《电工电子技术》课件第十一章

第十一章电力电子技术及应用第一节、晶闸管的工作原理及参数第二节、晶闸管的应用举例晶闸管别名：可控硅

它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。

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）。

特点应用领域：逆变整流（交流直流）斩波（直流交流）变频（交流交流）（直流直流）此外还可作无触点开关等一、晶闸管的结构和工作原理AGKJ1J2J3AKGPNPN阳极阴极控制极第一节晶闸管的工作原理及参数符号1.晶闸管的结构和符号结构晶闸管是一种大功率的半导体器件。其内部结构为：四层半导体，三个

PN结。文字符号为VT

VT2.晶闸管的导通原理PNPNKGAA(PNP)(NPN)KGV2V1APNPNPNKG为了说明晶闸管的导通原理,将晶闸管等效为由V1

(NPN型)

和V2(PNP型)

两个三极管联接而成

,每个三极管的基极与另一个三极管的集电极相联。从中可以看出无论A，K之间如何加电压，晶闸管都不通。

IG+IC2流入V1的基极作再次放大,如此循环形成强正反馈

,

很快使V1和V2达到饱和导通。但同时加入电源EA和EG后,

使晶闸管的阳极和控制极均加正向电压,因而V1正偏导通,IG=

IB1,

而IC1=

1IB1即是

IB2,

EGKGV2V1AREAIG

1IB1

1

2IB1A(PNP)(NPN)KGV2V1

此时,

若去掉触发电压,

晶闸管仍可依靠正反馈维持晶闸管导通,

控制极失去作用。经PNP管V2作进一步放大,

形成集电极电流

IC2=

1

2IB1,IB1工作原理说明UAK

>0

，的同时UGK>0

V1导通V2导通形成正反馈晶闸管迅速导通。V1进一步导通晶闸管单加正向电压时不导通，只有在晶闸管开始工作时，UAK加反向电压，或不加触发信号（即UGK=0）；晶闸管导通后，

UGK，去掉依靠正反馈，晶闸管仍维持导通状态；晶闸管截止的条件：（1）（2）晶闸管正向导通后，令其截止，必须减小UAK，或加大回路电阻，使晶闸管中电流的正反馈效应不能维持。结论晶闸管具有单向导电性（正晶闸管一旦导通，控制极失去作用。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。

向导通条件：A、K间加正向电压，G、K间加触发信号）；二、晶闸管的特性与参数CBA0IHIU导通IG=0IG1IG2阻断UBRIRIG增加UBO反向特性正向特性UBO

—

正向转折电压UBR

—反向转折电压IG

—触发电流IH

—维持电流晶闸管的导通条件：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。

两个条件必须同时满足1、伏安特性CBA0IHIUIG=0IG1IG2UBRIRUBO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=UBO时，晶闸管自动导通。正常工作时，UAK应小于

UBO。UBO：断态不重复峰值电压，又称正向转折电压。特性说明U--阳极、阴极间的电压I--阳极电流反向特性：随反向电压的增加，反向漏电流稍有增加，当U=UBR

时，反向极击穿。正常工作时，反向电压必须小于UBR。UBR：反向不重复峰值电压。0IHIUIG=0IG1IG2UBRIRUBOUDRM：断态重复峰值电压。（晶闸管耐压值。一般取UDRM=80%UBO。普通晶闸管UBO为100V---3000V）URRM：反向重复峰值电压。（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%UBR。普通晶闸管UBR为100V--3000V）ITAV：通态平均电流。（环境温度为40OC时,在

电阻性负载、单相工频

正弦半波、导电角不小于170o的电路中，晶闸管允许的最大通态平均电流。普通晶闸管ITAV

为1A---1000A。）2、主要参数ITAV含义说明it

2

ITAV主要参数（续）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、

阴两极间的电压平均值。一般为1V左右。）IH：维持电流。(在室温下，控制极开路、晶闸管被触发导通后，维持导通状态所必须的最小电流。一般为几十到一百多毫安。）UG、IG：控制极触发电压和电流。（在室温下，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为几十到几百毫安。）晶闸管型号通态平均电压（UF）额定电压级别（UDRM）额定通态平均电流（ITAV）晶闸管类型P---普通晶闸管K---快速晶闸管S---双向晶闸管晶闸管K晶闸管电压、电流级别额定通态电流（ITAV）通用系列为1、5、10、 20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A等14种规格。额定电压（UDRM）通用系列为：1000V以下的每100V为一级，1000V到3000V的每200V为一级。通态平均电压（UF）等级一般用A~I字母表示，由0.4~1.2V每0.1V为一级。三、晶闸管的触发电路晶闸管工作时必须通过门极加控制电压。门极控制电路称为触发电路。触发电路一般采用集成化的移相触发电路。所谓移相控制就是指通过改变触发脉冲产生的不同时刻（即不同相位）来改变晶闸管的导通角。

四、晶闸管的其它类型1、双向晶闸管特点：相当于两个反向晶闸管并联，两者共用一个控制极。符号：VT1VT2G（控制极）（第一电极）（第二电极）工作原理UT1>UT2时，控制极相对于T1加正脉冲，晶闸管正向导通，电流从T1流向T2。UT2>UT1时，控制极相对于T2加负脉冲，晶闸管反向导通，电流从T2流向T1。双向晶闸管内部工作原理的详细分析，请参阅有关资料。2、可关断晶闸管GTO可关断晶闸管的触发导通与普通晶闸管相同。不同之处在于：普通晶闸管的关断不能控制，只能靠减小阳极电压或工作电流来实现。普通晶闸管属半控器件；而可关断晶闸管可在控制极上加负触发信号将其关断，因此它属全控器件。晶闸管的类型较多，不一一介绍。第二节、晶闸管的应用举例一、单相半波可控整流电路以电阻性负载为例电路及工作原理设u1为正弦波

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。u1u2uTuLAGKRL（1）TH工作波形tu2tuGtuLtuT

（2）：控制角：导通角输出电压及电流的平均值ULAV=ILAV=（3）滤波电容二、单相无源逆变器变压器直流电源具有中心抽头的电感+-EL1L2TH1TH2C1C2RLG1G2T工作原理工作时，两晶闸管由频率一定、相位差为180o的两个脉冲信号交替作用在它们的控制极上。从而由直流电源提供能量，在负载上得到交流电压。当触发脉冲作用于TH1的控制极上时，TH1导通，直流电源给电容C1充电，其方向如图中虚线所示。充电电流通过变压器T给负载提供一定的电压；TH1TH2+-EL1L2C1C2RLG1G2T+-ULTH1TH2+-EL1L2C1C2RLG2T+-当触发脉冲作用于TH2的控制极时，TH2导通，电容C1通过TH2放电，其方向如图中虚线所示。放电电流通过变压器T给负载提供与上方向相反的电压。UL电容放电时，放电电流在电感L2上产生感应电动势，方向如图所示。此感应电动势通过互感，在L1上产生的电压将晶闸管TH1关断；同理，电容充电时L2上的感应电动势将TH2关断。+--+三、晶闸管的保护

晶闸管的过流、过压能力很差，是它的主要缺点。晶闸管的热容量很小，一旦过流，温度急剧上升，器件被烧坏。例如一只100A的晶闸管过电流为400A时，仅允许持续0.02秒，否则将被烧坏；晶闸管承受过电压的能力极差，电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。正向电压超过转折电压时，会产生误导通，导通后的电流较大，使器件受损。过流保护快速熔断器：电路中加快速熔断器;加入方法如下图：过流继电器：在输出端装直流过电流继电器;过流截止电路：利用电流反馈减小晶闸管的导通角或停止触发，从而切断过流电路。保护措施~接在输出端接在输入端和晶闸管串联阻容吸收硒整流堆过压保护（利用电容吸收过压。即将过电压的能量变成电场能量储存到电容中，然后由电阻消耗掉。）（硒堆为非线性元件，过压后迅速击穿，其电阻减小，抑制过压冲击。）CRRCRC硒堆~模拟电子技术结束模拟电路复习一、半导体二极管单向导电性伏安特性典型应用正向压降死区电压反向电流整流电路稳压管的特性和使用二、三极管及交流放大1、三极管的特性曲线2、几种典型交流放大电路工作点、Au、ri、ro的计算和微变等效电路分压式偏置电路分压式偏置电路中没有CE的电路射极输出器特点反馈类型应用反馈类型3、负反馈对放大器性能的影响4、功率放大器三种工作状态互补对称功率放大器的原理特点复合管交越失真