MOSFET,）,绝缘栅双极晶体管（,IGBT,）,绝缘栅双极型晶体管简称为,IGBT,（,Insulated Gate Bipolar Transistor,）,是,80,年代中期发展起来的一种新型,复合器件,。,IGBT,综合了,MOSFET,和,GTR,的输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大的优点。成为当前电力半导体器件的发展方向。,结构,复合结构（,=,MOSFET,+,GTR,）,栅极,集电极,发射极,绝缘栅双极晶体管（,IGBT,）,导通关断条件,驱动原理与电力,MOSFET,基本相同，属于场控器件，通断由栅射极电压,u,GE,决定。,E,G,C,绝缘栅双极晶体管（,IGBT,）,导通条件：在栅射极间加正,电压,U,GE,。,U,GE,大于开启电压,U,GE(th),时，,MOSFET,内形成沟道，为晶体管提供基极电流，,IGBT,导通。,E,G,C,导通关断条件,绝缘栅双极晶体管（,IGBT,）,关断条件：栅射极反压或无,信号。,栅射极间施加反压或不加信号时，,MOSFET,内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，,IGBT,关断。,导通关断条件,E,G,C,绝缘栅双极晶体管（,IGBT,）,双向晶闸管及其他派生晶闸管,双向晶闸管的外形与结构,双向晶闸管的外形与普通晶闸管类似，有塑封式、螺栓式和平板式。,平板式,螺栓式,内部,结构,是一种,NPNPN,五层结构引出三个端线的器件。,相当于两个门极接在一起的普通晶闸管反并联。,T2,T1,G,G,T1,T2,G,双向晶闸管的外形与结构,双向晶闸管及其他派生晶闸管,第五章 晶闸管的触发电路,单结晶体管触发电路,1,同步电压为锯齿波的触发电路,2,集成触发电路及数字触发电路,3,触发电路与主电路电压的同步,4,触,发,电,路,在晶闸管可控整流电路中，当晶闸管承受正向电压时，必须在门极和阴极之间加适当的正向电压晶闸管才能导通；通过控制触发角,的大小可控制输出电压大小。这种控制晶闸管导通和控制触发角,大小的电路称为触发电路。,第五章 晶闸管的触发电路,对于触发电路通常有如下要求：,触发电路输出的脉冲必须具有足够的功率,触发脉冲必须与晶闸管的主电压保持同步,触发脉冲能满足主电路移相范围的要求,触发脉冲要具有一定的宽度，前沿要陡,第五章 晶闸管的触发电路,常见的触发脉冲电压波形,正弦波,尖脉冲,方脉冲,强触发脉冲,脉冲序列,第五章 晶闸管的触发电路,u,G,t,u,G,t,u,G,t,1,3KHz,70,0,90,0,u,G,t,u,G,t,第一节 单结晶体管触发电路,一、单结晶体管,单结晶体管的结构、图形符号及等效电路如下图所示。,b,2,b,1,N,型硅,P,型硅,发射极,第二基极,第一基极,欧姆接触,电阻,PN,结,结构示意,外形,等效电路,b,2,b,1,e,R,b2,R,b1,VD,图形符号,b,2,b,1,e,b,2,b,1,e,i,e,U,bb,U,e,U,截止区,U,e,U,A,：PN,结反偏置， 只有很小的反向漏电流,U,e,=,U,A,：,I,e,，,特性曲线与纵坐标交于,B,点,U,e,上升,：单结晶体管导通，,U,e,U,D,U,bb,，,U,e,U,P,时，对应峰点,P,称为转折点。,第一节 单结晶体管触发电路,i,e,U,e,P,截止区,负阻区,饱和区,V,B,U,D,b,2,b,1,e,R,b2,R,b1,VD,A,b,2,b,1,e,i,e,U,bb,U,e,U,第一节 单结晶体管触发电路,i,e,U,e,P,截止区,负阻区,饱和区,V,B,U,D,b,2,b,1,e,R,b2,R,b1,VD,A,负阻区,U,e ,U,P,：,I,e,增大 ，,R,b1,急剧下降 ，,U,A,达到最小，,U,e,也最小 ，达到谷点,V,。,b,2,b,1,e,i,e,U,bb,U,e,U,第一节 单结晶体管触发电路,i,e,U,e,P,截止区,负阻区,饱和区,V,B,U,D,b,2,b,1,e,R,b2,R,b1,VD,A,饱和区,U,e,达到,U,V,之后，单结晶体管处于饱和导通状态。,二、单结晶体管自激振荡电路,b,2,b,1,e,R,e,u,R1,u,C,E,R,1,R,2,C,u,C,t,0,u,R1,t,0,U,P,U,V,接通电源，,E,通过,R,e,对,C,充电（时间常数为,R,e,C,）；,U,c,增大,达到,U,P,单结晶体管导通, C,通过,R,1,放电；,U,c,减到,U,v,，单结晶体管截止，,u,R1,下 降接近零。,重复充放电过程,第一节 单结晶体管触发电路,R,e,u,2,r,R,2,C,V,1,R,3,VD,R,d,VT,u,s,u,d,u,1,T,T,u,G,R,1,三、具有同步环节的单结晶体管触发电路,u,d,t,0,u,G,t,0,U,P,U,V,u,c,t,0,每周期中电容,C,的充放电不止一次，晶闸管由第一个脉冲触发导通，后面的脉冲不起作用。,改变,R,e,的大小， 可改变电容充电速度，达到调节,角的目的。,削波的目的：增大移相范围，使输出的触发脉冲的幅度基本一样。不削波：,U,P,U,bb,，,为正弦半波，移相范围小。,u,V1,t,0,u,S,第一节 单结晶体管触发电路,实际应用中，常用晶体管,2,代替电位器,R,e,，,以便实现自动移相。,TP：,脉冲变压器，,实现触发电路与主电路的电气隔离。,恒流源,第一节 单结晶体管触发电路,第三节 集成触发电路及数字触发电路,集成触发电路具有可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便等优点。,晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。,KJ004,与分立元件的锯齿波移相触发电路相似,分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。,完整的三相全控桥触发电路,3,个,KJ004,集成块和,1,个,KJ041,集成块，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可。,第三节 集成触发电路及数字触发电路,交流开关及其应用电路,常规的电磁式开关在断开负载时往往有电弧产生，触头易烧损、开断时间长；在运行过程中会产生噪音污染环境等等。由电力电子器件组成的交、直流开关具有无触头、开关速度快、使用寿命长等优点，因而获得广泛的应用。,第一节 交流开关及其应用电路,一、晶闸管交流开关及应用,晶闸管开关的基本形式,VT,1,VT,2,VD,1,VD,2,R,L,u,Q,（,a,）,VT,Q,R,L,R,1,C,1,R,u,（,b,）,VD,1,VD,2,u,Q,VD,3,VD,4,（,c,）,VT,R,L,晶闸管开关的基本形式,Q,VT,1,VT,2,VD,1,VD,2,R,L,u,（,a,）,第一节 交流开关及其应用电路,一、晶闸管交流开关及应用,u,0,时：,VT,1,被触发导通，电流,i,由,AVT,1,R,L,B,；,u,0,时：,VT,2,被触发导通，电流,i,由,BVT,2,R,L,A,。,i,A,B,VT,Q,R,L,R,1,C,1,R,u,（,b,）,VD,1,VD,2,u,Q,VD,3,VD,4,（,c,）,VT,R,L,VT,Q,R,L,R,1,C,1,R,u,（,b,）,晶闸管开关的基本形式,第一节 交流开关及其应用电路,一、晶闸管交流开关及应用,u,0,时：,VT,被触发导通，电流,i,由,A,R,L,VTB,；,u,0,时：,VT,被触发导通，电流,i,由,BVT,R,L,A,。,i,A,B,VD,1,VD,2,u,Q,VD,3,VD,4,（,c,）,VT,R,L,VT,1,VT,2,VD,1,VD,2,R,L,u,Q,（,a,）,晶闸管开关的基本形式,第一节 交流开关及其应用电路,一、晶闸管交流开关及应用,i,A,B,u,0,时,:VT,被触发导通,电流,i,由,A,VD,4,VT,VD,1,R,L,B,；,u,0,时,:VT,被触发导通,电流,i,由,B,R,L,VD,3,VT,VD,2,A,。,VD,1,VD,2,u,Q,VD,3,VD,4,（,c,）,VT,R,L,VT,1,VT,2,VD,1,VD,2,R,L,u,Q,（,a,）,VT,Q,R,L,R,1,C,1,R,u,（,b,）,光电耦合交流开关,B,R,L,u,u,为正半波,u,为负半波,第一节 交流开关及其应用电路,+,+,+,1,、,2,端无信号，,B,截止，,V,导通,VT,1,、,VT,2,截止,.,一、晶闸管交流开关及应用,1,、,2,端接信号，,B,导通，,V,截止,VT,1,、,VT,2,导通,.,