晶闸管及应用

PL S

I RL U2IL
2 L

I L RL U2
式中：IL=IT
例：设 =60°，则： I L 1.88 I LAV
U LAV 0.45U 2 1 cos 2
代入上式得：
U2
RL
U LAV
U LAV
0.338
I LAV
cos 0.635
(10-28)
计算举例
(10-9)
§10.2 特性与参数
10.2.1 特性
额定正向 平均电流
反向击穿电压
导通后管压降约1V
I
IF
IG3 > IG2 > IG1
IG3 IG2 IG1=0A
URSM URRM
IH
维持电流
U
反向
U -- 阳极、阴极间的电压
正向
UDRM UDSM
正向转折电压
I -- 阳极电流
(10-10)
正向特性： 在阳极和阴极间加正向电压。 A P1 N1 P2 N2 G 控制极开路时： PN结P1N1、P2N2正向偏 置，N1P2反向偏置，晶闸管截止。
ig = ib1
ic1 = ig = ib2
ic2 =ßb2 = ig = ib1 i
2. 晶闸管导通后，去掉UGK
依靠正反馈，晶闸管仍维持导通状态。
(10-7)
3. 晶闸管截止的条件：
A ß ig ß T2 T1 ig K i ßg
(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 ）。
t
t uL t uT

t

(10-32)
(2) 加续流二极管 u2 u1
A u2 t
uT
G K D
R L
uL
uG t
iLAV
uL t t
uT


(10-33)
3. 电压与电流的计算（加入续流二极管后的情况） (1) 负载中的电压及电流

U LAV
1 2

u
2
d t 0.45U 2
• 逆变（直流 交流）
• 斩波（直流 直流）
(10-3)
此外还可作无触点开关等。
§10.1 工作原理
10.1.1 结构
四 层 半 导 体 P1 N1 P2
A（阳极）
三 个 PN 结 G（控制极）
N2
K（阴极）
(10-4)
10.1.2 工作原理 A
G K
A P1
N1
A P
N N P N
G
G
10.2.2 主要参数
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---3000V
反向击穿电压
URSM
额定 正向 平均 电流
I I
F
IH
U
UDRM
U
正向转折 DSM 电压
(10-13)
2. URRM：反向重复峰值电压 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URRM = 80% URSM。普通晶 闸管URRM为100V--3000V）
设
u 2 110 2 sin t
RL 2,
V
60


则 U LAV 0.45 110
1 cos 60 2
= 37.2V
I LAV 37 .2 2 18 .6 A
(10-29)
选晶闸管
I TAV 18.6 A
I T 1.88 18.6 35 A
uT
t
U DRM
2U 2
(10-22)
3. 输出电压及电流的平均值
U Lav
1 2


1 2

u
2
d t


2 u 2 sin td t
0.45U 2
1 cos 2
I Lav
U LAV RL
(10-23)
4. 晶闸管的选择 (1) 电流的选择 器件的损坏，取决于电流的热效应，而热
效应与电流的有效值相关。因此电路设计中，
晶闸管电流的选择，必须依据电流的有效值， 而不能依据平均值（ITAV）。 电流波形为正弦半波的情况下，有效值与 平均值的区别计算如下：
(10-24)
平均值： I TAV 有效值：I T 有效值
I 2π
0
1
π
m
sin td ( t )
2
Im
(2) 晶闸管正向导通后，令其截止 的方法： • 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。
G
IH：最小维持电流
• 减小UAK，使晶闸管中电流小 于某一值IH。
(10-8)
晶闸管的工作原理小结
（1）晶闸管具有单向导电性。 正向导通条件：A、K间加正向电 压，G、K间加触发信号。 （2）晶闸管一旦导通，控制极失去作用。 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。
D1
T2
RL
D2
t uG t
uL t
uT1 t
(10-37)
3. 输出电压及电流的平均值
U LAV

1


1


u
2
d ( t )



2U 2 sin td ( t )
0.9U 2
1 cos 2
I LAV
U LAV RL
(10-38)
例：桥式可控整流电路中， A uL U2=220V，RL=3,可控硅 + T2 T1 控制角=15~180，求输 u2 RL 出电压平均值UL的调节范 D1 D2 B 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。 =191V， =15 1 cos
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） • 变频（交流 交流）
(10-18)
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、400 500、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。
反向特性： 在阳极和阴极间加反向电压。 A
P1
N1 G
这时PN结P1N1、P2N2反向偏置， N1P2正向偏置，晶闸管截止。
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。
P2
N2 K
URSM ：反向不重复峰值电压。
(10-12)
F
URSM
IH
U
URRM
UDRM
U
正向转折 DSM 电压
(10-16)
4. UTAV ：通态平均电压 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。
π
(I 2
0
1

m
sin t ) d (t )
Im 2
平均值 = 1.57
不同 下有效值和平均值之比：

0° 30° 60° 90° 120°150°180°
I T I TAV 1.57 1.66 1.88 2.22 2.78 3.99 0
(10-25)
晶闸管电流选择步骤： 1. 计算给定 下的 通态电流平均值 ITAV
P
P2 N2
符号
K
K
示意图
(10-5)
A P G N N G
ig ß ig ß
A
T2 T1 i ßg
P K
P
N
K
等效为由二个 三极管组成
(10-6)
A ß ig ß T2 T1 ig K i ßg
1. UAK > 0 、UGK>0时 T1导通
形成正反馈
T2 导通
T1 进一步导通 晶闸管迅速导通
G
I' TAV 35 1.57 22 .3 A
22.3 ×1.5 = 33.5 (A)
U DRM U RRM 1.5 110 2 = 233(V)
可选用额定值为：300V 、50A 的晶闸管
(10-30)
二、电感性负载
1. 电路及工作原理 设u1为 正弦波 A uT G K R D uL
电子技术 模拟电路部分
第十章
晶闸管及其 应用
(10-1)
第十章 晶闸管及其应用
§10.1 §10.2 §10.3 §10.4 §10.5 §10.6 §10.7 工作原理 特性与参数 可控整流电路 触发电路 单结管触发的可控整流电路 晶闸管的其它应用 晶闸管的保护及其它类型
(10-2)
晶闸管（Thyristor）
A u1 u2 uT
G
u2
：控制角
：导通角
t
K
RL uL
uG
uL uT
u2 > 0 时，加上触 发电压 uG ，晶闸 t 管导通 。且 uL 的大小随 uG 加入 的早晚而变化； t u2 < 0 时，晶闸 管不通，uL = 0 。 故称可控整流。
t


(10-21)
晶闸管承受的最高反向电压:
2. 查表（或计算）相应的电流有效值 IT
3. 计算 IT对应的正弦半波电流平均值 I'TAV
I I' T TAV 1 .57
4. I' TAV K
( K为保险系数 )
5. 选晶闸管的电流额定值
(10-26)
(2) 晶闸管电压选择步骤 • 根据电源电压的峰值（U2M）,计算正、反向重复
6. UG、IG：控制极触发电压和电流
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 1~5V，IG 为几十到几百毫安。 (10-17)
晶闸管型号
K
通态平均电压（UTAV） 额定电压级别（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
u1
u2
L
u2正半周时晶闸管导通，u2过零后，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。 解决办法：加续流二极管D，用于消除反电动势的影 响，使晶闸管在u2过零时关断。
(来自百度文库0-31)
2. 工作波形 (1) 不加续流二极管 u2 uG
A
u1 u2 uT
G K
R uL L
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。
(10-19)
§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
A u1 uT u2 RL
uG G K
uL
(10-20)
uG
2. 工作波形(设u1为正弦波)
晶闸管电流 > （1.5）×
IT 1.57
(10-35)
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
uG T1、T2 --晶闸管
A +
u2 B T1 T2 RL D1 D2
uL
D1、D2 --晶体管
(10-36)
2. 工作波形
u2
A + u2 B -
uL
T1
1 COS 2
I LAV
U LAV RL
I TAV
IT
当L >>R 时， ILAV 在整 个周期中可近似看做直流。
(2) 晶闸管的中电流 平均值:

360
1


I LAV
2 LAV
有效值:
2
I
0
d t
I LAV 360 (10-34)
4. 晶闸管的选择
晶闸管电压 > （1.5 ~ 2）U2M
。
t
2
I TAV
1 2

I m sin td ( t )
0
Im

(10-15)
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、400 500、600、800、1000A 等14种规格。
额定 正向 平均 电流
反向击穿电压
I I
峰值电压。一般取：
UDRM = URRM =（1 .5 ~ 2）U2M 其中1.5 ~ 2为安全系数 • 根据UDRM 、URRM 选取晶闸管电压的额定值。
(10-27)
5. 晶闸管的功率因数 在半波可控整流电路中，由于输出信号为非正 弦，即使是电阻性负载，功率因数也不等于1。其 值为：
cos
额定 正向 平均 电流
反向击穿电压
I I
F
URSM
IH
U
URRM
UDRM
U
正向转折 DSM 电压
(10-14)
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 o 正弦半波、导电角不小于170 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。） i ITAV含义 ITAV
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 。
K 若在G和K间加正向电压：UGK越大，则UDSM越小。
UDSM：断态不重复峰值电压，又称正向 转折电压。
UGK足够大时，正向特性与二极管的正向特性类似。
(10-11)