電工技術(shù)電子技術(shù)-清華-37課件

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2/6/20231課件別名：可控硅（SCR)（SiliconControlledRectifier）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、無噪聲、壽命長、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）此外還可作無觸點(diǎn)開關(guān)等。晶閘管（Thyristor）2/6/20232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（陽極）PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)三個

PN結(jié)2/6/20233課件APPNNNPGKig?ig??igKAGT1T2等效為由二個三極管組成UGKUAKT1、T2都導(dǎo)通后，即使去掉UGK，T1、T2仍然導(dǎo)通RL2/6/20235課件(1)陽極A加反向電壓，或不加觸發(fā)信號（即UGK=0）?？煽毓鑼?dǎo)通的條件：（1）陽極A加正電壓（2）控制極G加正的觸發(fā)電壓可控硅截止的條件：(2)可控硅正向?qū)ê?，若令其關(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）Aig?ig??igKGT1T2UAKRLUGKAKG2/6/20236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。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。2/6/20237課件正向特性：控制極開路時，隨UAK的加大，陽極電流逐漸增加。當(dāng)U=UDSM（正向轉(zhuǎn)折電壓）時，晶閘管自動導(dǎo)通。正常工作時，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，反向擊穿。正常工作時，反向電壓必須小于URSM。2/6/20239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額定正向平均電流UDSM正向轉(zhuǎn)折電壓URSM反向擊穿電壓UDRM2/6/202310課件控制極斷路時，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UDRMURRM2/6/202311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u1u2uTuLAGKRLuG2/6/202313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，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時，晶閘管不通，uL=0。故稱可控整流。u1u2uTuLAGKRLuG2/6/202314課件(3)輸出電壓及電流的平均值pò=awptduULL21ò=pawwpttdUsin2212LLLRUI=tuL22/6/202315課件電感性負(fù)載（如直流電動機(jī)的激磁線圈）電路及工作原理D由于電感反電動勢的存在，晶閘管在一定時間內(nèi)仍維持導(dǎo)通，失去單向?qū)щ娮饔?。解決辦法：加續(xù)流二極管D,加入D的目的就是消除反電動勢的影響，使晶閘管在u2過零時關(guān)斷GAuLu1u2uTRKL+–u2正半周時晶閘管導(dǎo)通，u2過零后，電感產(chǎn)生反電動勢。2/6/202317課件2.單相全波可控整流電路一、電阻性負(fù)載橋式可控整流電路(1)電路及工作原理

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uG2/6/202318課件T2RLD1u2(A)u2(B)

u2<0的導(dǎo)通路徑：T1、T2--晶閘管D1、D2--晶體管T1T2D1D2RLuLu2AB+-uGT2、D1導(dǎo)通，T1、D2截止2/6/202319課件(3)輸出電壓及電流的平均值ò=pawp)(1LtduULò=pawwp)(sin212ttdULLLRUI=tuL22/6/202321課件例：橋式可控整流電路中，U2=220V，RL=3,可控硅控制角=15~180，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=191V，=15=0V，=180LLLRUI==191/3=64AUDRM=22U承受的最高反向電壓:=311V2/6/202322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。u2T1T2D1D2DuLRL2/6/202323課件T1T2D1D2u2uLRL電路特點(diǎn)1.該電路接入電感性負(fù)載時，D1、D2便起續(xù)流二極管作用。2.由于T1的陽極和T2的陰極相連，兩管控制極必須加獨(dú)立的觸發(fā)信號。電路二：2/6/202325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)2/6/202326課件EB2B1NP單結(jié)晶體管符號單結(jié)晶體管符號2/6/202329課件3.單結(jié)晶體管振蕩電路uCttuouvuP振蕩波形RR2R1CUuCuOEB1B2(1)電路組成2/6/202330課件(a)uE=uC<UP

時，單結(jié)管不導(dǎo)通，uo

0。(2)振蕩過程分析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2~15千歐。此時R1上的電流很小，其值為：RR2R1CUuCuOEB1B22/6/202331課件(b)隨電容的充電，uC逐漸升高。當(dāng)

uC

UP

時，單結(jié)管導(dǎo)通。然后電容放電，R1上便得到一個脈沖電壓。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，單結(jié)管重新關(guān)斷，使

uo0。2/6/202332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2/6/202333課件二、波形關(guān)系u2uabUZucb削波整流UZau2RbcDZUZ整流穩(wěn)壓電路部分2/6/202334課件UZ削波ucbudbUPUVueb電容充、放電UP-UD觸發(fā)脈沖UZR1R2RPCuccdeDZb單結(jié)晶體管電路部分2/6/202335課件u3uL輸出電壓ueb觸發(fā)脈沖可控硅橋式整流電路部分u3T1T2D1D2uLRLbeueb2/6/202336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變壓器上？問題討論u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu32/6/202337課件2.觸發(fā)電路中，整流后為什么加穩(wěn)壓管？u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu32/6/202338課件3.一系列觸發(fā)脈沖中，為什么只有第一個起作用？其移相范圍（即控制角的變化范圍）有多大？ueb觸發(fā)脈沖22/6/202339課件4.輸出電壓如何調(diào)節(jié)，其大小如何計算？u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu32/6/202340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變壓器上？保證主電路和觸發(fā)電路的電源電壓同時過零（即兩者同步），使電容在每半個周期均從零開始充電，從而保證每半個周期的第一個觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻相同（即角一樣），以使輸出平均電壓不變。u2uab整流ucb削波UZudbu3uebuL2/6/202341課件2.觸發(fā)電路中，整流后為什么加穩(wěn)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周期產(chǎn)生第一脈沖的時間，不受交流電源電壓變化的影響。UZR1R2RPCuccdeDZbudbUPUVueb2/6/202342課件3.一系列觸發(fā)脈沖中，為什么只有第一個起作用？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，在陽極電壓足夠大的條件下，即使去掉觸發(fā)信號，仍能維持導(dǎo)通狀態(tài)。因此，每半個周期中只有一個觸發(fā)脈沖起作用。2/6/202343課件觸發(fā)脈沖移相范圍的計算f—電源電壓的頻率R2R1aRPCucu2RbcdeDZudet2/6/202344課件4.輸出電壓如何調(diào)節(jié)，其大小如何計算？RP

電容充電速度變慢uL電壓的調(diào)節(jié)電壓的計算UL2/6/202345課件17.6晶閘管的其他應(yīng)用撥盤式密碼鎖控制電路123456789101112撥盤開鎖繼電器按鈕UCCJT3T2T1SD1D2R2/6/202346課件工作原理根據(jù)晶閘管的特性分析可知，開鎖時三個晶閘管的工作順序應(yīng)該是：T1–T2–T3。否則T3或T2將因陽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。1.開鎖時晶閘管工作情況UCCT3T2T1JD1D2T1導(dǎo)通時的路徑T1導(dǎo)通時的路徑如圖中虛線，此時發(fā)光管D2導(dǎo)通，給出指示信號。2/6/202347課件鎖打開2.開鎖過程根據(jù)開鎖時三只晶閘管導(dǎo)通順序的要求以及圖中連線，可知開鎖過程如下：撥盤撥至10T2導(dǎo)通按下ST3導(dǎo)通撥盤撥至2按下S撥盤撥至7按下ST1導(dǎo)通123456789101112UCCJT3T2T1SD1D2R2/6/202348課件此密碼鎖的開鎖密碼是：7--10--2結(jié)論改換密碼號的辦法：變更撥盤和晶閘管控制極的連線。2/6/