晶闸管及其应用课件[文字可编辑]

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,*,*,第五章,第五章,晶闸管,（,Thyristor,）,别名：,可控硅,（,SCR),（,S,ilicon,C,ontrolled,R,ectifier,）,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）。,特点,晶闸管（Thyristor）别名：可控硅（SCR)（,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,应用领域：逆变整流（交流直流）斩波（直流交流）变频（交流交流,一、,工作原理,1,、,结构,A,（阳极）,P1,P2,N1,三,个,PN,结,N2,四,层,半,导,体,K,（阴极）,G,（控制极）,一、工作原理1、结构A（阳极）P1P2N1三个PN结N2四层,符号,A,K,G,G,K,P1,P2,N1,N2,A,P,P,N,N,N,P,A,G,K,2,、,工作原理,示意图,符号AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK2、工作原,A,P,P,N,N,N,P,G,K,i,g,?,i,g,?,?,ig,工作原理分析,K,A,G,T1,T,2,APPNNNPGKig?ig?ig工作原理分析KAGT1T,工作原理说明,U,AK,0,、,U,GK,0,时,T,1,导通,i,b1,=i,g,i,C1,=,?,i,g,=,i,b2,i,c,2 =,?,i,b2,=,?,i,g=,i,b1,T,2,导通,形成正反馈,晶闸管迅速导通；,T,1,进一步导通,工作原理说明UAK 0、UGK0时T1导通ib1=ig,晶闸管开始工作时,，,U,AK,加反向电压，,或不加触发信号（即,U,GK,=0,）；,晶闸管导通后，,U,GK,，,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,U,AK,，或加大回路电阻，使晶闸管,中电流的正反馈效应不能维持。,晶闸管开始工作时，UAK加反向电压，或不加触发信号（即UGK,结论,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,U,AK,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,间加触发信号）；,结论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。,正向特性：,控制极开路时，随,U,AK,的加大，阳极电,流逐渐增加。当,U,=U,DSM,时，晶闸管自动导通。正,常工作时，,U,AK,应小于,U,DSM,。,U,DSM,：,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,=,U,RSM,时，反向极击穿。正常,工作时，反向电压必须小于,U,RSM,。,U,RSM,：反向不重复峰值电压,。,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,DRM,：,断态重复峰值电压,。（晶闸管耐压值。,一,般取,U,DRM,=80%U,DSM,。普通晶闸管,U,DRM,为,100V-3000V,）,U,RRM,：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,压。一般取,U,RRM,=80%U,RSM,。普通晶,闸管,U,RRM,为,100V-3000V,）,I,TA,V,：,通态平均电流,。（环境温度为,40,O,C,时,在,电阻性负载、单相工频,正弦半波、导电,角不小于,170,o,的电路中，晶闸管允许的,最大通态平均电流。普通晶闸管,I,TA,V,为,1A-1000A,。）,2,、,主要参数,UDRM：断态重复峰值电压。（晶闸管耐压值。一般取UDRM,I,TA,V,含义说明,i,t,?,2,?,I,TA,V,?,?,?,?,?,?,?,?,m,0,m,TAV,I,),t,(,td,sin,I,2,1,I,ITAV含义说明it?2?ITAV?m0mTA,主要参数（续）,U,TA,V,：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。）,I,H,：,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。）,U,G,、,I,G,：控制极触发电压和电流。,（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,U,G,为,1,到,5V,，,I,G,为几十到几百毫安。）,主要参数（续）UTAV：通态平均电压。（管压降。在规定的条,晶闸管型号,通态平均电压（,U,TA,V,）,额定电压级别（,U,DRM,）,额定通态平均电流,（,I,TA,V,）,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,K,晶闸管型号通态平均电压（UTAV）额定电压级别（UDRM）额,晶闸管电压、电流级别,额定通态电流（,I,TA,V,）通用系列为,1,、,5,、,10,、,20,、,30,、,50,、,100,、,200,、,300,、,400,500,、,600,、,800,、,1000A,等,14,种规格。,额定电压（,U,DRM,）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（,U,TA,V,）等级,一,般用,A I,字母表,示，,由,0.4 1.2V,每,0.1V,为,一,级。,晶闸管电压、电流级别额定通态电流（ITAV）通用系列为1、5,三、,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,u,1,为,正弦波,u,2,0,时，,加上触发电压,u,G,，晶闸管导通,。且,u,L,的大小随,u,G,加入的早晚而变化；,u,2,R,时,，,I,LA,V,在整个周期中可近似,看做直流,。,L,R,Uo,?,（3）电压与电流的计算（加入续流二极管后的情况）U0=?,（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,u,2,0,的导通路径：,u,2,(A),T1,R,L,D,2,u,2,(B),T1,、,T2-,晶闸管,D1,、,D2-,晶体管,T1,T2,D1,D2,R,L,u,L,u,2,A,B,+,-,（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,T,2,R,L,D,1,u,2,(A),u,2,(B),u,2,0,的导通路径：,T1,、,T2-,晶闸管,D1,、,D2-,晶体管,T1,T2,D1,D2,R,L,u,L,u,2,A,B,+,-,T2RLD1u2(A)u2(B)u2 0的导通路径：T1、,（,2,）,工作波形,t,u,2,t,u,G,t,u,L,t,u,T1,（2）工作波形tu2tuGtuLtuT1,输出电压及电流的平均值,U,o,=,?,?,?,?,?,t,d,u,1,2,?,?,?,?,?,?,?,t,td,sin,u,2,1,2,I,o,=,（,3,）,2,cos,1,U,9,.,0,2,?,?,?,L,o,R,U,输出电压及电流的平均值Uo =?tdu12?,2,、,电感性负载桥式可控整流电路,u,2,T1,T2,D1,D2,D,u,L,R,L,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，,请自行分析。,2、电感性负载桥式可控整流电路u2T1T2D1D2DuLRL,两种常用可控整流电路的特点,（,1,）,电路,特点,u,2,T,D2,D1,D4,u,L,R,L,D3,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。,两种常用可控整流电路的特点（1）电路特点u2TD2D1D4u,（,2,）,T1,T2,D1,D2,u,2,u,L,R,L,电路,特点,该电路接入电感性负载时，,D,1,、,D,2,便,起续流二极管作用。,由于,T,1,的阳极和,T,2,的阴极相连，两,管控制极必须加独立的触发信号。,（2）T1T2D1D2u2uLRL电路特点该电路接入电感性负,四、,触发电路,1,、,单结晶体管工作原理,结构,等效电路,E,（发射极）,B,2,（第二基极）,B,1,（第一基极）,N,P,E,B,2,B,1,R,B2,R,B1,管内基极,体电阻,PN,结,四、触发电路1、单结晶体管工作原理结构等效电路E（发射极）B,工作原理,2,B,1,B,1,B,BB,R,R,R,U,?,?,U,A,BB,U,?,?,u,E,U,A,+U,F,=,U,P,时,PN,结反偏，,i,E,很小；,u,E,?,U,P,时,PN,结正向导通,i,E,迅速,增加。,B,2,E,R,B1,R,B2,B,1,A,U,B B,i,E,?,?,-,分压比,(,0.35 0.75),U,P,-,峰点电压,U,F,-,PN,结正向,导通压降,工作原理2B1B1BBBRRRU?UABBU?uEU,P,后，,大量空穴注入基区，,致使,I,E,增加、,U,E,反,而下降，出现负阻。,U,P,-,峰点电压,（单结管由截止变导通,所需发射极电压。）,2、单结晶体管的特性和参数IEuEUVUPIVUV、IV-,单结管符号,E,B,2,B,1,单结管重,要特点,U,E,U,P,时单结管导通。,小结,单结管符号EB2B1单结管重要特点UEUV时单结管截止；U,3,、,单结晶体管振荡电路,R,R,2,R,1,C,U,u,c,u,O,E,B,1,u,c,t,t,u,o,u,v,u,p,振荡波形,3、单结晶体管振荡电路RR2R1CUucuOEB1ucttu,2,B,1,B,R,R,U,?,?,2,2,B,1,B,1,1,R,R,R,R,R,U,I,?,?,?,?,u,E,=,u,C,U,P,时,，单结管不导通，,u,o,?,0,。,此时,R,1,上的电流很小，其值为：,振荡过程分析,I,R1,R,1,、,R,2,是外加的，不同于内,部的,R,B1,、,R,B2,。前者一般取,几十欧,几百欧；,R,B1,+R,B2,一般为,215,千欧。,u,O,R,2,R,1,R,C,U,u,c,E,2B1BRRU?22B1B11RRRRRUI?uE=,随电容的,充电，,u,c,逐渐升高。当,u,C,?,U,P,时,，单结管导通。然后电容放电，,R,1,上便得,到一个脉冲电压,。,R,2,R,1,R,C,U,u,c,E,u,O,R,2,起温度补偿作用,u,c,U,p,U,v,u,o,U,p,-,U,D,U,P,、,U,V,-,峰点、谷点电压,U,D,-PN,结正向导通压降,随电容的充电，uc逐渐升高。当uC?UP 时，单结管导通。然,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,u,c,?,u,v,时,，单结管重新关断，使,u,o,?,0,。,脉冲宽度的计算：,?,?,?,1,1,ln,RC,T,T,u,o,u,c,u,p,u,v,t,w,振荡周期的计算：,V,P,1,w,U,U,ln,C,R,t,?,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。,4,、,具有放大环节的可控整流电路,放大环节,调节过程：,U,S,（给定电压）,T,1,管的,u,c1,T,2,管的,i,c2,电容充电速度,加快,?,触发脉冲,前移,u,L,脉冲,变压器,R,u,2,R,E2,R,1,R,S,T,1,T,2,R,E1,R,C1,U,S,4、具有放大环节的可控整流电路放大环节调节过程：US（给定电,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