1、下一页总目录 章目录返回上一页第第19 章章 晶闸管及其应用晶闸管及其应用19.1晶闸管19.2可控整流电路19.3晶闸管的保护19.4单结晶体管触发电路19.5应用举例下一页总目录 章目录返回上一页本章要求1.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性和主要参数。2.理解可控整流电路的工作原理、掌握电压平均值与控制角的关系。3.了解单结晶体管及其触发电路的工作原理。第第19 章章 晶闸管及其应用晶闸管及其应用下一页总目录 章目录返回上一页晶闸管（Silicon Controlled Rectifier）晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，
2、但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。优点：下一页总目录 章目录返回上一页G控制极19.1晶闸管19.1.1 基本结构K 阴极G阳极AP1P2N1N2四层半导体晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构及符号如图。(c)结构K GA(b)符号(a)外形晶闸管的外形、结构及符号三个PN结下一页总目录 章目录返回上一页P1P2N1N2KGA晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合+KAT2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK下一页总
3、目录 章目录返回上一页T1T219.1.2 工作原理AG2Bii?1BG22Ciii?在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。211CCii?2BG21ii?形成正反馈过程KGEA 0、EG 0EGEA+_RGi2BiG21iG2i下一页总目录 章目录返回上一页晶闸管导通后，去掉EG，依靠正反馈，仍可维持导通状态。19.2.2工作原理GEA 0、EG 0KEA+_RT1T2Gi2BiGi21Gi2EGAG2Bii?1BG22Ciii?211CCii?2BG21ii?形成正反馈过程下一页总目录 章目录返回上一页晶闸管导通的条件：1.晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。2.
4、晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。晶闸管导通后，控制极便失去作用。依靠正反馈，馈，晶闸管仍可维持导通状态。晶闸管关断的条件：1.必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。不能维持。2.将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压。下一页总目录 章目录返回上一页正向特性反向特性URRMUFRMIG2 IG1 IG0 UBRIFUBO正向转折电压IHoUIIG0IG1IG2+_+_反向转折电压正向平均电流维持电流?U19.1.3 伏安特性)(曲线UfI?下一页总目录 章目录返回上一页19.1.4 主要参数UFRM:正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）
5、晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般取UFRM=80%UB0。普通晶闸管UFRM为100V 3000V反向重复峰值电压控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元件上的反向峰值电压。一般取URRM=80%UBR普通晶闸管URRM为100V 3000VURRM：下一页总目录 章目录返回上一页)(sin21m0mFIttdII?正向平均电流环境温度为40?C及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。IF：IF?t?2?i如果正弦半波电流的最大值为Im,则普通晶闸管IF为1A 1000A。下一页总目录 章目录返回上一页UF:通态平均电
6、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、阴极间的电压平均值。一般为1V左右。IH:维持电流在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通状态所必须的最小电流。一般IH为几十 一百多毫安。UG、IG：控制极触发电压和电流室温下，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。下一页总目录 章目录返回上一页晶闸管型号及其含义导通时平均电压组别共九级,用字母AI表示0.41.2V额定电压,用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者额定正向平均电流(IF)（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
7、K P普通型如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。下一页总目录 章目录返回上一页19.2可控整流电路19.2.1 单相半波可控整流1.电阻性负载(1)电路u 0 时：若ug=0，晶闸管不导通，。uuu?To,0。0,To?uuuu 0 时:晶闸管承受反向电压不导通,uo=0,uT=u，故称可控整流。控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导通，?uuoRL+uT+Tio下一页总目录 章目录返回上一页(2)工作原理?t1?2?u 0时:晶闸管不导通。,0,0g1?ut?。uuu?To,0gu?tO下一页总目录 章目录返回上一页?tOuO接电阻负载时单相半波可控整流电路电压、电流
8、波形?动画控制角?t1?tuO?tguO?t22?tTuO导通角(3)工作波形下一页总目录 章目录返回上一页?tuUd21O?)d(sin221ttU?2cos145.0LLOO?RURUI2cos145.0?U(4)整流输出电压及电流的平均值整流输出电压及电流的平均值由公式可知：改变控制角?，可改变输出电压Uo。下一页总目录 章目录返回上一页2.电感性负载与续流二极管(1)电路当电压u过零后，由于电感反电动势的存在，晶闸管在一段时间内仍 维持导通，失去单向导电作用。?uuoR+uT+T?LeL在电感性负载中,当晶闸管刚触发导通时，电感元件上产生阻碍电流变化的感应电势(极性如图)，电流不能跃变
9、，将由零逐渐上升(见波形)。下一页总目录 章目录返回上一页?tguO?tTuO?tOuO?t1?tuO?t22?2)工作波形(未加续流二极管)下一页总目录 章目录返回上一页下一页总目录 章目录返回上一页(3)工作波形(加续流二极管)iL?tOu?tuO?tTuO?2?tguO下一页总目录 章目录返回上一页19.2.2 单相半控桥式整流电路1.电路2.工作原理T1和D2承受正向电压。T1控制极加触发电压,则T1和D2导通，电流的通路为T1、T2?晶闸管D1、D2?晶体管aRLD2T1b(1)电压u为正半周时io+T1T2RLuoD1D2a?u+b此时，T2和D1均承受反向电压而截止。下一页总目录
10、 章目录返回上一页io+T1T2RLuoD1D2a?u+bT2和D1承受正向电压。T2控制极加触发电压,则T2和D1导通，电流的通路为(2)电压u为负半周时bRLD1T2a此时，T1和D2均承受反向电压而截止。下一页总目录 章目录返回上一页?tOu?tuO?tT1uO3.工作波形2?动画?tguO下一页总目录 章目录返回上一页4.输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值?tuUd1O?)d(sin21ttUU?2cos19.0LO?RURUI2cos19.0?U下一页总目录 章目录返回上一页两种常用可控整流电路两种常用可控整流电路电路特点1.该电路只用一只晶闸管，且其上无反向电压。2.晶闸
11、管和负载上的电流相同。(1)uTD2D1D4u0RLD3+-+-下一页总目录 章目录返回上一页电路特点1.该电路接入电感性负载时，D1、D2便起续流二极管作用。(2)20.2.3 三相半波可控整流电路动画2.由于T1的阳极和T2的阴极相连，两管控制极必须加独立的触发信号。T1T2D1D2uuORL+-+-下一页总目录 章目录返回上一页19.2.4 三相桥式半控整流电路2.工作原理1.电路动画u2a2?u2bu2ct1t2ut?oTT1RLuoD3T2T3D2D1iocbau+下一页总目录 章目录返回上一页19.3晶闸管的保护晶闸管的保护晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是它的主要缺点。晶闸
12、管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度急剧上升，可能将 PN结烧坏，造成元件内部短路或开路。例如一只100A的晶闸管过电流为400A时，仅允许持续0.02秒，否则将因过热而损坏；晶闸管耐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。若正向电压超过转折电压时，则晶闸管误导通，导通后的电流较大，使器件受损。下一页总目录 章目录返回上一页19.3.1晶闸管的过流保护1.快速熔断器保护电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，它能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路，以保证晶闸管的安全。与晶闸管串联接在输入端接在输出端快速熔断器接入方式有三种，如下图所示。下一页总目录 章目
13、录返回上一页2.过流继电器保护3.过流截止保护在输出端(直流侧)或输入端(交流侧)接入过电流继电器，当电路发生过流故障时，继电器动作，使电路自动切断。在交流侧设置电流检测电路，利用过电流信号控制触发电路。当电路发生过流故障时，检测电路控制触发脉冲迅速后移或停止产生触发脉冲，从而使晶闸管导通角减小或立即关断。下一页总目录 章目录返回上一页2.硒堆保护19.3.2晶闸管的过压保护晶闸管的过压保护1.阻容保护CR利用电容吸收过压。其实质就是将造成过电压的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电阻中消耗掉。RCRC硒堆保护(硒整流片)CRRL晶闸管元件的阻容保护下一页总目录 章目录返回上一页19.4
14、单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路19.4.1 单结晶体管结构及工作原理1.结构B2第二基极B1N欧姆接触接触电阻P发射极E第一基极PN结N型硅片(a)示意图单结晶体管结构示意图及其表示符号(b)符号B2EB1下一页总目录 章目录返回上一页下一页总目录 章目录返回上一页3.单结晶体管的伏安特性UV、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。IpIVoIEUEUP峰点电压UV谷点电压V负阻区截止区饱和区负阻区：UEUP后，大量空穴注入基区，致使IE增加、UE反而下降，出现负阻。P下一页总目录 章目录返回上一页1.UE UP时单结管导通，UEUA2时，控制极相对于A2加正脉冲，晶闸管正向导通，电流从A1流向A2。UA2UA1时，控制极相对于A2加负脉冲，晶闸管反向导通，电流从A2流向A1。A1A2G下一页总目录 章目录返回上一页交流调压电路双向二极管：只要在其两端加上一定数值的正或负电压即可使其导通。?RCTu+_双向二极管
