《电子电路》课件:第1章-电力二极管和晶闸管.pps
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- 电子电路 课件 电力 二极管 晶闸管
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1、11第一章第一章 电力二极管和晶闸管电力二极管和晶闸管第一节 电力二极管第二节 晶闸管第三节 双向晶闸管及其他派生晶闸管本章小节作业习题解答12第一节第一节电力二极管电力二极管电力二极管:是指可以承受高电压、大电流具有较大耗散功率的二极管,它与其他电力电子器件相配合,作为整流、续流、电压隔离、钳位或保护元件,在各种变流电路中发挥着重要作用。13基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。从外形上看,主要有螺栓型和平板型两种封装。AKAKa)IKAPNJb)c)AK第一节电力二极管第一节电力二极管图图1-1 1-1 电力二极管的外形、结构和电气
2、图形符号电力二极管的外形、结构和电气图形符号 a) a) 外形外形 b) b) 结构结构 c) c) 电气图形符号电气图形符号14门槛电压门槛电压UTO,正向电流IF开始明显增加所对应的电压。与IF对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降正向电压降UF 。承受反向电压时,只有微小而数值恒定的反向漏电流。图1-2 电力二极管的伏安特性IOIFUTOUFU第一节电力二极管第一节电力二极管15F1 1、额定电流、额定电流I IF F 在规定的环境温度为在规定的环境温度为40400 0和标准散热条件下,元件和标准散热条件下,元件PNPN结温度稳定且结温度稳定且不超过不超过1401400 0C C时所
3、允许长时间连续流过时所允许长时间连续流过50H50HZ Z正弦半波的电流平均值。正弦半波的电流平均值。F2 2、反向重复峰值电压、反向重复峰值电压U URRMRRM 在额定结温条件下,取元件反向不重复峰值电压在额定结温条件下,取元件反向不重复峰值电压U URSMRSM的的80%80%称为反称为反向重复峰值电压。向重复峰值电压。F3 3、正向平均电压、正向平均电压U UF F 在规定的环境温度为在规定的环境温度为40400 0和标准散热条件下,元件和标准散热条件下,元件50H50HZ Z正弦半波额正弦半波额定正向平均电流时,元件阳极和阴极之间电压的平均值。一般为定正向平均电流时,元件阳极和阴极之
4、间电压的平均值。一般为0.450.451V1V。F4 4、最高工作结温、最高工作结温T TJMJM 指指PNPN结不致损坏的前提条件下所能承受的最高平均温度。结不致损坏的前提条件下所能承受的最高平均温度。 第一节电力二极管第一节电力二极管161 1、参数选择、参数选择 1 1)额定电流)额定电流I IF F的选择原则的选择原则 I IDMDM流过二极管的最大有效电流。流过二极管的最大有效电流。 2 2)额定电压)额定电压U URRMRRM的选择原则的选择原则 57. 1)25 . 1 (DMFIIDMRRMUU)32( 第一节电力二极管第一节电力二极管2 2、使用注意事项、使用注意事项 1 1
5、)必须保证规定的冷却条件。)必须保证规定的冷却条件。 2 2)平板元件的散热器一般不应自行拆装。)平板元件的散热器一般不应自行拆装。 3 3)严禁用兆欧表检查元件的绝缘情况。)严禁用兆欧表检查元件的绝缘情况。 171 1、普通二极管、普通二极管(General Purpose Diode) 反向恢复时间长。工作频率在反向恢复时间长。工作频率在1KH1KHZ Z以下。以下。2 2、快恢复二极管、快恢复二极管(Fast Recovery DiodeFRD) 反向恢复时间短,在反向恢复时间短,在100ns100ns以下。以下。3 3、肖特基二极管、肖特基二极管( (Schottky Barrier
6、Diode SBD) 以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管叫肖特以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管叫肖特基二极管。反向恢复时间极短(基二极管。反向恢复时间极短(10-40ns10-40ns)。)。 第一节电力二极管第一节电力二极管18第二节第二节 晶晶 闸闸 管管 晶闸管(Thyristor)就是硅晶体闸流管,普通晶闸管也称为可控硅SCR,普通晶闸管是一种具有开关作用的大功率半导体器件。从1957年美国研制出第一只普通晶闸管以来,至今已形成了从低压小电流到高压大电流的系列产品 ;晶闸管作为大功率的半导体器件,只需用几十至几百毫安的电流,就可以控制几百至几千安培的大电流,实现了弱电
7、对强电的控制 ; 晶闸管具有体积小、重量轻、损耗小、控制特性好等优点,曾经在许多领域中得到了广泛的应用。 19晶闸管具有四层PNPN结构,引出阳极A、阴极K和门极G三个电极。晶闸管的常见封装外形有塑封型、螺栓型、平板型三种。螺栓型封装的晶闸管,通常螺栓是其阳极,与散热器紧密联接,安装方便;平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。图图1-3 1-3 晶闸管的外形、结构和电气图形符号晶闸管的外形、结构和电气图形符号a) a) 外形外形 b) b) 结构结构 c) c) 电气图形符号电气图形符号AAGGKKb)c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3G G一、晶闸管的结构一、晶闸管的结
8、构a)b) c)110常用晶闸管的结构螺栓型晶闸管晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构一、晶闸管的结构一、晶闸管的结构动画111晶闸管的管耗和散热:晶闸管的管耗和散热: 管耗流过器件的电流器件两端的电压 管耗将产生热量,使管芯温度升高。如果超过允许值,将损坏器件,所以必须进行散热和冷却。 冷却方式:自然冷却(散热片)、风冷(风扇)、水冷112二、晶闸管的导通和关断条件二、晶闸管的导通和关断条件简单描述晶闸管SCR相当于一个半可控的、可开不可关的单向开关。动画113二、晶闸管的导通和关断条件二、晶闸管的导通和关断条件动画114二、晶闸管的导通和关断条件二、晶闸管的导通和关断条件UAK0 同时同时 U
9、GK0晶闸管关断举例:晶闸管关断举例:普通晶闸管直流开关电路普通晶闸管直流开关电路115AGKP1N1P2N2J1J2J3三、晶闸管的工作原理分析三、晶闸管的工作原理分析动画116p2 2)阳极加上正向电压,只要控制极有电流输入)阳极加上正向电压,只要控制极有电流输入, ,则则PNPN结结J J2 2失去阻挡作用。晶闸管内部形成强烈的正反馈,瞬时使两失去阻挡作用。晶闸管内部形成强烈的正反馈,瞬时使两晶体管饱和导通即晶闸管导通。晶体管饱和导通即晶闸管导通。I IG G IIb2 b2 IIc2 c2 (=(=2 2I IK K)I)Ib1 b1 I Ic1 c1 (=(=1 1I IA A)I)
10、IA A 晶闸管导通后,即使晶闸管导通后,即使I IG G=0=0,因,因I IC1C1流入门极起到触发电流的作用,流入门极起到触发电流的作用,晶闸管将持续导通。晶闸管将持续导通。 阳极电流小于维持电流,正阳极电流小于维持电流,正反馈不能进行,反馈不能进行,NPNNPN管截止,晶闸管截止,晶闸管也就截止。管也就截止。RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)图图1-5 1-5 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a) a) 双晶体管模型双晶体管模型 b) b) 工作原理工作原理三、晶闸管的工作原理分析三、晶闸
11、管的工作原理分析动画1171)正向特性)正向特性IG=0时,器件两端施加正向电压,只有很小的正向漏电流,为正向阻断状态。正向电压超过正向转折电压UBO,则漏电流急剧增大,器件开通。阳极电压太大时,会使晶闸管“硬导通”,多次硬导通会损坏管子。随着门极电流幅值的增大,正向转折电压降低。晶闸管导通后的特性和二极管的正向特性相似。晶闸管本身的压降很小,在1V左右。晶闸管导通后,如果阳极电流降至维持电流IH以下,则晶闸管又回到正向阻断状态,晶闸管关断。正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IA+IAIHIG1UBOUDRMURSM图1-5 晶闸管的伏安特性IG2IG1IG四、晶闸管的阳极伏安特性四、晶闸管的阳
12、极伏安特性VUmAIVUmAIVUIBOGBOGBOG5,15200,5800, 0URRMIG2IG=0UDSM正正向向特特性性1182)反向特性)反向特性晶闸管上施加反向电压时,伏安特性类似二极管的反向特性。晶闸管处于反向阻断状态时,只有极小的反相漏电流流过。当反向电压超过一定限度,到反向击穿电压后,外电路如无限制措施,则反向漏电流急剧增加,导致晶闸管发热损坏。四、晶闸管的阳极伏安特性四、晶闸管的阳极伏安特性正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IA+IAIHIG1UBOUDRMURSM图1-5 晶闸管的伏安特性IG2IG1IGURRMIG2IG=0UDSM反反向向特特性性1191. 额定电压(
13、额定电压(UTn)1)正向断态重复峰值电压UDRM在门极断路而结温为额定值时,允许重复加在器件上的正向峰值电压。2)反向阻断重复峰值电压URRM在门极断路而结温为额定值时,允许重复加在器件上的反向峰值电压。3)通态(峰值)电压UTM晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。五、晶闸管的主要参数五、晶闸管的主要参数正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IA+IAIHIG1UBOUDRMURSM图1-5 晶闸管的伏安特性IG2IG1IGURRMIG2IG=0UDSM120通常取晶闸管的通常取晶闸管的U UDRMDRM和和U URRMRRM中较小的标值作为该器中较小的标值作为该器件的额定电
14、压。选用时,额定电压要留有一定裕量件的额定电压。选用时,额定电压要留有一定裕量, ,一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压压2 23 3倍,即倍,即U UTnTn()()U UTMTM ( (在交流市电中在交流市电中U UTMTM311V)311V)一般来说,一般来说,SCRSCR的额定电压等级规范标准为:的额定电压等级规范标准为:100V100V1000V1000V,每,每100V100V一个等级;一个等级;1000V1000V3000V3000V,每,每200V200V一个等级。一个等级。五、晶闸管的主要参数五、晶闸管的主要参数121举例
15、:举例: 晶闸管用于相电压为220V 的单相电路中时,器件的电压等级选择如下: 933V6222322VUUnT)(考虑到既能满足耐压要求,又较经济取系列值:考虑到既能满足耐压要求,又较经济取系列值:VUnT700五、晶闸管的主要参数五、晶闸管的主要参数VUnT800或1222. 2. 额定电流(通态平均电流)额定电流(通态平均电流)I IT(AV)T(AV)定义:在环境温度为+140度和规定的散热条件下,晶闸管在电阻性负载时的单相、工频(50Hz)、正弦半波(导通角不小于170度)的电路中,结温稳定在额定值125度时所允许的通态平均电流。注意:由于晶闸管较多用于可控整流电路,而整流电路往往按
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