电工技术与电子技术课件清华大学五

第37讲第17章可控硅及其应用17.1晶闸管工作原理17.2晶闸管特性与参数17.3可控整流电路17.4触发电路17.5单结管触发的可控整流电路17.6晶闸管的其它应用17.7晶闸管的保护及其它类型别名：可控硅（SCR)（SiliconControlledRectifier）是一种大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。

特点：体积小、重量轻、无噪声、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。应用领域：整流（交流直流）逆变（直流交流）变频（交流交流）斩波（直流直流）此外还可作无触点开关等。晶闸管（Thyristor）17.1工作原理1.结构P1P2N1N2四层半导体K（阴极）G（控制极）A（阳极）PNPN四层半导体结构三个

PN结符号AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK2.工作原理阳极阴极控制极APPNNNPGKigßigßßigKAGT1T2等效为由二个三极管组成UGKUAKT1、T2都导通后，即使去掉UGK，T1、T2仍然导通RL(1)阳极A加反向电压，或不加触发信号（即UGK=0）。可控硅导通的条件：（1）阳极A加正电压（2）控制极G加正的触发电压可控硅截止的条件：(2)可控硅正向导通后，若令其关断，必须减小UAK（或使UAK反向），使可控硅中电流小于某一最小电流IH（IH称为维持电流）AigßigßßigKGT1T2UAKRLUGKAKG（1）晶闸管具有单向导电性。若使其关断，必须降低UAK或加大回路电阻，把阳极电流减小到维持电流以下。正向导通条件：A、K间加正向电压，G、K间加正的触发信号。晶闸管的工作原理小结（2）晶闸管一旦导通，控制极便失去作用。17.2特性与参数1.特性UIIHIFIG=0时有IG时正向反向U--阳极、阴极间的电压

I--阳极电流UDSM正向转折电压截止导通导通后管压降约1V额定正向平均电流维持电流URSM反向击穿电压正向特性：控制极开路时，随UAK的加大，阳极电流逐渐增加。当U=UDSM（正向转折电压）时，晶闸管自动导通。正常工作时，UAK应小于UDSM

。反向特性：随反向电压的增加，反向漏电流稍有增加，当U=URSM

（反向击穿电压）时，反向击穿。正常工作时，反向电压必须小于URSM。(1)UDRM：正向阻断电压晶闸管耐压值。一般取UDRM

=80%UDSM（正向转折电压）。普通晶闸管UDRM为100V---3000V2.主要参数UIIHIF额定正向平均电流UDSM正向转折电压URSM反向击穿电压UDRM控制极极断路路时，，可以以重复复作用用在晶晶闸管管上的的反向向重复复电压压。一一般取取URRM=80%URSM（反向击穿电电压）。普通晶闸管管URRM为100V--3000V）(2)URRM：反向峰值电电压UIIHIF额定正向平均电流UDSM正向转折电压URSM反向击穿电压UDRMURRM(3)IF：额定正向平平均电流：通用系列为为：1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A等14种规格。UIIHIF额定正向平均电流UDSM正向转折电压URSM反向击穿电压UDRMURRM17.3可控整流电电路1.单相半波可可控整流电电路(1)电路及工作作原理u1u2uTuLAGKRLuG(2)工作波形(设u1为正弦波)tu2tuGtuLtuT：控制角：导通角u2>0时，加上触触发电压uG，晶闸管导通通。且uL的大小随uG加入的早晚晚而变化；；u2<0时，晶闸管管不通，uL=0。故称可控整整流。u1u2uTuLAGKRLuG(3)输出电压及及电流的平平均值pò=awptduULL21ò=pawwpttdUsin2212LLLRUI=tuL2UDRM=22U承受的最高高反向电压压:tuT电感性负载载（如直流流电动机的的激磁线圈圈）电路及工作作原理D由于电感反反电动势的的存在，晶晶闸管在一一定时间内内仍维持导导通，失去去单向导电电作用。解决办法：：加续流二二极管D,加入D的目的就是是消除反电电动势的影影响，使晶晶闸管在u2过零时关断GAuLu1u2uTRKL+–u2正半周时晶晶闸管导通通，u2过零后，电电感产生反反电动势。。2.单相全波可可控整流电电路一、电阻性性负载桥式式可控整流流电路(1)电路及工作作原理u2>0的导通路径径：u2(A)T1RLD2u2(B)T1、T2--晶闸管D1、D2--二极管T1T2D1D2RLuLu2AB+-T1、D2导通，T2、D1截止uGT2RLD1u2(A)u2(B)u2<0的导通路径径：T1、T2--晶闸管D1、D2--晶体管T1T2D1D2RLuLu2AB+-uGT2、D1导通，T1、D2截止(2)工作波形tu2tuGtuLtuT1T1T2D1D2RLuLu2AB+-(3)输出电压及及电流的平平均值ò=pawp)(1LtduULò=pawwp)(sin212ttdULLLRUI=tuL2例：桥式可可控整流电电路中，U2=220V，RL=3,可控硅控制制角=15~180，求输出电电压平均值值Uo的调节范围围，以及可可控硅（包包括二极管管）的电流流平均值的的最大值和和承受的最最大反向电电压。T1T2D1D2RLuLu2AB+-UL=191V，=15=0V，=180LLLRUI==191/3=64AUDRM=22U承受的最高反向电压:=311V二、电感性性负载桥式式可控整流流电路该电路加续续流二极管管后电路工工作情况以以及负载上上的电流、、电压和电电阻性负载载类似。u2T1T2D1D2DuLRL两种常用可可控整流电电路的特点点电路特点1.该电路只用用一只晶闸闸管，且其其上无反向向电压。2.晶闸管和负负载上的电电流相同。。电路一：u2TD2D1D4uLRLD3T1T2D1D2u2uLRL电路特点1.该电路接入入电感性负负载时，D1、D2便起续流二二极管作用用。2.由于T1的阳极和T2的阴极相连连，两管控控制极必须须加独立的的触发信号号。电路二：17.4触发电路1.单结晶体管管工作原理理结构等效电路E（发射极）B2（第二基极）B1（第一基极）NPEB2B1RB2RB1管内基极体电阻PN结工作原理：：当uE<UP=UA+UF时PN结反偏，，iE很小；当uEUP时PN结正向导导通,iE迅速增加加。--分压比(0.35~0.75)UP--峰点电压UF--PN结正向导通压降B2ERB1RB2B1AUBBiEuE2.单结晶体体管的特特性和参参数iEuEUVUPIVUV、IV--谷点电压、电流（维持单结管导通的最小电压、电流。）UP--峰点电压（单结管由截止变导通所需发射极电压。）B2ERB1RB2B1AUBBiEuEuE<UV时单结管管截止uE>UP时单结管管导通EB2B1NP单结晶体管符号单结晶体体管符号号3.单结晶体体管振荡荡电路uCttuouvuP振荡波形形RR2R1CUuCuOEB1B2(1)电路组成成(a)uE=uC<UP时，单结结管不导导通，uo0。(2)振荡过程程分析IR1R1、R2是外加的的，不同同于内部的RB1、RB2。前者一般般取几十欧~几百欧；；RB1+RB2一般为2~15千欧。此时R1上的电流流很小，，其值为为：RR2R1CUuCuOEB1B2(b)随电容的的充电电，uC逐渐升高高。当uCUP时，单结结管导通通。然后后电容放放电，R1上便得到到一个脉脉冲电压压。R2起温度补补偿作用用UPUVUP、UV--峰点、谷谷点电压压ER2R1RCUuCuOuCtuot(c)电容放电电至ucuv时，单结管重重新关断断，使uo0。17.5单结管触触发的可可控整流流电路一、电路路u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu3触发电路路主电路二、波形形关系u2uabUZucb削波整流UZau2RbcDZUZ整流稳压压电路部部分UZ削波ucbudbUPUVueb电容充、放电UP-UD触发脉冲UZR1R2RPCuccdeDZb单结晶体体管电路路部分u3uL输出电压ueb触发脉冲可控硅桥桥式整流流电路部部分u3T1T2D1D2uLRLbeueb1.单结管触触发的可可控整流流电路中中，主电电路和触触发电路路为什么么接在同同一个变变压器上上？问题讨论论u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu32.触发电路路中，整整流后为为什么加加稳压管管？u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu33.一系列触触发脉冲冲中，为为什么只只有第一一个起作作用？其其移相范范围（即即控制角角的变化范范围）有有多大？？ueb触发脉冲24.输出电压压如何调调节，其其大小如如何计算算？u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu31.单结管触触发的可可控整流流电路中中，主电电路和触触发电路路为什么么接在同同一个变变压器上上？保证主电电路和触触发电路路的电源源电压同同时过零零（即两两者同步步），使使电容在在每半个个周期均均从零开开始充电电，从而而保证每每半个周周期的第第一个触触发脉冲冲出现的的时刻相相同（即即角一样）），以使输输出平均均电压不不变。u2uab整流ucb削波UZudbu3uebuL2.触发电路路中，整整流后为为什么加加稳压管管？稳压管的的作用是是：将整流后后的电压压变成梯梯形（即即削波）），使单单结管两两端电压压稳定在在稳压管管的稳压压值上，，从而保保证单结结管产生生的脉冲冲幅度和和每半个个周期产产生第一一脉冲的的时间，，不受交交流电源源电压变变化的影影响。UZR1R2RPCuccdeDZbudbUPUVueb3.一系列触触发脉冲冲中，为为什么只只有第一一个起作作用？其其移相范范围（即即控制角角的变化范范围）有有多大？？根据单结结管的特特性，它它一旦触触发导通通，在阳阳极电压压足够大大的条件件下，即即使去掉掉触发信信号，仍仍能维持持导通状状态。因因此，每每半个周周期中只只有一个个触发脉脉冲起作作用。触发脉冲冲移相范范围的计计算f—电源电压压的频率率R2R1aRPCucu2RbcdeDZudet4.输出电压压如何调调节，其其大小如如何计算算？RP电容充电电速度变变慢uL电压的调调节电压的计计算UL17.6晶闸管的的其他应应用拨盘式密密码锁控控制电路路123456789101112拨盘开锁继电器按钮UCCJT3T2T1SD1D2R工作原理理根据晶闸闸管的特特性分析析可知，，开锁时时三个晶晶闸管的的工作顺顺序应该该是：T1–T2–T3。否则T3或T2将因阳极极和阴极极间加不不上电压压而不导导通，继继电器线线圈不通通电，锁锁打不开开。1.开锁时晶闸管工工作情况况UCCT3T2T1JD1D2T1导通时的的路径T1导通时的的路径如如图中虚线，此此时发光光管D2导通，给出出指示信信号。锁打开2.开锁过程程根据开锁锁时三只只晶闸管管导通顺顺序的要要求以及及图中连线线，可知知开锁过过程如下下：拨盘拨至至10T2导通按下ST3导通拨盘拨至至2按下S拨盘拨至至7按下ST1导通123456789101112UCCJT3T2T1SD1D2R此密码锁锁的开锁密码码是：7--10--2结论改换密码码号的办办法：变变更拨盘盘和晶闸闸管控制制极的连连线。防止长期期按下按按钮以拨拨动拨盘盘而自动动开锁的的办法：：将拨盘盘中的某某几个点点接地。。使拨盘盘转到该该点时，，按钮按按下后通通过电阻阻（R）支路产生生较大分分流，使使晶闸