晶闸管电路及其应用

1、晶闸管又称可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是一种大功率半导体器件，它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。 晶闸管具有体积小、重量轻、无噪声、寿命长、 容量大等特点,一.晶闸管,1.基本结构,四 层 半 导 体,符号,螺栓式结构,平板式结构,小电流螺栓式,大电流螺栓式,晶闸管不导通,无论控制极G与阴极K之间是否加有电压，晶闸管均不能导通,2.工作原理,控制极G和阴极K之间不加正向电压,阳极A和阴极K加反向电压,反偏,反偏,阳极A和阴极K加正向电压,正偏,正偏,反偏,控制极G和阴极K之间加正向电压,正向电压足够大时，三个PN结都正偏，晶闸管导通,

2、RL,正反馈,两个晶体管进入饱和导通状态,晶闸管导通后， UAK0.61.2V,此时即使去掉控制极与阴极之间的电压，由于本身的正反馈作用晶闸管仍能维持导通,控制极电压UG的作用仅仅是触发晶闸管的导通,晶闸管的导通条件为： 阳极和阴极间加正向电压。 控制极和阴极间加正向触发电压。 阳极电流不小于维持电流,阳极A加反向电压，或不加触发信号。 晶闸管正向导通后，若令其关断，必须减小UA（或使UA反向），使晶闸管中电流小于维持电流,晶闸管的截止条件为,UAK,IA,3.伏安特性,导通电压1V左右,正向折转电压,反向击穿电压,O,4. 主要参数,UFRM,正向重复峰值电压（晶闸管耐压值） 晶闸管控制极开

3、路且正向阻断情况下,允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。 一般取UFRM = 80% UB0,额定电压UN：取UFRM和URRM 中较小的一个数 值标为器件的额定电压,如果正弦半波电流的最大值为Im, 则,UF: 通态平均电压（管压降） 在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时， 晶闸管阳、阴极间的电压平均值。 一般为1V左右,IH: 维持电流 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。 一般IH为几十 一百多毫安,UGK、IG：控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。 一般UG为1到5V，IG为几十到几

4、百毫安,5.晶闸管型号及其含义,导通时平均电压组别 共九级, 用字母AI表示0.41.2V,额定电压,用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者,额定正向平均电流(IF,如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V,1.什么是可控整流电路？ 在输入交流电压一定时，二极管整流电路输出的直流电压大小是固定的，一般不能任意调节，这种整流电流称为不可控整流电路。 采用晶闸管整流电路可以把交流电转换为电压大小可以调节的直流电，故称为可控整流电路,二、 可控整流电路,2.可控整流电路的形式,单相电路,三相电路,半波电路,全波电路,桥式电路,全控桥式电路,半控桥式电路,半波电路,桥式电路,全

5、控桥式电路,半控桥式电路,a. 单相半波可控整流,1)电阻性负载,u2 0 时： 若ug = 0，晶闸管不导通,u2 0 时: 晶闸管承受反向电压不导通, uo = 0, uT = u2 ，故称可控整流,控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导通,u1,工作原理,t1,u 2 0 时: 可控硅承受反向电压不导通,即：晶闸管反向阻断,加触发信号，晶闸管承受正向电压导通,u 2 0时,O,接电阻负载时 单相半波可控整流电路电压、电流波形,控制角,t1,O,t2,2,导通角,工作波形,整流输出电压及电流的平均值,由公式可知,改变控制角，可改变输出电压Uo,2）电感性负载,当电压u过零后，由于电感反电动

6、势的存在，晶闸管在一段时间内仍维持导通，失去单向导电作用,在电感性负载中 ,当晶闸管刚触发导通时，电感元件上产生阻碍电流变化的感应电势(极性如图)，电流不能跃变，将由零逐渐上升,u1,O,t1,t2,2,工作波形,u 0时： D反向截止，不影响整流电路工作,3）电感性负载(加续流二极管,工作波形(加续流二极管,iL,2,b. 单相半控桥式整流电路,1). 工作原理,T1和D2承受正向 电压。 T1控制极加触发电压, 则T1和D2导 通，电流的通路为,a,a)电压u 为正半周时,此时，T2和D1均承受反向电压而截止,T2和D1承受正向 电压。 T2控制极加触发电压, 则T2和D1导 通，电流的通

7、路为,b)电压u 为负半周时,b,此时，T1和D2均承受反向电压而截止,3. 工作波形,2,4. 输出电压及电流的平均值,两种常用可控整流电路,电路 特点,该电路只用一只晶闸管，且其上 无反向电压,2. 晶闸管和负载上的电流相同,1,电路 特点,1. 该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起 续流二极管作用,2,20.2.3 三相半波可控整流电路,2. 由于T1的阳极和T2的阴极相连，两管控 制极必须加独立的触发信号,三相桥式半控整流电路,第二节 单向桥式半控整流电路,电阻性负载桥式可控整流电路 电感性负载桥式可控整流电路,一、电阻性负载桥式可控整流电路,1. 电路分析 u正半周() a()

8、b(,电流方向,负半周() a() b(,a,b,触发脉冲uG引入控制极,VH1导通、VD2导通,uou,VH2导通、VD1导通,uou,2. 工作波形,t,uo,t,uVT1,O,O,O,O,2,3,3. 参数计算,整流输出电压平均值,输出电流平均值,二极管和晶闸管承受的最高反相电压为,二、电感性负载桥式可控整流电路,加续流二极管VD3后电路工作情况以及负载上电压和电阻性负载类似,整流器件不导通时，由于电感储能，经续流二极管，负载上的电流仍然存在。 感性负载上的电流接近水平的直线,第三节 触发电路,单结晶体管触发电路 集成触发电路,返回,一、单结晶体管触发电路,晶闸管由阻断变为导通的条件：

9、在阳极和阴极间加上正向电压 在控制极和阴极间加上触发信号,触发信号的要求： 触发脉冲要有足够的功率 触发脉冲要有一定的宽度 触发脉冲必须与主电路同步 触发脉冲要有一定的相移范围,返回,1. 单结晶体管的结构和特性,e (发射极,结 构,符 号,返回,单结晶体管的伏安特性,b1接正、b2接负 e与b1间呈高阻态 当ueUbb时 e与b1间呈低阻态,返回,UV、IV - 谷点电压、电流,维持单结管导通的最小电压、电流,UP 、IP - 峰点电压、电流,单结管由截止变导通所需发射极电压,uEUV 时单结管截止,uEUP 时单结管导通,返回,2. 单结晶体管的弛张振荡电路,R,R1,C,E,uC,uR

10、1,e,b1,b2,O,O,返回,3. 同步振荡电路,触发脉冲,返回,uW,O,O,O,t,t,t,uC,改变电容C的充放电速度,可以改触发变脉冲周期T,二、集成触发电路,返回,1. KJ004型集成电路,KJ004外部引线图,正电源,负相输出,13、14脉冲列,11、12脉冲宽,比较,同步输入,地,负电源,锯齿波输出,锯齿波斜率调节,正相输出,返回,工作电路,U90.7V时,第四节 晶闸管的串并联及其保护,晶闸管的串并联 晶闸管的过载保护电路,返 回,返回,一、晶闸管的串、并联,1. 晶闸管的并联应用,晶闸管并联可以分流,串电阻均流,电路简单，但电阻消耗功率，对动态均流不起作用，只适用于小功率,返回,串电抗均流,对静态、动态均流都起作用,晶闸管不宜直接并联，因特性不同容易造成分流不均，从而烧坏器件,返回,2. 晶闸管的串联应用,晶闸管串联可以分压,晶闸管不宜直接串联，因特性不同容易造成分压不均，从而击穿器件,通常在晶闸管两端并联电阻和阻容器件,返回,二、晶闸管的过载保护,晶闸管的主要缺点：过电流、过电压能力很差,1. 晶闸管的过电流保护,晶闸管产生过流的原因: 负载短路或过载 电路中某一晶闸管击穿或短路，造成其它器件过流 触发电路不正常,返回,设置快速熔断器,R,在输出端设置过流继电器及快速开关 整流触发脉冲