晶閘管可控硅課件

1、 10.1.1晶閘管結(jié)構(gòu)及其特性晶閘管結(jié)構(gòu)及其特性 晶閘管結(jié)構(gòu) 晶閘管結(jié)構(gòu)如圖10.1所示。 圖10.1晶閘管結(jié)構(gòu)、外型及符號(hào) 第第10章晶閘管及其應(yīng)用章晶閘管及其應(yīng)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(shuō)明工作原理，晶閘管可以看作是 兩個(gè)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(shè)在陽(yáng)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(yáng)極負(fù)電壓-UA時(shí)，晶閘管處于反向 阻斷狀態(tài) 。 (2) 晶閘管加陽(yáng)極正電壓UA，控制極不加電壓時(shí)

2、， 晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)。 (3) 晶閘管加陽(yáng)極正電壓+UA，同時(shí)也加控制極正 電壓+UG，晶閘管導(dǎo)通。 (4) 要使導(dǎo)通的晶閘管截止，必須將陽(yáng)極電壓降至 零或?yàn)樨?fù)，使晶閘管陽(yáng)極電流降至維持電流IH以下。 綜上所述，可得如下結(jié)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?qū)?通必須具有一定的條件：陽(yáng)極加正向電壓，同時(shí)控制 極也加正向觸發(fā)電壓。 晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極即失去控制作用。要 使晶閘管重新關(guān)斷，必須做到以下兩點(diǎn)之一：一是將 陽(yáng)極電流減小到小于維持電流IH；二是將陽(yáng)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(dǎo)通后可以通過(guò)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(dāng)反向電壓 在某一數(shù)值以下時(shí)，只有很小的反向漏電流，晶閘管 處于反向阻斷狀態(tài)。當(dāng)反向電壓增加到某一值時(shí)，反 向漏電流急劇增大，使晶閘管反向擊穿，這時(shí)所對(duì)應(yīng) 的電壓稱為反向轉(zhuǎn)折電壓UBR，晶閘管一旦反向擊穿就 永久損壞，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)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(kāi)時(shí)，允許重 復(fù)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(fù)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(gè)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(xí)慣上稱為導(dǎo)通時(shí)的管壓降。這個(gè)電壓當(dāng)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(jiǎn)稱正向電流，指在標(biāo)準(zhǔn)散熱 條件和規(guī)定環(huán)境溫度下(不超過(guò)40oC)，允許通過(guò)工頻 (50Hz)正弦半波電流在一個(gè)周期內(nèi)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(dǎo)通時(shí)需要的最小陽(yáng)極電 流。 10.2.1 晶閘管交直流開(kāi)關(guān)晶閘管交直流開(kāi)關(guān) 1. 交流開(kāi)關(guān) 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(diào)壓電路，其調(diào)壓原理如下。 (a) 電路圖 (b) 波形圖 圖10.5晶閘管交流調(diào)壓 10.2晶閘管應(yīng)用晶閘管應(yīng)用 (1) 電源電壓u的正半周，在t1時(shí)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(dǎo)通， 此時(shí)V1管承受反向電壓而截止。當(dāng)電源電壓u過(guò)零時(shí)， V2管自然關(guān)斷。 (2) 電源電壓u的負(fù)半周，在t2時(shí)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(dǎo)通，此時(shí) V2管承受反向電壓而截止。當(dāng)電源電壓u過(guò)零時(shí)，V1管 自然關(guān)斷，負(fù)載上獲得的電壓波形如圖10.5（b）所示， 調(diào)節(jié)控制角便可實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓。 當(dāng)控制角=0o時(shí)，即為交流開(kāi)關(guān)。 2. 直流開(kāi)關(guān) 圖10.6是一種能使連接在直流電源上的直流負(fù)載通、 斷的電路。開(kāi)關(guān)S合在A端使晶閘管V1接通，V2斷開(kāi)， 電容器C按圖示的極性充電。然后當(dāng)S倒向B端時(shí)，V2接 通，C上的電荷通過(guò)V2放電，使V1反向偏置而截止。 圖10.6 直流開(kāi)關(guān)電路 1. 單結(jié)管結(jié)構(gòu)與特性 單結(jié)管結(jié)構(gòu)示意圖如圖10.7（a）所示。 圖10.7 單結(jié)管結(jié)構(gòu)、符號(hào)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(shí)，單結(jié)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(guān)系曲線來(lái)表示，該曲線又稱單結(jié)管伏安特性， 如圖10.8所示。 圖10.8 單結(jié)管的電壓電流特性 三個(gè)區(qū)域的分界點(diǎn)是P(稱為峰點(diǎn))和V（稱為谷點(diǎn)）。 UP、IP分別稱為峰點(diǎn)電壓和峰點(diǎn)電流；UV、IV分別稱為 谷點(diǎn)電壓和谷點(diǎn)電流。 由圖10.7可知 式中 稱單結(jié)管分壓比，一般為 0.50.8。上式表明峰點(diǎn)電壓隨基極電壓改變而改變， 實(shí)用中應(yīng)注意這一點(diǎn)。 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(duì) 應(yīng) 曲 線

8、中 的 起 始 段 ( O P ) 。 此 段 UEUD+UA后，等 效二極管導(dǎo)通，使RB1迅速減小， 增大；又進(jìn)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(fù)阻特性，這是單結(jié)管特有的。 (3) 飽和區(qū) 飽和區(qū)對(duì)應(yīng)曲線中的V點(diǎn)以后段，過(guò)V點(diǎn)后 再 繼續(xù)增大，RB1將變大，單結(jié)管進(jìn)入飽和導(dǎo)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(jié)管具有以下特點(diǎn)： 當(dāng)發(fā)射極電壓等于峰點(diǎn)電壓UP時(shí)，單結(jié)管導(dǎo)通。 導(dǎo)通之后，當(dāng)發(fā)射電壓減小到uEUV時(shí)，管子由導(dǎo)通變 為截止。一般單結(jié)管的谷點(diǎn)電壓在25V。 單結(jié)管的發(fā)射極與第一基極之間的RB1是一

9、個(gè) 阻值隨發(fā)射極電流增大而變小的電阻，RB2則是一個(gè)與 發(fā)射極電流無(wú)關(guān)的電阻。 不同的單結(jié)管有不同的UP和UV。同一個(gè)單結(jié)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(jié)管。 2. 單結(jié)管振蕩電路 單結(jié)管振蕩電路如圖10.9（a）所示，它能產(chǎn)生一系 列脈沖，用來(lái)觸發(fā)晶閘管。 （a）電路圖 (b)波形圖 圖10.9 單結(jié)管振蕩電路及波形 當(dāng)合上開(kāi)關(guān)S后，電源通過(guò)R1、R2加到單結(jié)管的兩 個(gè)基極上，同時(shí)又通過(guò)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(shí)，單結(jié)管截止，R1 兩端輸出電壓近似為0。當(dāng)uC達(dá)到峰點(diǎn)電壓UP

10、時(shí)，單結(jié) 管的E、B1極之間突然導(dǎo)通，電阻RB1急劇減小，電容 上的電壓通過(guò)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(gè)脈沖電壓uo。當(dāng)uC下 降到谷點(diǎn)電壓UV時(shí)，E、B1極之間恢復(fù)阻斷狀態(tài)，單 結(jié)管從導(dǎo)通跳變到截止，輸出電壓uo下降到零，完成 一次振蕩。 當(dāng)E、B1極之間截止后，電源又對(duì)C充電，并重復(fù) 上述過(guò)程，結(jié)果在R1上得到一個(gè)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(guò)程是利用了單結(jié)管負(fù)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(dǎo)通的時(shí)刻。顯然，充放電時(shí)間常 數(shù)=RC大時(shí)，觸發(fā)脈沖后移，大，晶閘管推遲導(dǎo)通； 小時(shí)，觸發(fā)脈沖前移，小，晶閘管提前導(dǎo)通。 需要特別說(shuō)明的是：實(shí)用中必須解決觸發(fā)電路與 主電路同步的問(wèn)題，否則會(huì)產(chǎn)生失控現(xiàn)象。用單結(jié)管 振蕩電路提供觸發(fā)電壓時(shí)，解決同步問(wèn)題的具體辦法 可用穩(wěn)壓管對(duì)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(jí)接主電源。 圖10.10 單結(jié)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(diǎn)是 具有正反向阻斷特性