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控制极断路时，可以重复作用在晶闸管上的反向重复电压。一般取URRM=80%URSM（反向击穿电压）。普通晶闸管URRM为100V--3000V）(2)URRM：反向峰值电压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：额定正向平均电流：通用系列为：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可控整流电路1.单相半波可控整流电路(1)电路及工作原理u1u2uTuLAGKRLuG(2)工作波形(设u1为正弦波)tu2tuGtuLtuT：控制角：导通角u2>0时，加上触发电压uG

，晶闸管导通。且uL的大小随uG加入的早晚而变化；u2<0时，晶闸管不通，uL=0。故称可控整流。u1u2uTuLAGKRLuG(3)输出电压及电流的平均值pò=awptduULL21ò=pawwpttdUsin2212LLLRUI=tuL2UDRM=22U承受的最高反向电压:tuT电感性负载（如直流电动机的激磁线圈）电路及工作原理D由于电感反电动势的存在，晶闸管在一定时间内仍维持导通，失去单向导电作用。解决办法：加续流二极管D,加入D的目的就是消除反电动势的影响，使晶闸管在u2过零时关断GAuLu1u2uTRKL+–u2正半周时晶闸管导通，u2过零后，电感产生反电动势。2.单相全波可控整流电路一、电阻性负载桥式可控整流电路(1)电路及工作原理

u2>0的导通路径：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：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+-(3三)输出三电压三及电三流的三平均三值ò=pawp)(1LtduULò=pawwp)(sin212ttdULLLRUI=tuL2例：三桥式三可控三整流三电路三中，U2=2三20三V，RL=3,可控三硅控三制角三=1三5~三18三0，求三输出三电压三平均三值Uo的调三节范三围，三以及三可控三硅（三包括三二极三管）三的电三流平三均值三的最三大值三和承三受的三最大三反向三电压三。T1T2D1D2RLuLu2AB+-UL=1三91三V，=三15三=0三V，=三18三0LLLRUI==1三91三/3三=6三4AUDRM=22U承受的最高反向电压:=311V二、三电感三性负三载桥三式可三控整三流电三路该电三路加三续流三二极三管后三电路三工作三情况三以及三负载三上的三电流三、电三压和三电阻三性负三载类三似。u2T1T2D1D2DuLRL两种三常用三可控三整流三电路三的特三点电路特点1.该电三路只三用一三只晶三闸管三，且三其上三无反三向电三压。2.晶闸三管和三负载三上的三电流三相同三。电路一：u2TD2D1D4uLRLD3T1T2D1D2u2uLRL电路特点1.该电三路接三入电三感性三负载三时，D1、D2便起三续流三二极三管作三用。2.由于T1的阳三极和T2的阴三极相三连，三两管三控制三极必三须加三独立三的触三发信三号。电路三二：17三.4触发三电路1.单结三晶体三管工三作原三理结构等效电路E（发射极）B2（第二基极）B1（第一基极）NPEB2B1RB2RB1管内基极体电阻PN结工作三原理三：当uE<UP=UA+UF时PN结反三偏，iE很小三；当uEUP时PN结正三向导三通,iE迅速三增加三。--分压三比(0三.3三5三~三0三.7三5)UP--峰点电压UF--PN结正向导通压降B2ERB1RB2B1AUBBiEuE2.单结三晶体三管的三特性三和参三数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时单三结管三截止uE>UP时单三结管三导通EB2B1NP单结晶体管符号单结三晶体三管符三号3.单结三晶体三管振三荡电三路uCttuouvuP振荡三波形RR2R1CUuCuOEB1B2(1三)电路三组成(a)uE=uC<UP时，三单结三管不三导通三，uo0。(2三)振荡三过程三分析IR1R1、R2是外三加的三，不三同于三内部的RB1、RB2。前者三一般三取几十三欧~几百三欧；RB1+RB2一般三为2~三15千欧三。此时R1上的三电流三很小三，其三值为三：RR2R1CUuCuOEB1B2(b三)随电三容的三充三电，uC逐渐三升高三。当uCUP时，三单结三管导三通。三然后三电容三放电三，R1上便三得到三一个三脉冲三电压三。R2起温三度补三偿作三用UPUVUP、UV--峰点三、谷三点电三压ER2R1RCUuCuOuCtuot(c三)电容三放电三至ucuv时，单结三管重三新关三断，三使uo0。17三.5单结三管触三发的三可控三整流三电路一、三电路u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu3触发三电路主电三路二、三波形三关系u2uabUZucb削波整流UZau2RbcDZUZ整流三稳压三电路三部分UZ削波ucbudbUPUVueb电容充、放电UP-UD触发脉冲UZR1R2RPCuccdeDZb单结三晶体三管电三路部三分u3uL输出电压ueb触发脉冲可控三硅桥三式整三流电三路部三分u3T1T2D1D2uLRLbeueb1.单结三管触三发的三可控三整流三电路三中，三主电三路和三触发三电路三为什三么接三在同三一个三变压三器上三？问题三讨论u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu32.触发三电路三中，三整流三后为三什么三加稳三压管三？u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu33.一系三列触三发脉三冲中三，为三什么三只有三第一三个起三作用三？其三移相三范围三（即三控制三角的变三化范三围）三有多三大？ueb触发脉冲24.输出三电压三如何三调节三，其三大小三如何三计算三？u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu31.单结三管触三发的三可控三整流三电路三中，三主电三路和三触发三电路三为什三么接三在同三一个三变压三器上三？保证三主电三路和三触发三电路三的电三源电三压同三时过三零（三即两三者同三步）三，使三电容三在每三半个三周期三均从三零开三始充三电，三从而三保证三每半三个周三期的三第一三个触三发脉三冲出三现的三时刻三相同三（即角一三样），以三使输三出平三均电三压不三变。u2uab整流ucb削波UZudbu3uebuL2.触发三电路三中，三整流三后为三什么三加稳三压管三？稳压三管的三作用三是：将整三流后三的电三压变三成梯三形（三即削三波）三，使三单结三管两三端电三压稳三定在三稳压三管的三稳压三值上三，从三而保三证单三结管三产生三的脉三冲幅三度和三每半三个周三期产三生第三一脉三冲的三时间三，不三受交三流电三源电三压变三化的三影响三。UZR1R2RPCuccdeDZbudbUPUVueb3.一系三列触三发脉三冲中三，为三什么三只有三第一三个起三作用三？其三移相三范围三（即三控制三角的变三化范三围）三有多三大？根据三单结三管的三特性三，它三一旦三触发三导通三，在三阳极三电压三足够三大的三条件三下，三即使三去掉三触发三信号三，仍三能维三持导三通状三态。三因此三，每三半个三周期三中只三有一三个触三发脉三冲起三作用三。触发三脉冲三移相三范围三的计三算f—电源三电压三的频三率R2R1aRPCucu2RbcdeDZudet4.输出三电压三如何三调节三，其三大小三如何三计算三？RP电容三充电三速度三变慢uL电压三的调三节电压三的计三算UL17三.6晶闸三管的三其他三应用拨盘三式密三码锁三控制三电路123456789101112拨盘开锁继电器按钮UCCJT3T2T1SD1D2R工作三原理根据三晶闸三管的三特性三分析三可知三，开三锁时三三个三晶闸三管的三工作三顺序三应该三是：T1–T2–T3。否则T3或T2将因三阳极三和阴三极间三加不三上电三压而三不导三通，三继电三器线三圈不三通电三，锁三打不三开。1.开锁三时晶闸三管工三作情三况UCCT3T2T1JD1D2T1导通三时的三路径T1导通三时的三路径三如图三中虚线三，此三时发三光管D2导通，三给出三指示三信号三。锁打开2.开锁三过程根据三开锁三时三三只晶三闸管三导通三顺序三的要三求以三及图中三连线三，可三知开三锁过三程如三下：拨盘三拨至10T2导通按下ST3导通拨盘三拨至2按下S拨盘三拨至7按下ST1导通123456789101112UCCJT3T2T1SD1D2R此密三码锁三的开锁三密码三是：7-三-1三0-三-2结论改换三密码三号的三办法三：变三更拨三盘和三晶闸三管控三制极三的连三线。防止三长期三按下三按钮三以拨三动拨三盘而三自动三开锁三的办三法：三将拨三盘中三的某三几个三点接三地。三使拨三盘转三到该三点时三，按三钮按三下后三通过三电阻三（R）支路三产生三较大三分流三，使三晶闸三管中三的电三流降三低到三最小三维持三电流三以下三，迫三使其三关断三。从三而防三止琐三被打三开。12345678910