-電工技術(shù)電子技術(shù)-37課件

1、第37講第17章 可控硅及其應(yīng)用17.1 晶閘管工作原理17.2 晶閘管特性與參數(shù)17.3 可控整流電路17.4 觸發(fā)電路17.5 單結(jié)管觸發(fā)的可控整流電路17.6 晶閘管的其它應(yīng)用17.7 晶閘管的保護(hù)及其它類型7/26/20221課件別名：可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是一種大功率半導(dǎo)體器件，出現(xiàn)于70年代。它的出現(xiàn)使半導(dǎo)體器件由弱電領(lǐng)域擴(kuò)展到強(qiáng)電領(lǐng)域。 特點(diǎn)：體積小、重量輕、無(wú)噪聲、壽命長(zhǎng)、 容量大（正向平均電流達(dá)千安、正向耐壓達(dá)數(shù)千伏）。應(yīng)用領(lǐng)域： 整流（交流 直流） 逆變（直流 交流） 變頻（交流 交流） 斬波（直流 直流）此外還可作無(wú)觸

2、點(diǎn)開(kāi)關(guān)等。晶閘管（Thyristor）7/26/20222課件17.1 工作原理1. 結(jié)構(gòu)P1P2N1N2四 層 半 導(dǎo) 體K（陰極）G（控制極）A（陽(yáng)極）PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)三 個(gè) PN結(jié)7/26/20223課件符號(hào)AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK2. 工作原理陽(yáng)極陰極控制極7/26/20224課件APPNNNPGKigigigKAGT1T2等效為由二個(gè)三極管組成UGKUAKT1、T2都導(dǎo)通后，即使去掉UGK， T1、T2仍然導(dǎo)通RL7/26/20225課件(1)陽(yáng)極A加反向電壓，或不加觸發(fā)信號(hào)（即UGK= 0 ）?？煽毓鑼?dǎo)通的條件：（1）陽(yáng)極A加正電壓 （2）控制極G加正的

3、觸發(fā)電壓可控硅截止的條件：(2)可控硅正向?qū)ê螅袅钇潢P(guān)斷，必須減小UAK（或使UAK反向），使可控硅中電流小于某一最小電流IH （ IH稱為維持電流）AigigigKGT1T2UAKRLUGKAKG7/26/20226課件（1）晶閘管具有單向?qū)щ娦?。若使其關(guān)斷，必須降低 UAK 或加大回路電阻，把陽(yáng)極電流減小到維持電流以下。正向?qū)l件：A、K間加正向電壓，G、K間加正的觸發(fā)信號(hào)。晶閘管的工作原理小結(jié)（2）晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極便失去作用。7/26/20227課件17.2 特性與參數(shù)1. 特性UIIHIFIG=0時(shí)有IG時(shí)正向反向U - 陽(yáng)極、陰極間的電壓 I - 陽(yáng)極電流UDSM正向轉(zhuǎn)折

4、電壓截止導(dǎo)通導(dǎo)通后管壓降約1V額定正向平均電流維持電流URSM反向擊穿電壓7/26/20228課件正向特性： 控制極開(kāi)路時(shí)，隨UAK的加大，陽(yáng)極電流逐漸增加。當(dāng)U = UDSM（正向轉(zhuǎn)折電壓）時(shí)，晶閘管自動(dòng)導(dǎo)通。正常工作時(shí)， UAK應(yīng)小于 UDSM 。反向特性：隨反向電壓的增加，反向漏電流稍有增加，當(dāng) U = URSM （反向擊穿電壓）時(shí)，反向擊穿。正常工作時(shí)，反向電壓必須小于URSM。7/26/20229課件(1) UDRM：正向阻斷電壓晶閘管耐壓值。一般取 UDRM = 80% UDSM （正向轉(zhuǎn)折電壓）。普通晶閘管UDRM 為 100V-3000V2. 主要參數(shù)UIIHIF額定正向平均電

5、流UDSM正向轉(zhuǎn)折電壓URSM反向擊穿電壓UDRM7/26/202210課件控制極斷路時(shí)，可以重復(fù)作用在晶閘管上的反向重復(fù)電壓。一般取URRM = 80% URSM（反向擊穿電壓）。普通晶閘管URRM為100V-3000V）(2) URRM：反向峰值電壓UIIHIF額定正向平均電流UDSM正向轉(zhuǎn)折電壓URSM反向擊穿電壓UDRMURRM7/26/202211課件 (3) IF：額定正向平均電流：通用系列為：1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A 等14種規(guī)格。UIIHIF額定正向平均電流UDSM正向轉(zhuǎn)折電壓URSM反向擊穿電壓UDRMU

6、RRM7/26/202212課件17.3 可控整流電路1. 單相半波可控整流電路(1) 電路及工作原理u1u2uTuLAGKRLuG7/26/202213課件(2) 工作波形(設(shè)u1為正弦波)tu2tuGtuLtuT ：控制角 ：導(dǎo)通角u2 0 時(shí)，加上觸發(fā)電壓 uG ，晶閘管導(dǎo)通 。且 uL 的大小隨 uG 加入的早晚而變化； u2 0的導(dǎo)通路徑：u2 (A)T1RLD2u2 (B)T1、T2 -晶閘管D1、D2 -二極管T1T2D1D2RLuLu2AB+-T1 、D2導(dǎo)通， T2 、D1截止 uG7/26/202218課件T2RLD1u2 (A)u2 (B) u2 0的導(dǎo)通路徑：T1、T2

7、 -晶閘管D1、D2 -晶體管T1T2D1D2RLuLu2AB+-uGT2 、D1導(dǎo)通， T1 、D2截止 7/26/202219課件(2) 工作波形tu2tuGtuLt uT1T1T2D1D2RLuLu2AB+-7/26/202220課件(3) 輸出電壓及電流的平均值=pawp)(1LtduUL=pawwp)(sin212ttdULLLRUI= tuL27/26/202221課件例：橋式可控整流電路中，U2=220V，RL=3,可控硅控制角=15180，求輸出電壓平均值Uo的調(diào)節(jié)范圍，以及可控硅（包括二極管）的電流平均值的最大值和承受的最大反向電壓。T1T2D1D2RLuLu2AB+-UL=

8、191V， =15=0V， =180LLLRUI=191/3=64AUDRM=22U承受的最高反向電壓:=311V7/26/202222課件二、電感性負(fù)載橋式可控整流電路該電路加續(xù)流二極管后電路工作情況以及負(fù)載上的電流、電壓和電阻性負(fù)載類似。u2T1T2D1D2DuLRL7/26/202223課件兩種常用可控整流電路的特點(diǎn)電路特點(diǎn)1. 該電路只用一只晶閘管，且其上無(wú)反向電壓。2. 晶閘管和負(fù)載上的電流相同。電路一：u2TD2D1D4uLRLD37/26/202224課件T1T2D1D2u2uLRL電路特點(diǎn)1. 該電路接入電感性負(fù)載時(shí)，D1、D2 便起續(xù)流二極管作用。2. 由于T1的陽(yáng)極和T2的

9、陰極相連，兩管控制極必須加獨(dú)立的觸發(fā)信號(hào)。電路二：7/26/202225課件17.4 觸發(fā)電路1. 單結(jié)晶體管工作原理結(jié)構(gòu)等效電路E（發(fā)射極）B2（第二基極）B1（第一基極）NPEB2B1RB2RB1管內(nèi)基極 體電阻PN結(jié)7/26/202226課件工作原理：當(dāng)uE UP = UA+UF 時(shí)PN結(jié)反偏，iE很小；當(dāng) uE UP 時(shí)PN結(jié)正向?qū)? iE迅速增加。 - 分壓比 (0.35 0.75)UP - 峰點(diǎn)電壓UF - PN結(jié)正向 導(dǎo)通壓降B2ERB1RB2B1AUBBiEuE7/26/202227課件2. 單結(jié)晶體管的特性和參數(shù)iEuEUVUPIVUV、IV -谷點(diǎn)電壓、電流（維持單結(jié)管導(dǎo)

10、通的最小 電壓、電流。）UP- 峰點(diǎn)電壓（單結(jié)管由截止變導(dǎo)通 所需發(fā)射極電壓。）B2ERB1RB2B1AUBBiEuE uEUP 時(shí)單結(jié)管導(dǎo)通7/26/202228課件EB2B1NP單結(jié)晶體管符號(hào)單結(jié)晶體管符號(hào)7/26/202229課件3. 單結(jié)晶體管振蕩電路uCttuouvuP振蕩波形RR2R1CUuCuOEB1B2(1) 電路組成7/26/202230課件(a) uE = uC UP 時(shí)，單結(jié)管不導(dǎo)通，uo 0。(2)振蕩過(guò)程分析IR1R1、R2是外加的，不同于內(nèi)部的RB1、RB2。前者一般取幾十歐幾百歐； RB1+RB2一般為215千歐。此時(shí)R1上的電流很小，其值為：RR2R1CUuCu

11、OEB1B27/26/202231課件(b) 隨電容的 充電，uC逐漸升高。當(dāng) uC UP 時(shí)，單結(jié)管導(dǎo)通。然后電容放電，R1上便得到一個(gè)脈沖電壓。R2起溫度補(bǔ)償作用UPUVUP、UV- 峰點(diǎn)、谷點(diǎn)電壓ER2R1RCUuCuOuCtuot(c) 電容放電至 uc uv時(shí)，單結(jié)管重新關(guān)斷，使 uo0。7/26/202232課件17.5 單結(jié)管觸發(fā)的可控整流電路一、電路u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu3觸發(fā)電路主電路7/26/202233課件二、波形關(guān)系u2uabUZucb削 波整 流UZau2RbcDZUZ整流穩(wěn)壓電路部分7/26/202234課件UZ削 波u

12、cbudbUPUVueb電容充、放電UP-UD觸 發(fā) 脈 沖UZR1R2RPCuccdeDZb單結(jié)晶體管電路部分7/26/202235課件u3uL輸出電壓ueb觸發(fā)脈沖可控硅橋式整流電路部分u3T1T2D1D2uLRLbeueb7/26/202236課件1. 單結(jié)管觸發(fā)的可控整流電路中，主電路和觸發(fā)電路為什么接在同一個(gè)變壓器上？問(wèn)題討論u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu37/26/202237課件2. 觸發(fā)電路中，整流后為什么加穩(wěn)壓管？u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu37/26/202238課件3. 一系列觸發(fā)脈沖中，為什么

13、只有第一個(gè)起作用？其移相范圍（即控制角 的變化范圍）有多大？ueb觸發(fā)脈沖27/26/202239課件4. 輸出電壓如何調(diào)節(jié)，其大小如何計(jì)算？u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu37/26/202240課件1. 單結(jié)管觸發(fā)的可控整流電路中，主電路和觸發(fā)電路為什么接在同一個(gè)變壓器上？保證主電路和觸發(fā)電路的電源電壓同時(shí)過(guò)零（即兩者同步），使電容在每半個(gè)周期均從零開(kāi)始充電，從而保證每半個(gè)周期的第一個(gè)觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻相同（即 角一樣），以使輸出平均電壓不變。u2uab整 流ucb削 波UZudbu3uebuL7/26/202241課件2. 觸發(fā)電路中，整流后為什么加穩(wěn)

14、壓管？穩(wěn)壓管的作用是：將整流后的電壓變成梯形（即削波），使單結(jié)管兩端電壓穩(wěn)定在穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值上，從而保證單結(jié)管產(chǎn)生的脈沖幅度和每半個(gè)周期產(chǎn)生第一脈沖的時(shí)間，不受交流電源電壓變化的影響。UZR1R2RPCuccdeDZbudbUPUVueb7/26/202242課件3. 一系列觸發(fā)脈沖中，為什么只有第一個(gè)起作用？其移相范圍（即控制角 的變化范圍）有多大？根據(jù)單結(jié)管的特性，它一旦觸發(fā)導(dǎo)通，在陽(yáng)極電壓足夠大的條件下，即使去掉觸發(fā)信號(hào)，仍能維持導(dǎo)通狀態(tài)。因此，每半個(gè)周期中只有一個(gè)觸發(fā)脈沖起作用。7/26/202243課件觸發(fā)脈沖移相范圍的計(jì)算f電源電壓的頻率R2R1aRPCucu2RbcdeDZude

15、t7/26/202244課件4. 輸出電壓如何調(diào)節(jié)，其大小如何計(jì)算？RP 電容充電速度變慢uL電壓的調(diào)節(jié)電壓的計(jì)算UL7/26/202245課件17.6 晶閘管的其他應(yīng)用撥盤(pán)式密碼鎖控制電路123456789101112撥盤(pán)開(kāi)鎖繼電器按鈕UCCJT3T2T1SD1D2R7/26/202246課件工作原理根據(jù)晶閘管的特性分析可知，開(kāi)鎖時(shí)三個(gè)晶閘管的工作順序應(yīng)該是：T1T2T3。否則T3或T2將因陽(yáng)極和陰極間加不上電壓而不導(dǎo)通，繼電器線圈不通電，鎖打不開(kāi)。 1. 開(kāi)鎖時(shí)晶閘管工作情況UCCT3T2T1JD1D2T1導(dǎo)通時(shí)的路徑T1導(dǎo)通時(shí)的路徑如圖中虛線，此時(shí)發(fā)光管D2導(dǎo)通，給出指示信號(hào)。7/26/

16、202247課件鎖打開(kāi)2. 開(kāi)鎖過(guò)程根據(jù)開(kāi)鎖時(shí)三只晶閘管導(dǎo)通順序的要求以及 圖中連線，可知開(kāi)鎖過(guò)程如下：撥盤(pán)撥至10T2導(dǎo)通按下ST3導(dǎo)通撥盤(pán)撥至2按下S撥盤(pán)撥至7按下ST1導(dǎo)通123456789101112UCCJT3T2T1SD1D2R7/26/202248課件此密碼鎖的開(kāi)鎖密碼是：7-10-2結(jié)論改換密碼號(hào)的辦法：變更撥盤(pán)和晶閘管控制極的連線。7/26/202249課件防止長(zhǎng)期按下按鈕以撥動(dòng)撥盤(pán)而自動(dòng)開(kāi)鎖的辦法：將撥盤(pán)中的某幾個(gè)點(diǎn)接地。使撥盤(pán)轉(zhuǎn)到該點(diǎn)時(shí)，按鈕按下后通過(guò)電阻（R）支路產(chǎn)生較大分流，使晶閘管中的電流降低到最小維持電流以下，迫使其關(guān)斷。從而防止瑣被打開(kāi)。 123456789101112UCCJT3T2T1SD1D2R7/26/202250課件17.7 晶閘管的保護(hù)及其它類型1. 晶閘管的保護(hù)晶閘管承受過(guò)電壓的能力極差，電壓超過(guò)其反向擊穿電壓時(shí)，即使時(shí)間極短，也容易損壞。正向電壓超過(guò)轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)通，導(dǎo)通后的電流較大，使器件受損。晶閘管的主要缺點(diǎn)：過(guò)流、過(guò)壓能力很差。晶閘管的熱容量很小，一旦過(guò)流，溫度急劇上升，器件被燒壞。例如：一只100A的晶