晶閘管可控硅課件

1、 10.1.1晶閘管結構及其特性晶閘管結構及其特性 晶閘管結構 晶閘管結構如圖10.1所示。 圖10.1晶閘管結構、外型及符號 第第10章晶閘管及其應用章晶閘管及其應用 10.1晶閘管晶閘管 2. 晶閘管的工作原理 為了更清楚的說明工作原理，晶閘管可以看作是 兩個三極管PNP（V1）管和NPN（V2）管組合而成， 電路模型如圖10.2所示。 圖10.2 晶閘管電路模型 設在陽極和陰極之間接上電源UA，在控制極和陰 極之間接入電源UG，如圖10.3所示。 圖10.3 晶閘管工作原理 (1) 晶閘管加陽極負電壓-UA時，晶閘管處于反向 阻斷狀態(tài) 。 (2) 晶閘管加陽極正電壓UA，控制極不加電壓時

2、， 晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)。 (3) 晶閘管加陽極正電壓+UA，同時也加控制極正 電壓+UG，晶閘管導通。 (4) 要使導通的晶閘管截止，必須將陽極電壓降至 零或為負，使晶閘管陽極電流降至維持電流IH以下。 綜上所述，可得如下結論： 晶閘管與硅整流二極管相似，都具有反向阻斷能 力，但晶閘管還具有正向阻斷能力，即晶閘管正向導 通必須具有一定的條件：陽極加正向電壓，同時控制 極也加正向觸發(fā)電壓。 晶閘管一旦導通，控制極即失去控制作用。要 使晶閘管重新關斷，必須做到以下兩點之一：一是將 陽極電流減小到小于維持電流IH；二是將陽極電壓減 小到零或使之反向。 3. 晶閘管電壓電流特性 晶閘管的電壓電流特

3、性曲線，如圖10.4所示。 圖10.4晶閘管電壓電流特性曲線 晶閘管導通后可以通過很大的電流，而它本身的壓 降只有1V左右，所以這一段特性曲線(BC段)靠近縱軸 而且陡直，與二極管正向特性曲線相似。 晶閘管的反向特性與一般二極管相似，當反向電壓 在某一數(shù)值以下時，只有很小的反向漏電流，晶閘管 處于反向阻斷狀態(tài)。當反向電壓增加到某一值時，反 向漏電流急劇增大，使晶閘管反向擊穿，這時所對應 的電壓稱為反向轉折電壓UBR，晶閘管一旦反向擊穿就 永久損壞，在實際應用中應避免。 電壓參數(shù) (1) 正向阻斷峰值電壓UDRM 正向阻斷峰值電壓UDRM ，指控制極斷開時，允許重 復加在晶閘管兩端的正向峰值電壓

4、， (2) 反向阻斷峰值電壓UDRM 反向阻斷峰值電壓UDRM ，指允許重復加在晶閘管上 的反向峰值電壓。 (3) 額定電壓UD 通常把UDRM 和URRM中較小的一個值稱作晶閘管的額 定電壓。 10.1.2晶閘管的主要參數(shù)晶閘管的主要參數(shù) (4) 通態(tài)平均電壓UT(AV) 習慣上稱為導通時的管壓降。這個電壓當然越小 越好，一般為0.4V1.2V。 2. 電流參數(shù) (1) 通態(tài)平均電流IT(AV) 通態(tài)平均電流IT(AV)簡稱正向電流，指在標準散熱 條件和規(guī)定環(huán)境溫度下(不超過40oC)，允許通過工頻 (50Hz)正弦半波電流在一個周期內的最大平均值。 (2) 維持電流IH 維持電流IH，指在

5、規(guī)定的環(huán)境溫度和控制極斷路 的情況下，維持晶閘管繼續(xù)導通時需要的最小陽極電 流。 10.2.1 晶閘管交直流開關晶閘管交直流開關 1. 交流開關 圖10.5(a)所示是用兩只普通晶閘管V1和V2反向 并聯(lián)而組成的交流調壓電路，其調壓原理如下。 (a) 電路圖 (b) 波形圖 圖10.5晶閘管交流調壓 10.2晶閘管應用晶閘管應用 (1) 電源電壓u的正半周，在t1時刻(t1= ，又稱控 制角)將觸發(fā)脈沖加到V2管的控制極，V2管被觸發(fā)導通， 此時V1管承受反向電壓而截止。當電源電壓u過零時， V2管自然關斷。 (2) 電源電壓u的負半周，在t2時刻(t2=180o+)將 觸發(fā)脈沖加到V1管的控

6、制極，V1管被觸發(fā)導通，此時 V2管承受反向電壓而截止。當電源電壓u過零時，V1管 自然關斷，負載上獲得的電壓波形如圖10.5（b）所示， 調節(jié)控制角便可實現(xiàn)交流調壓。 當控制角=0o時，即為交流開關。 2. 直流開關 圖10.6是一種能使連接在直流電源上的直流負載通、 斷的電路。開關S合在A端使晶閘管V1接通，V2斷開， 電容器C按圖示的極性充電。然后當S倒向B端時，V2接 通，C上的電荷通過V2放電，使V1反向偏置而截止。 圖10.6 直流開關電路 1. 單結管結構與特性 單結管結構示意圖如圖10.7（a）所示。 圖10.7 單結管結構、符號和等效電路 10.2.2 觸發(fā)電路觸發(fā)電路 在基

7、極電源電壓UBB一定時，單結管的電壓電流特 性可用發(fā)射極電流IE和發(fā)射極與第一基極B1之間的電壓 UBE1的關系曲線來表示，該曲線又稱單結管伏安特性， 如圖10.8所示。 圖10.8 單結管的電壓電流特性 三個區(qū)域的分界點是P(稱為峰點)和V（稱為谷點）。 UP、IP分別稱為峰點電壓和峰點電流；UV、IV分別稱為 谷點電壓和谷點電流。 由圖10.7可知 式中 稱單結管分壓比，一般為 0.50.8。上式表明峰點電壓隨基極電壓改變而改變， 實用中應注意這一點。 BBB BB B AADP UU RR R VUUU 21 1 22 1 BB B RR R (1) 截止區(qū) 截 止 區(qū) 對 應 曲 線

8、中 的 起 始 段 ( O P ) 。 此 段 UEUD+UA后，等 效二極管導通，使RB1迅速減小， 增大；又進一步促使 RB1減小。從E、B1兩端看，UE 隨 的增大而減小，即 具有負阻特性，這是單結管特有的。 (3) 飽和區(qū) 飽和區(qū)對應曲線中的V點以后段，過V點后 再 繼續(xù)增大，RB1將變大，單結管進入飽和導通狀態(tài)，又 呈現(xiàn)正阻特性，與二極管正向特性相似。 E i E i E i 綜上所述，單結管具有以下特點： 當發(fā)射極電壓等于峰點電壓UP時，單結管導通。 導通之后，當發(fā)射電壓減小到uEUV時，管子由導通變 為截止。一般單結管的谷點電壓在25V。 單結管的發(fā)射極與第一基極之間的RB1是一

9、個 阻值隨發(fā)射極電流增大而變小的電阻，RB2則是一個與 發(fā)射極電流無關的電阻。 不同的單結管有不同的UP和UV。同一個單結管， 若電源電壓UBB不同，它的UP和UV也有所不同。在觸 發(fā)電路中常選用UV低一些或IV大一些的單結管。 2. 單結管振蕩電路 單結管振蕩電路如圖10.9（a）所示，它能產(chǎn)生一系 列脈沖，用來觸發(fā)晶閘管。 （a）電路圖 (b)波形圖 圖10.9 單結管振蕩電路及波形 當合上開關S后，電源通過R1、R2加到單結管的兩 個基極上，同時又通過R、RP向電容器C充電，uC按指 數(shù)規(guī)律上升。在uC（uC=uE ）UP時，單結管截止，R1 兩端輸出電壓近似為0。當uC達到峰點電壓UP

10、時，單結 管的E、B1極之間突然導通，電阻RB1急劇減小，電容 上的電壓通過RB1、R1放電，由于RB1、R1都很小，放 電很快，放電電流在R1上形成一個脈沖電壓uo。當uC下 降到谷點電壓UV時，E、B1極之間恢復阻斷狀態(tài)，單 結管從導通跳變到截止，輸出電壓uo下降到零，完成 一次振蕩。 當E、B1極之間截止后，電源又對C充電，并重復 上述過程，結果在R1上得到一個周期性尖脈沖輸出電 壓，如圖10.9(b)所示。 上述電路的工作過程是利用了單結管負阻特性和 RC充放電特性，如果改變RP，便可改變電容充放電的 快慢，使輸出的脈沖前移或后移，從而改變控制角， 控制了晶閘管觸發(fā)導通的時刻。顯然，充放電時間常 數(shù)=RC大時，觸發(fā)脈沖后移，大，晶閘管推遲導通； 小時，觸發(fā)脈沖前移，小，晶閘管提前導通。 需要特別說明的是：實用中必須解決觸發(fā)電路與 主電路同步的問題，否則會產(chǎn)生失控現(xiàn)象。用單結管 振蕩電路提供觸發(fā)電壓時，解決同步問題的具體辦法 可用穩(wěn)壓管對全波整流輸出限幅后作為基極電源，如 圖10.10所示。圖中TS稱同步變壓器，初級接主電源。 圖10.10 單結管觸發(fā)電路。 1.晶閘管是一種大功率可控整流器件，其主要特點是 具有正反向阻斷特性