晶闸管及其应用ppt课件

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,*,(8-,*,),晶闸管及其应用,第五章,晶闸管及其应用 第五章,1,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（Thyris,2,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,3,一、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 P,4,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,5,A,P,P,N,N,N,P,G,K,i,g,i,g,ig,工作原理分析,K,A,G,T1,T2,APPNNNPGKi gi gig工作原理分析KAGT,6,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=,7,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，晶闸管导通后，UGK,8,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。,9,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。,10,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,TAV,：,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,TAV,为,1A-1000A。）,2、主要参数,UDRM：断态重复峰值电压。（晶闸管耐压值。URRM：反向重,11,I,TAV,含义说明,i,t,2,I,TAV,ITAV含义说明it2ITAV,12,主要参数（续）,U,TAV,：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,13,晶闸管型号,通态平均电压（U,TAV,）,额定电压级别（U,DRM,）,额定通态平均电流,（I,TAV,）,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,14,晶闸管电压、电流级别,额定通态电流（I,TAV,）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,TAV,）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、5,15,三、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,LAV,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U0=Io负载,22,（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,23,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：,24,（2）,工作波形,t,u,2,t,u,G,t,u,L,t,u,T1,（2）工作波形tu2tuGtuLt uT1,25,输出电压及电流的平均值,U,o,=,I,o,=,（3）,L,o,R,U,输出电压及电流的平均值Uo =Io=（3）LoRU,26,2、,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,27,两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u2TD2D1D4uLR,28,（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 该电路接入电感性负载,29,四、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,30,工作原理,U,A,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UAuE U,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-,32,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UEU,33,3、,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,34,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,uE=uC UP 时，单结管不导通，uo 0。振荡,35,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，,36,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：,T,u,o,u,c,u,p,u,v,t,w,振荡周期的计算：,注意：R值不能选的太小，否则单结管不能 电容放电至 uc,37,4、,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,38,五、,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。,五、晶闸管的保护 晶闸管的过流、过压能力很差，是,39,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,接在,输出端,接在,输入端,和晶闸,管串联,过快速熔断器：电路中加快速熔断器;加入方法如下图：过流继电器,40,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。）,C,R,R,C,R,C,硒,堆,阻容吸收硒整流堆过压保护（利用电容吸收过压。即（硒堆为非线性,41,结 束