晶閘管及其應(yīng)用

關(guān)于晶閘管及其應(yīng)用第1頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

晶閘管（Thyristor）別名：可控硅（SCR)

（Silicon

ControlledRectifier）

它是一種大功率半導(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。 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）。

特點(diǎn)第2頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四應(yīng)用領(lǐng)域：逆變

整流（交流直流）斬波（直流交流）變頻（交流交流）（直流直流）此外還可作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等第3頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、工作原理1、結(jié)構(gòu)A（陽(yáng)極）P1P2N1三個(gè)

PN結(jié)N2四層半導(dǎo)

體K（陰極）G（控制極）第4頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四符號(hào)AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK2、工作原理示意圖第5頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四APPNNNPGKi

g?i

g??ig工作原理分析KAGT1T2第6頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四工作原理說(shuō)明UAK

>0

、UGK>0時(shí)T1導(dǎo)通ib1

=i

giC1=ig=ib2ic2=?ib2=

ig=ib1T2導(dǎo)通形成正反饋晶閘管迅速導(dǎo)通；T1進(jìn)一步導(dǎo)通第7頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四晶閘管開(kāi)始工作時(shí)，UAK加反向電壓，或不加觸發(fā)信號(hào)（即UGK=0）；晶閘管導(dǎo)通后，UGK，去掉依靠正反饋，晶閘管仍維持導(dǎo)通狀態(tài)；晶閘管截止的條件：（1）（2）晶閘管正向?qū)ê?，令其截止，必須減小UAK，或加大回路電阻，使晶閘管中電流的正反饋效應(yīng)不能維持。第8頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四結(jié)論晶閘管具有單向?qū)щ娦裕ㄕчl管一旦導(dǎo)通，控制極失去作用。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。

向?qū)l件：A、K間加正向電壓，G、K間加觸發(fā)信號(hào)）；第9頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四正向特性：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時(shí)，晶閘管自動(dòng)導(dǎo)通。正常工作時(shí)，UAK應(yīng)小于UDSM。UDSM：斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓，又稱(chēng)正向轉(zhuǎn)折電壓。特性說(shuō)明U--陽(yáng)極、陰極間的電壓I--陽(yáng)極電流反向特性：隨反向電壓的增加，反向漏電流稍有增加，當(dāng)U=URSM時(shí)，反向極擊穿。正常工作時(shí)，反向電壓必須小于URSM。URSM

：反向不重復(fù)峰值電壓。第10頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四UDRM：斷態(tài)重復(fù)峰值電壓。（晶閘管耐壓值。一般取UDRM=80%UDSM。普通晶閘管UDRM為100V---3000V）URRM：反向重復(fù)峰值電壓。（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。普通晶閘管URRM為100V--3000V）ITAV：通態(tài)平均電流。（環(huán)境溫度為40OC時(shí),在電阻性負(fù)載、單相工頻正弦半波、導(dǎo)電角不小于170o的電路中，晶閘管允許的最大通態(tài)平均電流。普通晶閘管ITAV

為1A---1000A。）2、主要參數(shù)第11頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四ITAV含義說(shuō)明it2ITAV第12頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四主要參數(shù)（續(xù)）UTAV：通態(tài)平均電壓。（管壓降。在規(guī)定的條件下，通過(guò)正弦半波平均電流時(shí)，晶閘管陽(yáng)、陰兩極間的電壓平均值。一般為1V左右。）IH：維持電流。(在室溫下，控制極開(kāi)路、晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通后，維持導(dǎo)通狀態(tài)所必須的最小電流。一般為幾十到一百多毫安。）UG、IG：控制極觸發(fā)電壓和電流。（在室溫下，陽(yáng)極電壓為直流6V時(shí)，使晶閘管完全導(dǎo)通所必須的最小控制極直流電壓、電流。一般UG為1到5V，IG為幾十到幾百毫安。）第13頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四晶閘管型號(hào)通態(tài)平均電壓（UTAV）額定電壓級(jí)別（UDRM）額定通態(tài)平均電流（ITAV）晶閘管類(lèi)型P---普通晶閘管K---快速晶閘管S---雙向晶閘管晶閘管K第14頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四晶閘管電壓、電流級(jí)別額定通態(tài)電流（ITAV）通用系列為1、5、10、 20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A等14種規(guī)格。額定電壓（UDRM）通用系列為：1000V以下的每100V為一級(jí)，1000V到3000V的每200V為一級(jí)。通態(tài)平均電壓（UTAV）等級(jí)一般用A~I字母表示，由0.4~1.2V每0.1V為一級(jí)。第15頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、可控整流電路（一）單相半波可控整流電路1、電阻性負(fù)載電路及工作原理設(shè)u1為正弦波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時(shí)，晶閘管不通，uL=0。故稱(chēng)可控整流。u1u2uTuLAGKRL（1）第16頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四工作波形tu2tuGtuLtuT（2）：控制角：導(dǎo)通角第17頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四輸出電壓及電流的平均值Uo=Io=（3）LORU2RLcos1U45.02a+=第18頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、電感性負(fù)載（1）電路及工作原理設(shè)u1為正弦波DAuLGu1u2uTRKL

u2正半周時(shí)晶閘管導(dǎo)通，u2過(guò)零后，由于電感反電動(dòng)勢(shì)的存在，晶閘管在一定時(shí)間內(nèi)仍維持導(dǎo)通，失去單向?qū)щ娮饔谩稱(chēng)為續(xù)流二極管,加入D的目的就是消除反電動(dòng)勢(shì)的影響。第19頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）工作波形（不加續(xù)流二極管）tu2tuGtuLtuT第20頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四工作波形（加續(xù)流二極管后）tu2tuGtuTuLtiLAV第21頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）電壓與電流的計(jì)算（加入續(xù)流二極管后的情況）U0=Io負(fù)載中的電壓及電流當(dāng)L>>R時(shí)，ILAV在整個(gè)周期中可近似看做直流。LRUo=第22頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）單相全波可控整流電路1、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--晶體管T1T2D1D2RLuLu2AB+-第23頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四T2RLD1u2

(A)u2

(B)u2<0的導(dǎo)通路徑：T1、T2--晶閘管D1、D2--晶體管T1T2D1D2RLuLu2AB+-第24頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）工作波形tu2tuGtuLtuT1第25頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四輸出電壓及電流的平均值Uo=Io=（3）LoRU第26頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、電感性負(fù)載橋式可控整流電路u2T1T2D1D2DuLRL

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(lèi)似，請(qǐng)自行分析。第27頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四兩種常用可控整流電路的特點(diǎn)（1）電路特點(diǎn)u2TD2D1D4uLRLD3該電路只用一只晶閘管，且其上無(wú)反向電壓。晶閘管和負(fù)載上的電流相同。第28頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）T1T2D1D2u2uLRL電路特點(diǎn)

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。由于T1的陽(yáng)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(hào)。第29頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四四、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)第30頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四工作原理UAuE

<

UA+UF=UP時(shí)PN結(jié)反偏，iE很??；uE

UP時(shí)PN結(jié)正向?qū)?iE迅速增加。B2ERB1RB2B1AUBBiE--分壓比

(0.35~0.75)UP--峰點(diǎn)電壓UF--PN結(jié)正向?qū)▔航档?1頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、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)通的最小電壓、電流。）負(fù)阻區(qū)：UE>UP后，大量空穴注入基區(qū)，致使IE增加、UE反而下降，出現(xiàn)負(fù)阻。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。）第32頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四單結(jié)管符號(hào)EB2B1單結(jié)管重要特點(diǎn)UE<UV時(shí)單結(jié)管截止；UE>UP時(shí)單結(jié)管導(dǎo)通。小結(jié)第33頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、單結(jié)晶體管振蕩電路RR2R1CUucuOEB1ucttuouvup振蕩波形第34頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四uE=uC<UP時(shí)，單結(jié)管不導(dǎo)通，uo

0。此時(shí)R1上的電流很小，其值為：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2~15千歐。uOR2R1RCUucE第35頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

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。R2R1RCUucEuOR2起溫度補(bǔ)償作用ucUpUvuoUp-UDUP、UV--峰點(diǎn)、谷點(diǎn)電壓UD--PN結(jié)正向?qū)▔航档?6頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四注意：R值不能選的太小，否則單結(jié)管不能關(guān)斷，電路亦不能振蕩。

電容放電至ucuv時(shí)，單結(jié)管重新關(guān)斷，使

uo0。脈沖寬度的計(jì)算：Tuoucupuvtw振蕩周期的計(jì)算：第37頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4、具有放大環(huán)節(jié)的可控整流電路放大環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)過(guò)程：US（給定電壓）T1管的uc1T2管的ic2電容充電速度加快觸發(fā)脈沖前移uL脈沖變壓器Ru2