电工技术电子技术-清华-37可控硅及其应用

电工技术电子技术-清华-37可控硅及其应用引言可控硅基本原理可控硅类型及特点可控硅驱动与保护电路可控硅在电力电子技术中的应用可控硅选型与使用注意事项实验环节：可控硅应用电路搭建与调试课程总结与展望contents目录01引言电工技术与电子技术的结合可控硅作为电力电子技术中的核心器件，在电工技术与电子技术之间起到了桥梁作用。培养目标通过本课程的学习，使学生掌握可控硅的基本原理、特性和应用，为从事电力电子技术的相关工作打下基础。课程背景与目的可控硅是一种具有控制电极的半导体器件，其导通和关断可以通过控制电极的电流来实现。可控硅的定义可控硅的分类可控硅的特点根据结构和性能的不同，可控硅可分为单向可控硅、双向可控硅等多种类型。可控硅具有体积小、重量轻、效率高、可靠性好等优点，在电力电子领域得到了广泛应用。030201可控硅简介电力控制电源变换照明调光其他领域应用领域概述01020304可控硅可用于电力控制系统中，实现对电机的启动、调速、制动等控制功能。可控硅可用于将交流电转换为直流电，或将直流电转换为交流电的电源变换器中。可控硅可用于照明系统中，实现对灯光的调光、调色等功能。可控硅还可应用于冶金、化工、通信等其他领域中，实现对相关设备的电力控制功能。02可控硅基本原理可控硅是一种四层三端半导体器件，由P1N1P2N2四层半导体和三个PN结组成，具有三个电极：阳极A、阴极K和控制极G。可控硅结构可控硅的工作原理是基于PN结的单向导电性和触发电流的控制作用。当阳极A加上正向电压时，如果控制极G没有触发电流，可控硅不导通；当控制极G加上触发电流时，可控硅开始导通，并且即使触发电流消失，可控硅仍然保持导通状态。工作原理可控硅结构与工作原理触发电路及工作特性触发电路是为可控硅提供触发电流的电路，通常由脉冲变压器、整流电路和限流电阻等组成。触发电路的设计需要确保触发电流具有足够的幅值和陡度，以可靠地触发可控硅。触发电路可控硅的工作特性包括导通压降、触发电流和电压、维持电流和电压等。导通压降是指在可控硅导通时阳极和阴极之间的电压降；触发电流和电压是指使可控硅从截止状态转变为导通状态所需的最小电流和电压；维持电流和电压是指使可控硅保持导通状态所需的最小电流和电压。工作特性主要参数可控硅的主要参数包括额定通态平均电流、反向重复峰值电压、控制极触发电流和电压等。这些参数反映了可控硅的承受能力和工作条件，是选择和使用可控硅的重要依据。要点一要点二性能指标可控硅的性能指标包括开通时间、关断时间、通态压降和断态漏电流等。开通时间和关断时间分别表示可控硅从截止状态到导通状态和从导通状态到截止状态所需的时间；通态压降表示在可控硅导通时阳极和阴极之间的电压降；断态漏电流表示在可控硅截止时流过器件的漏电流。这些性能指标反映了可控硅的工作效率和可靠性。主要参数与性能指标03可控硅类型及特点工作原理01单向可控硅是一种可控整流电子元件，能在外部控制信号作用下由关断变为导通，但一旦导通，外部信号就无法使其关断，只能靠去除负载或降低其两端电压使其关断。特点02单向可控硅具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、控制灵活等优点，是自动化控制、电机调速、调光、调压等领域中常用的半导体器件。应用03单向可控硅广泛应用于各种电子设备中，如电源电路、电机控制电路、调光电路等。单向可控硅双向可控硅是一种具有双向导通能力的可控硅器件，其触发电路和控制电路比单向可控硅复杂，但可以实现交流电路的控制。工作原理双向可控硅具有触发灵敏度高、控制功率小、无触点、无火花、无噪音、效率高、寿命长等优点。特点双向可控硅广泛应用于交流电路的控制中，如交流调压、调光、交流电机调速等领域。应用双向可控硅光控可控硅温控可控硅压控可控硅磁控可控硅其他类型可控硅光控可控硅是一种通过光照强度来控制导通的可控硅器件，常用于光控开关、光控传感器等电路中。压控可控硅是一种通过电压变化来控制导通的可控硅器件，常用于电压调节、稳压等电路中。温控可控硅是一种通过温度变化来控制导通的可控硅器件，常用于温度控制、过热保护等电路中。磁控可控硅是一种通过磁场变化来控制导通的可控硅器件，常用于电磁开关、磁控传感器等电路中。04可控硅驱动与保护电路驱动电路设计原则确保驱动电路在各种工作条件下都能稳定、可靠地触发可控硅。采取必要措施，防止驱动电路对人员和设备造成安全隐患。提高驱动电路的工作效率，减少能量损耗。根据不同可控硅和应用场景，设计具有适应性的驱动电路。可靠性安全性高效性适应性检测电路中的电流，当超过设定值时，及时切断电路或采取其他保护措施。过流保护防止电路中出现过高的电压，对电路和可控硅造成损坏。过压保护监测可控硅的工作温度，当温度过高时，采取相应的散热或停机措施。温度保护采用传感器、比较器、保护继电器等元器件，构建保护电路。实现方法保护电路功能及实现方法分析电路组成、工作原理、优缺点及适用场景。单向可控硅驱动电路双向可控硅驱动电路带过流保护的驱动电路带温度保护的驱动电路介绍电路结构、触发方式、保护措施等。详细分析过流保护电路的工作原理、保护效果及实现方法。阐述温度保护电路的设计思路、温度检测方式及保护措施。典型驱动与保护电路分析05可控硅在电力电子技术中的应用利用可控硅的单向导电性和可控性，将交流电转换为直流电，实现对电能的调节和控制。可控硅整流电路广泛应用于电解、电镀、直流电动机传动等领域，提供稳定可靠的直流电源。可控硅整流电源采用过流、过压等保护措施，确保整流电路的安全稳定运行。整流电路的保护整流电路中的应用

逆变电路中的应用可控硅逆变电路将直流电转换为交流电，实现对电能的变换和控制，满足不同负载对电源的要求。逆变电路的应用领域包括变频调速、感应加热、有源滤波等，提高电气设备的效率和性能。逆变电路的控制策略采用PWM控制、矢量控制等先进控制策略，实现对逆变电路的精确控制。03斩波电路的控制方式采用定宽调频、调宽调频等控制方式，实现对斩波电路的有效控制。01可控硅斩波电路通过控制可控硅的通断，将直流电源的电压或电流斩成一系列脉冲，实现对负载的调节和控制。02斩波电路的应用领域包括直流电动机调速、电力机车控制、开关电源等，提高电气设备的动态响应和稳定性。斩波电路中的应用06可控硅选型与使用注意事项根据电路中的电压、电流、功率等参数，选择适合的可控硅类型，如单向可控硅、双向可控硅等。依据电路需求确定可控硅类型根据电路需求，确定可控硅的主要参数，如额定电压、额定电流、触发电流等。确定可控硅的主要参数根据电路板的尺寸和布局，选择适合的可控硅封装形式，如TO-92、TO-220等。选择合适的封装形式在选择可控硅时，需要考虑其散热问题，确保其在工作过程中不会因过热而损坏。考虑可控硅的散热问题选型依据及步骤严格按照电路图连接电路在使用可控硅时，应严格按照电路图连接电路，避免出现接错线或短路等问题。注意可控硅的触发方式可控硅需要触发才能导通，使用时应注意触发信号的极性、幅度和频率等参数。避免可控硅过载在使用可控硅时，应避免其过载，以免损坏可控硅或引起电路故障。注意可控硅的散热问题在使用过程中，需要注意可控硅的散热问题，确保其工作在合适的温度范围内。使用注意事项故障诊断与排除方法诊断可控硅是否损坏通过测量可控硅的电阻值或使用专用测试仪器，可以诊断可控硅是否损坏。检查触发电路是否正常如果可控硅不能触发导通，需要检查触发电路是否正常，如触发信号的极性、幅度和频率等参数是否正确。检查负载电路是否正常如果可控硅正常触发但不能正常工作，需要检查负载电路是否正常，如负载是否短路或开路等。排除其他可能的故障如果以上检查均正常，还需要考虑其他可能的故障因素，如电源电压不稳定、电路板接触不良等。07实验环节：可控硅应用电路搭建与调试掌握可控硅的工作原理、特性及在电路中的应用。目的能够独立搭建可控硅应用电路，并进行调试和故障排除。要求实验目的与要求面包板或印刷电路板电源、电压表、电流表等测量设备可控硅器件电阻、电容、电感等电子元件导线、焊锡等连接材料实验器材准备0103020405步骤1.根据电路图搭建可控硅应用电路。2.检查电路连接是否正确，确保电源和测量设备接入无误。实验步骤及注意事项0102实验步骤及注意事项4.记录实验数据，包括电压、电流等参数。3.逐步增加电源电压，观察可控硅的工作状态。注意事项1.确保电源稳定且符合电路要求。2.注意电子元件的耐压、耐流等参数，避免损坏。实验步骤及注意事项实验步骤及注意事项3.在连接电路时，确保导线接触良好，避免虚接或短路。4.在调试过程中，如发现异常情况，应立即切断电源并检查原因。根据实验数据，分析可控硅的工作特性，如触发电压、维持电流等。同时，比较不同参数下可控硅的性能差异。结合理论知识，讨论可控硅在电路中的应用优势及局限性。针对实验中遇到的问题，提出可能的解决方案或改进措施。实验结果分析与讨论讨论分析08课程总结与展望可控硅基本原理与结构深入讲解了可控硅的工作原理、内部结构以及触发方式等基础知识。可控硅的电气特性详细介绍了可控硅的电压、电流特性，以及其在不同工作条件下的性能表现。可控硅的保护与驱动系统阐述了可控硅的保护措施和驱动电路设计，以确保其稳定可靠地工作。可控硅在电路中的应用通过实例分析了可控硅在交流调压、直流调速、逆变电路等领域的具体应用。课程重点内容回顾高压大容量可控硅随着电力电子技术的发展，高压大容量可控硅的研制和应用逐渐成为研究热点。智能化可控硅技术集成传感器、微处理器等智能化技术，实现可控硅的自动控制和故障诊断。新型可控硅材料及工艺探索新型半导体材料和制造工艺，提高可控硅的性能和可靠性。可控硅模块的集成化将多个可控硅模块集成在一起，实现更紧凑、高效的