电力电子技术-项目一单相半波整流调光灯电路

任务一 晶闸管及其导通关断条件测试
2．国外晶闸管的命名及型号含义 “SCR”（Semiconductor Controlled Rectifier）是晶 闸管（单向可控硅）的统称。在这个命名前提下，各 个生产商有其自己产品命名方式。 最早的MOTOROLA（摩托罗拉）半导体公司取第一 个字M代表其摩托罗拉， CR代表单向，因而组合成单 向晶闸管MCR的第一代命名，代表型号有MCR100-6、 MCR100-8、MCR22-6、MCR16M、MCR25M等。
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（2）反向重复峰值电压URRM。相似于UDRM，一般规定，当门极 断开，晶闸管处在额定结温时，允许重复加在管子上的反向峰值 电压为反向重复峰值电压，用URRM表示。它是由伏安特性中的反 向击穿电压URO减去一定裕量，成为晶闸管的反向不重复峰值电压 URSM，然后再乘以90%而得到的。至于反向不重复峰值电压URSM 与反向转折电压URO的差值，则由生产厂家自定。一般晶闸管若承 受反向电压，它一定是阻断的。因此参数中“阻断”两字可省去。
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2．晶闸管的电流定额 （1）额定电流IT(AV)。由于整流设备的输出端所接负载常用 平均电流来表示，晶闸管额定电流的标定与其他电器设备 不同，采用的是平均电流，而不是有效值，又称为通态平 均电流。所谓通态平均电流是指在环境温度为40℃和规定 的冷却条件下，晶闸管在导通角不小于170°的电阻性负载 电路中，当不超过额定结温且稳定时，所允许通过的工频 正弦半波电流的平均值。将该电流按晶闸管标准电流系列 取值，称为晶闸管的额定电流。
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3．门极参数 （1）门极触发电流IGT。室温下，在晶闸管的阳极、阴极 加上6V的正向阳极电压，管子由断态转为通态所必需的 最小门极电流，称为门极触发电流IGT。 （2）门极触发电压UGT。产生门极触发电流IGT所必需的 最小门极电压，称为门极触发电压UGT。
为了保证晶闸管的可靠导通，常常采用实际的触发 电流比规定的触发电流大。
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（3）额定电压UTN。将UDRM和URRM中的较小值按百位取整后作为该晶 闸管的额定值。例如，一晶闸管实测UDRM＝812V，URRM＝756V，将 两者较小的756V取整得700V，该晶闸管的额定电压为700V。
在晶闸管的铭牌上，额定电压是以电压等级的形式给出的，通常 标准电压等级规定为：电压在1 000V以下，每100V为一级，1 000～ 3 000V，每200V为一级，用百位数或千位和百位数表示级数。
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（二）晶闸管的阳极伏安特性 晶闸管的阳极与阴极间电压和阳极电流之间的关系，称为阳极伏安特性。 其伏安特性曲线如图所示。
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（三）晶闸管主要参数 1．晶闸管的电压定额 （1）断态重复峰值电压UDRM。在晶闸管的阳极伏安特性图中，我们规 定，当门极断开，晶闸管处在额定结温时，允许重复加在管子上的正向 峰值电压为晶闸管的断态重复峰值电压，用UDRM表示。它是由伏安特性 中的正向转折电压UBO减去一定裕量，成为晶闸管的断态不重复峰值电 压UDSM，然后再乘以90%而得到的。至于断态不重复峰值电压UDSM与 正向转折电压UBO的差值，则由生产厂家自定。这里需要说明的是，晶 闸管正向工作时有两种工作状态：阻断状态（简称断态）、导通状态 （简称通态）。参数中提到的断态和通态一定是正向的，因此，“正向” 两字可以省去。
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（4）断态重复峰值电流IDRM和反向重复峰值电流IRRM。 IDRM和IRRM分别是对应于晶闸管承受断态重复峰值电压 UDRM和反向重复峰值电压URRM时的峰值电流。它们都应 不大于表1-1中所规定的数值。 （5）浪涌电流ITSM。ITSM是一种由于电路异常情况（如 故障）引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正 向过载电流。用峰值表示。浪涌电流有上下2个级，这些 不重复电流定额用来设计保护电路。
原因：晶闸管是4层3端半导体器件，在阳极和阴极之间有3个 PN结，无论加何电压，总有1个PN结处于反向阻断状态，因此 正反向阻值均很大。
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（2）门极和阴极间正反向电阻测量。 ① 将红表笔接晶闸管的阴极，黑表笔接晶闸管的门极观察 指针摆动情况，如图左图所示。 ② 将黑表笔接晶闸管的阴极，红表笔接晶闸管的门极观察 指针摆动情况，如图右图所示。
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4．动态参数 （1）断态电压临界上升率du/dt。du/dt是在额定结温和门极 开路的情况下，不导致从断态到通态转换的最大阳极电压上 升率。实际使用时的电压上升率必须低于此规定值。
限制元件正向电压上升率的原因是，在正向阻断状态下， 反偏的J2结相当于一个结电容，如果阳极电压突然增大，便 会有一充电电流流过J2结，相当于有触发电流。若du/dt过大， 即充电电流过大，就会造成晶闸管的误导通。所以在使用时， 采取保护措施，使它不超过规定值。
在使用过程中，环境温度的变化、散热条件以及出现的各种过电 压都会对晶闸管产生影响，因此在选择管子的时候，应当使晶闸管的额 定电压是实际工作时可能承受的最大电压的2～3倍，即
UTN≥(2～3)UTM
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（4）通态平均电压UT(AV)。在规定环境温度、标准散热条件下，元件通以 额定电流时，阳极和阴极间电压降的平均值，称通态平均电压（一般称管 压降），其数值按表分组。从减小损耗和元件发热来看，应选择UT(AV)较小 的管子。实际当晶闸管流过较大的恒定直流电流时，其通态平均电压比元 件出厂时定义的值要大，约为1.5V。
图1-2 晶闸管的外形及符号
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晶闸管的内部结构和等效电路如图所示。
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2．晶闸管管脚判别 普通晶闸管的外形如图1-2所示。螺栓式和平板式晶闸管从外观上判断，3 个电极形状各不相同，无需做任何测量就可以识别。小电流TO-220AB型 塑封式和贴片式晶闸管面对印字面、引脚朝下，则从左向右的排列顺序依 次为阴极K、阳极A和门极G。小电流TO-92型塑封式晶闸管面对印字面、 引脚朝下，则从左向右的排列顺序依次为阴极K、门极G和阳极A。小功率 螺栓式晶闸管的螺栓为阳极A，门极G比阴极K细。对于大功率螺栓式晶闸 管来说，螺栓是晶闸管的阳极A(它与散热器紧密连接)，门极和阴极则用金 属编制套引出，像一根辫子，粗辫子线是阴极K，细辫子线是门极G。平板 式晶闸管中间金属环是门极G，用一根导线引出，靠近门极的平面是阴极, 另一面则为阳极。
单相半波整流调光灯电路
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一、任务描述与目标 晶闸管（Thyristor）是一种开关元件，具有可控单向导电 性，即和一般的二极管一样单向导电，但与一般二极管不 同的是，导通时刻是可以控制的，被广泛应用于可控整流、 调光、调压、调速、无触点开关、逆变及变频等方面。 在实际晶闸管的使用过程中，我们除了能确定晶闸管的管 脚和对其好坏进行判断外，还要掌握其导通关断条件。本 次任务的目标如下。
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（四）晶闸管命名及型号含义 1．国产晶闸管的命名及型号含义 国产晶闸管（可控硅）的型号有部颁新标准（JB1144-75） KP系列和部颁旧标准（JB1144-71）3CT系列。 KP系列的型号及含义如下。
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3CT系列的型号及含义如下。 3表示3个电极、C表示N型硅材料、T表示可控硅元件， 3CT501表示额定电压为500V、额定电流为1A的普通 晶闸管； 3CT12表示额定电压为400V、额定电流为12A的普通 晶闸管。
其额定电流的确定一般按以下原则：管子在额定电流时的电流有效值大
于其所在电路中可能流过的最大电流的有效值，同时取1.5～2倍的余量，
即 所以
1.57IT(AV) IT ≥ (1.5 ~ 2)ITM
IT(AV)
≥ (1.5
~
2) ITM 1.57
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（2）维持电流IH。在室温下门极断开时，元件从较大的通态电流降到 刚好能保持导通的最小阳极电流称为维持电流IH。维持电流与元件容量、 结温等因素有关，额定电流大的管子维持电流也大，同一管子结温低时 维持电流增大，维持电流大的管子容易关断。同一型号的管子其维持电 流也各不相同。 （3）擎住电流IL。在晶闸管加上触发电压，当元件从阻断状态刚转为 导通状态就去除触发电压，此时要保持元件持续导通所需要的最小阳极 电流，称擎住电流IL。对同一个晶闸管来说，通常擎住电流比维持电流 大数倍。
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（2）通态电流临界上升率di/dt。di/dt是在规定条件下，晶闸 管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。
如果阳极电流上升太快，则晶闸管刚一开通时，会有很 大的电流集中在门极附近的小区域内，造成J2结局部过热而 使晶闸管损坏。因此，在实际使用时要采取保护措施，使其 被限制在允许值内。
（一）晶闸管结构及导通关断条件 1．晶闸管结构 晶闸管是一种大功率PNPN四层半导体元件，具有3个 PN结，引出3个极，阳极A、阴极K、门极（控制极）G， 其外形及符号如图1-2所示，各管脚名称（阳极A、阴极 K、门极G）标于图中。图1-2（g）所示为晶闸管的图 形符号及文字符号。
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3．普通晶闸管测试方法 （1）阳极和阴极间电阻正反向电阻测量。 ① 万用表挡位置于欧姆挡R×100，将红表笔接在晶闸管的阳 极，黑表笔接在晶闸管的阴极观察指针摆动情况，如图所示。
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② 将黑表笔接晶闸管的阳极，红表笔接晶闸管的阴极观 察指针摆动情况，如图所示。
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认识晶闸管的外形结构。 能根据外形，判断晶闸管的三个端子。 明白晶闸管型号的含义。 会判断器件的好坏并能说明原因。 通过晶闸管导通关断测试，掌握晶闸管工作原理。 会根据电路要求选择晶闸管，初步具备成本核算意识。 在小组实施项目过程中培养团队合作意识。
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但是决定晶闸管结温的是管子损耗的发热效应，表征热效应的电流是以
有效值表示的，其两者的关系为
ITN=1.57IT(AV) 如额定电流为100A的晶闸管，其允许通过的电流有效值为157A。 由于电路不同、负载不同、导通角不同，流过晶闸管的电流波形不一样，
从而它的电流平均值和有效值的关系也不一样，晶闸管在实际选择时，
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4．晶闸管导通关断条件 晶闸管在工作过程中，它的阳极（A）和阴极（K）与电源和负载连接， 组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的控制电 路（在电力电子技术中叫触发电路）连接，如图1-8所示。 晶闸管的导通条件是：阳极加正向电压、门极加适当正向电压。 关断条件是：流过晶闸管的电流小于维持电流。
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PHILIPS（飞利浦）公司则沿袭了BT字母来对晶闸管的命名，如BT145500R、BT148-500R、BT149D、BT150-500R、BT151-500R，BT152500R、BT169D、BT258-600R等。 日本三菱公司在晶闸管器件命名上，则去掉了SCR的第一个字母S，以 CR直接命名，代表型号有CR02AM、CR03AM等。 意法ST半导体公司对晶闸管的命名，型号前缀字母为X、P、TN、TYN、 TS、BTW，如X0405MF、P0102MA、TYN412、TYN812、TYN825、 BTW67-600、BTW69-1200等。 美国泰科（TEห้องสมุดไป่ตู้COR）以型号前缀字母S来对晶闸管命名，例如S8065K、 S6006D、S8008L、S8025L等。