可控硅工作原理及应用课件.ppt

1、 (10-1)电子技术第十章 晶闸管及其应用模拟电路部分 (10-2)第十章 晶闸管及其应用10.1 工作原理10.2 特性与参数10.3 可控整流电路10.4 触发电路10.5 单结管触发的可控整流电路10.6 晶闸管的其它应用10.7 晶闸管的保护及其它类型 (10-3)别名：可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是一种大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。特点：体积小、重量轻、无噪声、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。应用领域：整流（交流 直流）逆变（直流 交流）变频（交流 交流）斩波（

2、直流 直流）此外还可作无触点开关等。晶闸管（Thyristor）(10-4)10.1 工作原理10.1.1 结构A（阳极）P1P2N1三 个 PN结N2四 层 半 导 体K（阴极）G（控制极）(10-5)符号AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK10.1.2 工作原理示意图 (10-6)APPNNNPGKigigigKAGT1T2等效为由二个三极管组成 (10-7)1.UAK 0、UGK0时T1导通ig=ib1ic1=ig=ib2ic2 =ib2=ig=ib1T2 导通形成正反馈晶闸管迅速导通T1 进一步导通igigigKAGT1T22.晶闸管导通后，去掉UGK依靠正反馈，晶闸管仍维持

3、导通状态。(10-8)(1)晶闸管开始工作时，UAK加反向电压，或不加触发信号（即UGK=0）。3.晶闸管截止的条件：(2)晶闸管正向导通后，令其截止的方法：igigigKAGT1T2 减小UAK，使晶闸管中电流小于某一值IH。加大回路电阻，使晶闸管中电流小于某一值IH时，正反馈效应不能维持。IH：最小维持电流 (10-9)（1）晶闸管具有单向导电性。若使其关断，必须降低 UAK 或加大回路电阻，把阳极电流减小到维持电流以下。正向导通条件：A、K间加正向电压，G、K间加触发信号。晶闸管的工作原理小结（2）晶闸管一旦导通，控制极失去作用。(10-10)10.2 特性与参数10.2.1 特性UIU

4、RRMIHUDRMIFIG1=0AIG2IG3IG3IG2IG1正向反向U-阳极、阴极间的电压 I-阳极电流URSM反向击穿电压导通后管压降约1V额定正向平均电流维持电流UDSM正向转折电压 (10-11)正向特性：在阳极和阴极间加正向电压。UDSM：断态不重复峰值电压，又称正向转折电压。随UAK的加大，阳极电流逐渐增加。当U =UDSM时，PN结N1P2反向极击穿，晶闸管自动导通。正常工作时，UAK应小于 UDSM。AP1P2N1N2KG若在G和K间加正向电压：UGK越大，则UDSM越小。控制极开路时：PN结P1N1、P2N2正向偏置，N1P2反向偏置，晶闸管截止。UGK足够大时，正向特性与

5、二极管的正向特性类似。(10-12)随反向电压的增加，反向漏电流稍有增加，当 U=URSM 时，反向极击穿。正常工作时，反向电压必须小于URSM。AP1P2N1N2KG反向特性：在阳极和阴极间加反向电压。这时PN结P1N1、P2N2反向偏置，N1P2正向偏置，晶闸管截止。URSM：反向不重复峰值电压。(10-13)1.UDRM：断态重复峰值电压晶闸管耐压值。一般取 UDRM=80%UDSM。普通晶闸管UDRM 为 100V-3000V10.2.2 主要参数UIIHIF额定正向平均电流UDSM正向转折电压URSM反向击穿电压UDRM (10-14)控制极断路时，可以重复作用在晶闸管上的反向重复电

6、压。一般取URRM=80%URSM。普通晶闸管URRM为100V-3000V）2.URRM：反向重复峰值电压UIIHIF额定正向平均电流UDSM正向转折电压URSM反向击穿电压UDRMURRM (10-15)ITAV含义it2ITAVmmTAVIttdII0)(sin21 3.ITAV：通态平均电流环境温度为40。C时,在 电阻性负载、单相工频 正弦半波、导电角不小于170o的电路中，晶闸管允许的最大通态平均电流。普通晶闸管 ITAV 为1A-1000A。）(10-16)额定通态平均电流即正向平均电流。通用系列为：1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、8

7、00、1000A 等14种规格。UIIHIF额定正向平均电流UDSM正向转折电压URSM反向击穿电压UDRMURRM (10-17)4.UTAV：通态平均电压6.UG、IG：控制极触发电压和电流管压降。在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、阴两极间的电压平均值。一般为1V左右。5.IH：最小维持电流在室温下，控制极开路、晶闸管被触发导通后，维持导通状态所必须的最小电流。一般为几十到一百多毫安。在室温下，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 15V，IG 为几十到几百毫安。(10-18)晶闸管型号通态平均电压（UTAV）额定电压级别（

8、UDRM）额定通态平均电流（ITAV）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K (10-19)晶闸管电压、电流级别：额定通态电流（ITAV）通用系列为1、5、10、20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A 等14种规格。额定电压（UDRM）通用系列为：1000V以下的每100V为一级，1000V到3000V的每200V 为一级。通态平均电压（UTAV）等级一般用 A I字母表示：由 0.4 1.2V每 0.1V 为一级。(10-20)10.3 可控整流电路10.3.1 单相半波可控整流电路一、电阻性负载1.电路及工作原理u1u2uT

9、uLAGKRLuG (10-21)2.工作波形(设u1为正弦波)tu2tuGtuLtuT ：控制角 ：导通角u2 0 时，加上触发电压 uG，晶闸管导通。且 uL 的大小随 uG 加入的早晚而变化；u2 R 时，ILAV 在整个周期中可近似看做直流。(2)晶闸管的中电流0221tdIILAVTLAVI360平均值:有效值:LAVTAVII360 (10-35)4.晶闸管的选择晶闸管电压 （1.5 2）U2M晶闸管电流 （1.5）57.1TI (10-36)10.3.2 单相全波可控整流电路一、电阻性负载桥式可控整流电路1.电路及工作原理T1、T2-晶闸管D1、D2-晶体管T1T2D1D2RLu

10、Lu2AB+-uG (10-37)2.工作波形tu2tuGtuLt uT1T1T2D1D2RLuLu2AB+-(10-38)3.输出电压及电流的平均值)(12tduULAV)(sin212ttdULLAVLAVRUI2cos19.02U (10-39)例：桥式可控整流电路中，U2=220V，RL=3,可控硅控制角=15180，求输出电压平均值UL的调节范围，以及可控硅（包括二极管）的电流平均值的最大值和承受的最大反向电压。T1T2D1D2RLuLu2AB+-=191V，=15=0V，=180=191/3=64A承受的最高反向电压:2cos19.02UULAVLLAVLAVRUIV31122UU

11、DRM (10-40)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电流、电压和电阻性负载类似，请自行分析。u2T1T2D1D2DuLRL (10-41)两种常用可控整流电路的特点电路特点1.该电路只用一只晶闸管，且其上无反向电压。2.晶闸管和负载上的电流相同。电路一：u2TD2D1D4uLRLD3 (10-42)T1T2D1D2u2uLRL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.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。电路二：(10-43)思考T1T2D1D2RuLu2E+带反电动势负载的可控整流电路1.该电

12、路的工作过程。2.画出uL、iL的工作波形。(10-44)10.4 触发电路10.4.1 单结晶体管工作原理结构等效电路E（发射极）B2（第二基极）B1（第一基极）NPEB2B1RB2RB1管内基极 体电阻PN结 (10-45)工作原理：当uE UA+UF=UP 时PN结反偏，iE很小；当 uE UP 时PN结正向导通,iE迅速增加。B2ERB1RB2B1AUBBiE-分压比 (0.35 0.75)UP-峰点电压UF-PN结正向 导通压降BBBBBBBAURRRUU211 (10-46)10.4.2 单结晶体管的特性和参数IEuEUVUPIVUV、IV-谷点电压、电流（维持单结管导通的最小 电

13、压、电流。）负阻区UP-峰点电压（单结管由截止变导通 所需发射极电压。）uEUP 时单结管导通 (10-47)IEuEUVUPIV负阻区UEUP 后，大量空穴注入基区，管内基极体电阻RB1 0，致使IE增加、UE反而下降，出现负阻。负阻区存在的原因：EB2B1RB2RB1 (10-48)单结管符号EB2B1单结管重要特点1.UEUP 时单结管导通。(10-49)10.4.3 单结晶体管振荡电路一、振荡过程分析RR2R1CUuCuOEB1B2电路组成振荡波形uCttuoUVUP (10-50)21BBRRU22111RRRRUIBBR1.uE=uC UP 时，单结管不导通，uo 0。IR1R1、

14、R2是外加的，不同于内部的RB1、RB2。前者一般取几十欧几百欧；RB1+RB2一般为215千欧。此时R1上的电流很小，其值为：RR2R1CEuCuOEB1B2 (10-51)2.随电容的 充电，uC逐渐升高。当 uC UP 时，单结管导通，RB1 0。然后电容通过R1放电，当放电至 uc UV 时，单结管重新关断，使 uo0。R1上便得到一个脉冲电压。R2起温度补偿作用UPUVUP-UFUP、UV-峰点、谷点电压UF-PN结正向导通压降ER2R1RCEuCuouCtuot (10-52)uCttuoUVUP振荡波形：RR2R1CEuCuOEB1B2 (10-53)uCttuoUVUPVCUu

15、)0(*二、振荡周期与脉冲宽度的计算TtwT振荡周期；tw 脉冲宽度。设T1=T-twuC上升阶段：RCtVVCeUEUu)(PVUEUERCTln1t=T1时，uC=UPEuC)(RC (10-54)PVUEUERCTln111lnln1RCUEUERCTPV因为UV UT2时，控制极相对于T2加正脉冲，晶闸管正向导通，电流从T1流向T2。UT2UT1时，控制极相对于T2加 负脉冲，晶闸管反向导通，电流从T2流向T1。双向晶闸管内部工作原理的详细分析，请参阅有关资料。T1T2G (10-87)二、可关断晶闸管GTO-Gata Turn Off thyristor可关断晶闸管的触发导通与普通晶闸管相同。不同之处在于：普通晶闸管的关断不能控制，只能靠减小阳极电压或工作电流来实现。普通晶闸管属半控器件；而可关断晶闸管可在控制极上加负触发信号将其关断，因此它属全控器件。晶闸管的类型较多，不一一介绍。(10-88)第十章 结束电子技术模拟电路部分