第17章-可控硅及其应用课件.ppt
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- 17 可控硅 及其 应用 课件
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1、别名:别名:可控硅(可控硅(SCR) 是一种大功率半导体器件,出是一种大功率半导体器件,出现于现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。域扩展到强电领域。 特点:特点:体积小、重量轻、无噪声、寿命长、体积小、重量轻、无噪声、寿命长、 容量大(正容量大(正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏)。向平均电流达千安、正向耐压达数千伏)。应用领域:应用领域: 整流(交流整流(交流 直流)直流) 逆变(直流逆变(直流 交流)交流) 变频(交流变频(交流 交流)交流) 斩波(直流斩波(直流 直流)直流)此外还可作无触点开关等。此外还可作无触点开关等。晶闸管
2、晶闸管符号符号AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK2. 工作原理工作原理阳极阳极阴极阴极控制极控制极APPNNNPGKigigigKAGT1T2等效为由二个三极等效为由二个三极管组成管组成UGKUAKT1、T2都导通后,即使去掉都导通后,即使去掉UGK, T1、T2仍然导通仍然导通RL(1)阳极阳极A加反向电压,加反向电压,或不加或不加触发信号(即触发信号(即UGK= 0 )。)。可控硅导通的条件:可控硅导通的条件:(1)阳极)阳极A加正电压加正电压 (2)控制极)控制极G加正的触发电压加正的触发电压可控硅截止的条件:可控硅截止的条件:(2)可控硅正向导通后,若令其关可控硅正向导通后
3、,若令其关断,必须减小断,必须减小UAK(或使(或使UAK反反向),使可控硅中电流小于某向),使可控硅中电流小于某一最小电流一最小电流IH ( IH称为维持电称为维持电流)流)AigigigKGT1T2UAKRLUGKAKG(1)晶闸管具有单向导电性。)晶闸管具有单向导电性。若使其关断,必须降低若使其关断,必须降低 UAK 或加或加大回路电阻,把阳极电流减小到大回路电阻,把阳极电流减小到维持电流以下。维持电流以下。正向导通条件:正向导通条件:A、K间加正向电间加正向电压,压,G、K间加正的触发信号。间加正的触发信号。晶闸管的工作原理小结晶闸管的工作原理小结(2)晶闸管一旦导通,控制极便失去作用
4、。)晶闸管一旦导通,控制极便失去作用。17.2 特性与参数特性与参数1. 特性特性UIIHIFIG=0时时有有IG时时正向正向反向反向U - 阳极、阴极间的电压阳极、阴极间的电压 I - 阳极电流阳极电流UDSM正向转折电压正向转折电压截止截止导通导通导通后管压降约导通后管压降约1V额定正向额定正向平均电流平均电流维持电流维持电流URSM反向击穿电压反向击穿电压正向特性:正向特性: 控制极开路时,随控制极开路时,随UAK的加大,阳极的加大,阳极电流逐渐增加。当电流逐渐增加。当U = UDSM(正向转折电压)正向转折电压)时,晶闸管自动导通。正常工作时,时,晶闸管自动导通。正常工作时, UAK应
5、应小于小于 UDSM 。反向特性:反向特性:随反向电压的增加,反向漏电流稍随反向电压的增加,反向漏电流稍有增加,当有增加,当 U = URSM (反向击穿反向击穿电压)电压)时,时,反向击穿。正常工作时,反向电压必须小于反向击穿。正常工作时,反向电压必须小于URSM。(1) UDRM:正向阻断电压:正向阻断电压晶闸管耐压值。一般取晶闸管耐压值。一般取 UDRM = 80% UDSM (正向(正向转折电压)。转折电压)。普通晶闸管普通晶闸管UDRM 为为 100V-3000V2. 主要参数主要参数UIIHIF额定额定正向正向平均平均电流电流UDSM正向转折正向转折电压电压URSM反向击穿电压反向
6、击穿电压UDRM控制极断路时,可以重复作用在晶闸管上的反控制极断路时,可以重复作用在晶闸管上的反向重复电压。一般取向重复电压。一般取URRM = 80% URSM(反向击(反向击穿电压)。普通晶闸管穿电压)。普通晶闸管URRM为为100V-3000V)(2) URRM:反向峰值电压:反向峰值电压UIIHIF额定额定正向正向平均平均电流电流UDSM正向转折正向转折电压电压URSM反向击穿电压反向击穿电压UDRMURRM (3) IF:额定正向平均电流:额定正向平均电流:通用系列为:通用系列为:1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A 等等1
7、4种规格。种规格。UIIHIF额定额定正向正向平均平均电流电流UDSM正向转折正向转折电压电压URSM反向击穿电压反向击穿电压UDRMURRM晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 1) 电压定额 (1) 正向转折电压UBO。 (2) 正向阻断重复峰值电压UVM。 (3) 反向重复峰值电压URM 。 (4) 通态平均电压UF。 (5) 额定电压UD。 1) 额定正向平均电流IF 2) 维持电流IH 4 控制极定额控制极定额 1) 控制极触发电压UG和触发电流IG 2) 控制极反向电压UGR 晶闸管的型号晶闸管的型号 国产晶闸管的型号有两种表示方法, 即KP系列和3CT系列。 额定通态平均电流的系列为
8、1、 5、 10、 20、 30、 50、 100、 200、 300、 400、 500、 600、 900、 1000(A)等14种规格。 额定电压在1000 V以下的, 每100 V为一级; 1000 V到3000 V的每200 V为一级, 用百位数或千位及百位数组合表示级数。 KP系列表示参数。 其通态平均电压分为9级, 用AI各字母表示0.41.2 V的范围, 每隔0.1 V为一级。 额定电压UD级别额定通态平均电流IFP普通反向阻断型K闸流特性通态平均电压 UF组别(小于100 A不标) 例如, 型号为KP200-10D, 表示IF=200A、 UD=1000V、 UF=0.7V的
9、普通型晶闸管。 3CT系列表示参数的方式如图11.7所示。特性参数分类BT35B耗散功率500 mW三个电极特种管半导体CT系列参数表示方式 普通晶闸管质量粗测普通晶闸管质量粗测 1 测量可控硅内部的测量可控硅内部的PN结结 可控硅的内部有三个PN结, 这三个PN结的好坏直接影响可控硅的质量。 所以使用可控硅之前, 应该先对这三个PN结进行测量。 测量方法如图 所示。 可控硅的测量 2 测量可控硅的关断状态测量可控硅的关断状态 可控硅在反向连接时是不导通的, 如果可控硅正向连接, 但是没有控制电压, 它也是不导通的。 在这两种情况下, 可控硅中间没有电流流过, 属于关断状态。 把万用表置在R1
10、 k(或R10 k)挡, 黑表棒接可控硅的阳极a, 红表棒接阴极k, 可控硅属于正向连接, 表上显示的电阻应很大, 把两根表棒对换后, 再分别接可控硅的阳极和阴极, 使可控硅处于反向连接状态, 表上显示的电阻仍然应该很大, 如图所示。 3 测量可控硅的触发能力测量可控硅的触发能力 检查小功率晶闸管触发电路如图 所示。 万用表置于R1(或R10)挡。 测量分两步进行: 第一步, 先断开开关S, 此时晶闸管尚未导通, 测出的电阻值应是无穷大。 然后合上开关, 将控制极与阳极接通, 使控制极电位升高, 这相当于加上正触发信号, 因此晶闸管导通, 此时, 其电阻值为几欧至几十欧。 第二步, 再把开关断
11、开, 若阻值不变, 证明晶闸管质量良好。 R1+RoEKP1KP5kgSa红黑检查小功率晶闸管的触发能力 图中的开关可用一根导线代替, 导线的一端固定在阳极上, 另一端搭在控制极上时相当于开关闭合。 本方法仅适用于检查KP1KP5等小功率晶闸管或小功率快速晶闸管。 对于大功率晶闸管, 因其通态压降较大, 加之R1挡提供的阳极电流低于维持电流IH, 所以晶闸管不能完全导通, 在开关断开时晶闸管会随时之关断。 此时, 可采用双表法, 把两只万用表的R1()挡串联起来使用, 得到3V电源电压。 具体检测步骤同小功率晶闸管。 17.3 可控整流电路可控整流电路1. 单相半波可控整流电路单相半波可控整流
12、电路(1) 电路及工作原理电路及工作原理u1u2uTuLAGKRLuG(2) 工作波形工作波形(设设u1为正弦波为正弦波)tu2tuGtuLtuT :控制角:控制角 :导通角:导通角u2 0 时,加上触时,加上触发电压发电压 uG ,晶闸,晶闸管导通管导通 。且。且 uL 的大小随的大小随 uG 加入加入的早晚而变化;的早晚而变化; u2 0 时,晶闸时,晶闸管不通,管不通,uL = 0 。故称可控整流。故称可控整流。 u1u2uTuLAGKRLuG(3) 输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值p=wptduULL21=pwwpttdU sin2212LLLRUI=2cos145. 02
13、=Uw w tuL 2p pp pUDRM= 22 U承受的最高反向电压承受的最高反向电压:tuT电感性负载(如直流电动机的激磁线圈)电感性负载(如直流电动机的激磁线圈)电路及工作原理电路及工作原理D由于电感反电动势的存在,晶闸管在一定时间内由于电感反电动势的存在,晶闸管在一定时间内仍维持导通,失去单向导电作用。仍维持导通,失去单向导电作用。解决办法:加续流二极管解决办法:加续流二极管D,加入加入D的目的就是消的目的就是消除反电动势的影响,使晶闸管在除反电动势的影响,使晶闸管在u2过零过零时关断时关断GAuLu1u2uTRKL+ u2正半周时晶闸管导通,正半周时晶闸管导通,u2过零后,电感产生
14、过零后,电感产生反电动势。反电动势。T2RLD1u2 (A)u2 (B) u2 0的导通路径:的导通路径:T1、T2 -晶闸管晶闸管D1、D2 -晶体管晶体管T1T2D1D2RLuLu2AB+-uGT2 、D1导通,导通, T1 、D2截止截止 (3) 输出电压及电流的平均值输出电压及电流的平均值=pwp)(1LtduUL=pwwp)(sin212ttdU2cos19.02=ULLLRUI=w w tuL 2p pp p例:桥式可控整流电路中,例:桥式可控整流电路中,U2=220V,RL=3 ,可控硅控制可控硅控制角角 =15180 ,求输出电压平,求输出电压平均值均值Uo的调节范围,以及可的
15、调节范围,以及可控硅(包括二极管)的电流平控硅(包括二极管)的电流平均值的最大值和承受的最大反均值的最大值和承受的最大反向电压。向电压。T1T2D1D2RLuLu2AB+-2cos19.02=UUL=191V, =15 =0V, =180 LLLRUI=191/3=64AUDRM=22U承受的最高反向电压承受的最高反向电压:=311V二、电感性负载桥式可控整流电路二、电感性负载桥式可控整流电路该电路加续流二极管后电路工作情况以及负载上的该电路加续流二极管后电路工作情况以及负载上的电流、电压和电阻性负载类似。电流、电压和电阻性负载类似。u2T1T2D1D2DuLRL两种常用可控整流电路的特点两种
16、常用可控整流电路的特点电路电路特点特点1. 该电路只用一只晶闸管,且其该电路只用一只晶闸管,且其上无反向电压。上无反向电压。2. 晶闸管和负载上的电流相同。晶闸管和负载上的电流相同。电路一:电路一:u2TD2D1D4uLRLD3T1T2D1D2u2uLRL电路电路特点特点1. 该电路接入电感性负载时,该电路接入电感性负载时,D1、D2 便便起续流二极管作用。起续流二极管作用。2. 由于由于T1的阳极和的阳极和T2的阴极相连,两管控的阴极相连,两管控制极必须加独立的触发信号。制极必须加独立的触发信号。电路二:电路二:17.4 触发电路触发电路1. 单结晶体管工作原理单结晶体管工作原理结构结构等效
17、电路等效电路E(发射极)(发射极)B2(第二基极)(第二基极)B1(第一基极)(第一基极)NPEB2B1RB2RB1管内基极管内基极 体电阻体电阻PN结结工作原理:工作原理:当当uE UP = UA+UF 时时PN结反偏,结反偏,iE很小;很小;当当 uE UP 时时PN结正向导通结正向导通, iE迅迅速增加。速增加。 - 分压比分压比 (0.35 0.75)UP - 峰点电压峰点电压UF - PN结正向结正向 导通压降导通压降 BBBBBBBAURRRUU=211B2ERB1RB2B1AUBBiEuE2. 单结晶体管的特性和参数单结晶体管的特性和参数iEuEUVUPIVUV、IV -谷点电压
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