晶闸管电路.ppt

1、第九章 晶闸管及应用,9.1 掌握晶闸管的导通和关断条件,9.2 可控整流电路的工作原理及特点,9.1 晶闸管简介,晶闸管是晶体闸流管的 简称，也称可控硅,可控整流,逆变,交流调压,无触点开关,将直流交流，可 实现异步电动机的 变频调速,代替闸刀开关通/断， 切换速度快，无火花 无噪音,晶闸管是在晶体管基础上发展起来的大功率器件,它有四层，三个结，三个引出极 阳极(A)，阴极(K), 控制极(G),阳 极,阴 极,控制极,晶闸管外型,实验,结 果,晶闸管可看成有PNP和NPN型 两个晶体管联接而成,晶闸管工作原理,原理,1)晶闸管阳极A与阴极K之间加正向电压，控 制极断开，两个三极管均无基极电

2、流，晶闸 管不导通。,2) 在控制极G与阴极K之间加正向电压， 当IG到达一定数值，T2首先导通： IB2=IG，IC2=IB2= IG,又： IB2=IC1, 随后T2导通， IC1与IG一起进入T2的基极后再次放大。,该过程在极短时间内连锁循环进行， 晶闸管瞬间全部饱和导通。,3）晶闸管导通后，即使控制极与外界断 开，T2管的基极电流IB2=IC1IA，比IG 大，管子维持导通。,在导通后，要关断晶闸管：,晶闸管导通后，控制极失去控制作用,1）阳极电流IA减小到某一数值以下， 内部连锁状态不能维持，管子截止。,2) 切断阳极电源,3) 在阳极和阴极之间加反向电压,1）晶闸管导通必须同时具备

3、两个条件：,阳极与阴极之 间加正向电压,控制极与阴极 之间加正向电压,可见,2）晶闸管的控制极只有使晶闸管导通的作用，一旦导通 就不再有控制作用，无论控制极对阴极有无电压或反向 电压，管子始终导通,3）要使晶闸管阻断(截止), 必须切断阳极电源或使阳极 电压反向或将阳极电压减小到某一数值以下。,晶闸管的伏安特性曲线,晶闸管的导通和截止由阳极电压U、电流I及控制极电流IG 决定，它们之间的关系用伏安特性曲线来表示。,当晶闸管的阳极和阴极加正向电压，控制极无电压时， J2反偏，因此只有很小电流，称正向漏电流。 此时晶闸管截止，表现出很大的内阻。,J2,当正向电压增加到某一数值，漏电流突然增大， 晶

4、闸管导通，可以通过很大的电流，而管压降 仅1V左右。晶闸管由截止变为导通所对应的电 压UBO称正向转折电压。,晶闸管导通后，减小正向压降， 正向电流减小，当减小到某一 数值，晶闸管又转为阻断。此时 对应的最小电流称维持电流IH,当晶闸管的阳极阴极加反向电压， 特性与二极管相似，有很小的反 向漏电流。加大反向电压,晶闸管 在反向转折电压UBR处反向导通。,当阳极电压高于转折电压时，元件导通，但这种导通方法 容易造成元件不可恢复性击穿，一般不采用。,当控制极加正向电压，IG产生，特性曲线左移，正向转折 电压降低, 元件容易导通。 IG越大，UBO越低。,主 要 参 数 1) （断态重复峰值电压）在

5、控制极断路和晶闸管正向阻断时，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压，它比 小100V。 “多少伏的晶闸管” 2) （反向重复峰值电压）在控制极断路时，可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压，它比 小100V。 3)（额定通态或正向平均电流，简称额定电流）在环境温度不大于40和标准散热及全导通时，晶闸管可以连续通过的工频正弦半波电流（在一个周期内）的平均值。 “多少安的晶闸管”,正弦半波电流的平均值 正弦半波电流的有效值 波形系数 即 一般按 选晶闸管（ 实际电流有效值） 4)（维持电流）在规定的环境温度和控制极断路时，维持元件继续导通的最小电流。 一般为几十mA 一百多mA，其数值与温度成反比，

6、如：,5. 型号及其含义（国产晶闸管） 例如： 3CT50/500（ 为50A， 为500V）； KP5-7（K晶闸管，P普通型，额定电流5A，额定电压700V）。,/,可控整流元件,N型硅材料,三个电极,6. 判别管子的好坏 用万用表的欧姆档来判别管子的好坏。 表10.1 用万用表测试晶闸管各管脚之间的电阻,注意：当AK间为高阻值，而KG间逆向电阻大于顺向电阻时，管子良好。,1. 双向晶闸管（TRIAC）,l特点 1)三端子NPNPN元件； 2)采用交流电源； 3)相当于两只普通晶闸管反并联； 4)双向控制，简化触发电路； 5)成本低，可靠性好； 6)主要应用于家用电器控制，调节交流电压。

7、l符号(如图所示) l工作原理 1)门极无信号时， 、 不导电。 2)导通条件： + ， -，G + -， +，G - l电压波形图(如图所示),2. 可关断晶闸管（GTO） l特点 1)控制极控制元件的导通和关断，所需控制电流较大。 20 m A / 30A 2) 动态特性较好，关断时间较短。 1s / (5 30) s 3)主要用于直流调压和直流开关电路。 4) 电路简单，工作频率高。 l 符号 与晶闸管相似。,3. 功率晶体管（GTR） （300A，100V或100A，300V）,达林顿晶体管（200A，500V） 注：复合管，正向导通压降，功率损耗。,l 特点 可在高电压和强电流定额下

8、使用； 正向导通压降（0.3 0.8）V，功率损耗较晶闸管（1V）小； 基极电流消失或反偏时，晶体管立即截止（不存在关断问题）； 允许的电流变化率低； 处于导通状态，基极电路功率损耗大； 体积更小，价格更低（比晶闸管）。,4. 大功率二极管（整流二极管） l特点 可在高温下工作；（室温） 加正向导通压降（0.8 1）V； 反向电压就截止，加正向电压就导通； 额定值可达200A和400V，或更高。 注：它相当于一只开关。,9.2 可控整流电路,半波可控整流电路,半控桥式整流电路,可 控,1）以晶闸管代替半波整流电路中的二极管,半波可控整流电路,2）晶闸管与RL串联，电路电流为io，控制极施加 周

9、期性正向脉冲电压uG,当t=0时， 电压为0，uG为0，晶闸管电流io=0,当t=0 t1时(不含t1点)， 电压为正，但uG为0,晶闸管正向阻断， 电流io=0,当t=t1时(含t1点)， 电压为正，控制极电压在t1点出现, 晶闸管导通条件具备，正向导通， 产生电流io 晶闸管一旦导通，控制极失去作用， uG消失，晶闸管仍然有导通电流io存在,当t= 2时， 电源电压反向，不论uG是否存在,晶闸管 反向阻断，io=0,晶闸管在正向电压下的阻断范围称为控制角,晶闸管在正向电压下的导通范围称为导通角,+ =180,负载电压uo的平均值与交流电压 的有效值的关系为：,UO=1/2 2Usintd(

10、t)=0.45U(1+cos)/2,当=0时，=180, UO=0.45U, 晶闸管全导通,当= 180时，=0, UO=0, 晶闸管全阻断,负载电流的平均值为：IO=UO/RL= 0.45U(1+cos)/2RL,半控桥式全波整流电路,电路与二极管桥式全波整流电路相似,在u正半周，当有uG出现： u+T1RLD2u,在u负半周，当有uG出现： u T2RLD1u+,负载上有相同 方向电流通过,在u正半周，当无uG出现： T1截至，uo,io为零,无论正负半周，RL上均有电流通过， 负载电压平均值为半波时的一倍,UO=0.9U(1+cos)/2,负载电流平均值为半波时的一倍,IO=UO/RL=

11、 0.9U(1+cos)/2RL,9.3 单结晶体管触发电路,单结晶体管,符号,单结晶体管有三个极，外型类似普通小功率三极管,N型硅片的一侧引出两个极,B1称第一基极,B2称第二基极；,结构,双基极二极管,等效电路,硅片另一侧靠近B2处有一个PN结，从此处引出电极E 称发射极。,因有两个基极，单结晶体管又称,特性分析,单结晶体管两个基极之间呈电阻性，称 基极电阻RBB，其值为几千欧。,第一基极与发射极之间的电阻为RB1，随电流IE的增大而 减小，当IE为0，RB1为几千欧，当IE为20mA左右， 其为几十欧。,第二基极与发射极之间的电阻为RB2，数值恒定。,发射结具有单向导电性，以二极管D表示

12、,等效电路,伏安特性曲线,在两个基极之间加正向电压UBB,当发射极电压为0：,UA=RB1UBB/(RB1+RB2)= UBB,称分压系数(分压比)，一般为0.30.9，是单结晶体管 的重要参数,提高发射极电压UE：,当UEUA,PN结反偏,IE几乎为0,RB1呈高阻，单结晶体管截止。,当UE升高到一定值，PN结导通，发射极电流IE增大， 电压UE的最大值称为峰点电压UP，与之对应的电流 称峰点电流IP,UP=UA+UD= UBB+UD,UD为二极管正向压降，约0.6V,PN结导通后，RB1迅速减小，E与B1之间的电压UE下 降，这段曲线的动态电阻UE/IE为负值，称为负阻区,电压UE的最低点

13、称谷点电压UV，,当UEUV，单结晶体管关断。 IE再增大，UE仅略有增大，单结晶体管进入饱和区。,可见,当UE=UP时，单结晶体管导通， 呈低阻态,当UEUV时，单结晶体管关断， 呈高阻态,单结晶体管振荡电路,注意,R1，R2为外接电阻 C为外接电容,单结管E,B1间电阻突然减小，电容上的电荷通 过R1放电，放电速度取决于RC1，因为R1R，放电迅 速，放电电流在R1上形成尖脉冲。,工作原理,接通电源,电容充电,电压uc上升,上升速度取决于RC的值,当uCuP,单结晶体管截止,2) 当uC=uP,3) 当uC降到谷点电压uV,单结管关断。此后重复上述过程。 在R1上形成一系列尖脉冲。,这种周

14、而复始的自动充放电过程称为,振荡,通过电路振荡在电容器上形成锯齿波，在R1上形成尖脉冲,尖脉冲出现的时间可通过改变 R 的值来调节,R大，电容充电慢， 到达uP的时间长，脉冲出现时间晚 R小，电容充电快， 到达uP的时间短，脉冲出现时间早,移 相,单结晶体管振荡电路可用于半控整流电路中,构成触发电路。,主电路：单相桥式半控整流电路,触发电路：由单结晶体管振荡器组成,为将触发电路产生的尖 脉冲按一定周期准时送 至主电路，使晶闸管按 周期导通，必须使晶闸 管阳极电压起始时刻与 电容器充电起始时刻保 持一致。,变压器Tr：,同步,即:触发电路过零时刻与主电路过零时刻保持一致,称“同步”,同步作用由变压器完成,u1对主电路供电,u2对触发电路供电, u1和u2同相，保证同步。Tr又称“同步变压器”,实际上主电路与触发电路只要接在同一电网上可保持同相,稳压管DZ：,削 波,把电压u0的顶部削掉，使u0成为梯形波uZ.,优 点,当电网电压波动时，单 结晶体管输出脉冲的幅度 以及每半周产生第一个脉 冲的时间不受影响。,削波后还可增大移相范围和降低单结晶体管所承受的峰值 电压。,电网波动uC波动 IE波动 RB1变化 UP波动 影响脉冲幅度及产生时间,削 波,电