电力电子学晶闸管及其基本电路

KP5-7（K—晶闸管，P—普通型，额定电流5A，额定 电压700V）。
6. 判别管子的好坏 用万用表的欧姆档来判别管子的好坏。
表10.1 用万用表测试晶闸管各管脚之间的电阻
测试点 A—K
A—G
表内电池极性 顺向或逆向
同上
测量范围 R×1000
同上
测试结果
高电阻 （表针不动）
同上
K—G
顺向：G “+”,K “-” 逆向：G -”,K “+”
1) 它与半控桥的区别：
l 四只全是晶闸管。 l 每半周期要求触发两只晶闸管。 l 电感性负载（无续流二极管）时，输出电压的瞬时值出
现负值。
U d
2
2
2U 2 sin td ( t) 0.9U 2 cos
0
2
l 电阻性负载时，不比半控桥整流优越，一般采用半控桥 线路。
l 主要用于正反向逆变电路中。
均值分别为：
U d
1
2
2
U
2
sin
td
(
t
)
0.45U
2
1
cos
2
Id
Ud R
0.45U 2 1 cos
R2
4) ， U d Id ，达到可控整流的目的。
2. 电感性负载 如：各种电机的励磁线圈等。
分析：
1) 电感阻碍电流变化（ eL —自感电势或反电
动势）。
2) eL 大于电源负电压，晶闸管继续导通，也
“多少安的晶闸管”
➢ 正弦半波电流的平均值
IT
1
2
0
Im
sintd (
t)
Im
➢ 正弦半波电流的有效值
Ie
1
2
0
I
2 m
sin 2 td (t)
Im 2
➢ 波形系数
K Ie 1.57
IT 2
即
Ie 1.57IT
一般按
IT
(1.5 ~ 2) Ie 选晶闸管（
1.57
I
' e
——实际电流有效值）
2) 动态特性较好，关断时间较短。 1μs / (5 ~ 30) μs
3) 主要用于直流调压和直流开关电路。 4) 电路简单，工作频率高。
l 符号 与晶闸管相似。
3. 功率晶体管（GTR）
（300A，100V或100A，300V）
l 特点
1) 可在高电压和强电流定额下使用；
2) 正向导通压降（0.3 ~ 0.8）V，功率损耗 较晶闸管（≈1V）小；
维持电流
I
（
H
保
证
晶
闸
管
导
通
的
最
小
阳
极
电
流）——当电流小于 IH 时，从导通状态转化正向阻断
状态。
4) 反向阻断状态——阳极加反向电压时，反向漏
电流很小。当反向阳极电压增加到某一数值时，反向漏
电流
，这时对应的电压值称为
U
(反向不重复峰
RSM
值电压)或
U
(反向转折电压，反向击穿电压)。
BR
注：晶闸管的反向伏安特性与二极管反向特性类似。
2) 导通状态——正向阳极电压上升到某一定值， I g ， 晶闸管突然变为导通状态。这时阳极电压称为断态不重复峰值
电压（
U
DSM
）或正向转折电压（
U
）。
BO
I
↑，
g
U
↓，晶闸管容易导通。
BO
注：在晶闸管的阳极与阴极之间加上6V直流电压，使元件导通
的控制极最小电流（电压）称为触发电流（电压）。
3)
注意：在全控桥中元件承受的最大正、反向电压仍是 2U。2
2) 电感性负载时工作状况：
l u12 为正，瞬时 t1 ，VS1、VS2 导通。当 u12 ＝ 0 时，L 上反电势作用，VS1、VS2继续导通，直至 u12 为负。
l u12 为负，即 u21 为正，对应瞬时 t2 ，VS3 、VS4 导通， VS1、VS2关断。当 u21 ＝ 0 时，VS3、VS4继续导通到触
注：它相当于一只开关。
作业： P:276 10.1，10.3～7
10.2 单相可控整流电路
由晶闸管组成的可控整流电路类似于二极管整流电路。 它可分为单相半波、单相桥式、三相零式（半波）、三相 桥式。
10.2.1 单相半波可控整流电路
特点： ① 应用较少，电路简单，调整容易。 ② 直流输出电压低，脉动大。
l 符号(如图所示)
l 工作原理 1) 门极无信号时， MT1、 MT2不导电。 2) 导通条件：① MT2"+" ， MT1"-"，G "+" ② MT2 "-"， MT1"+"，G "-"
l 电压波形图(如图所示)
2. 可关断晶闸管（GTO）
l 特点 1) 控制极控制元件的导通和关断，所需
控制电流较大。 20 m A / 30μA
1. 电阻性负载
分析：
1) —控制角（晶闸管元件承受正向电压起始
点到触发脉冲作用点之间的电角度），
—导通角（晶闸管在一周期时间内导通的
电角度），
， ， 。
2) 最大正向、反向电压为 2U（2 电源变压器副
边电压 u2 2 U 2 sin t 的最大值）。
3) 负载（输出直流）电压平均值、负载电流平
5)晶闸管导通后（情况2），如果控制极 电压加反向电压，不论阳极电压是正或负， 电灯均不亮，晶闸管关断（阻断）。
说明：可用灯泡 代替电阻RL。
l 结论
1)晶闸管导通条件：阳极加正向电压，控制极也加正向 电压。
2)控制极只需加正触发脉冲电压。 3)具有可控单向导电性（正、反向阻断能力）。
l 导通原因
——新型大功率半导体器件，也称可控硅。 1. 基本结构
1) 外形
• 螺栓形 螺栓一端是阳极A，另一端粗线是阴极K，细线是控制极（门极）G。
• 平板形 中间金属环是控制极G，远的一面是阳极A，近的一面是阴极K。
前者用于100A以下的元件，后者用于200A以上的元件 （散热效果好）。
2) 内部结构 ——它是PNPN四层三端元件。
1) 等效为PNP型和NPN型两个晶体管的组合。
2) 阳极和控制极均加正向电压时，I g 经 VT2 放大，集
电极电流为 2I g（ VT1 基极电流），又经 VT1放大， VT1 集电
极电流为
1
2
I
（即
g
VT2
基极电流），再次放大，循环往复，
直至导通为止（“触发导通过程”——微秒级）。
3) 晶闸管导通后， VT2 基极电流
比
I
（控制电流）大得多，故去掉
g
ug ，
晶闸管仍导通。
4) 阳极加反向电压，无放大作用，
晶闸管不导通；控制电压反向或未加
入，不产生起始
I
，
g
晶
闸
管也不导通
。
3.伏安特性
晶闸管的伏安特性——晶闸管的阳极电压与阳极电流 的关系。
1) 截止状态（正向阻断状态）——阳极加正向电压，门
极开路（ I g ＝0），电流很小，电阻很大，称为正向漏电流。
R×1 R×1
10 ~ 100 50 ~ 500
注意：当A—K间为高阻值，而K—G间逆向电阻大于顺向电 阻时，管子良好。
10.1.2 其它电力半导体器件
➢ 双向晶闸管 ➢ 可关断晶闸管 ➢ 功率晶体管 ➢ 整流二极管
1. 双向晶闸管（TRIAC）
l 特点 1) 三端子NPNPN元件； 2) 采用交流电源； 3) 相当于两只普通晶闸管反并联； 4) 双向控制，简化触发电路； 5) 成本低，可靠性好； 6) 主要应用于家用电器控制，调节交流电压。
4) 反电势负载
分析： （a）导通条件：
l 电源电压大于反电势； l 有触发脉冲。
（b） Ud 比 电 阻 性 负 载
大，
Id
Ud E。
R
（c）电流的幅值与平均值之比
相当大，必须降低电流定额
使用。
（d）对大容量电动机或蓄电池 负载，常串联电抗器L（用 以平滑电流的脉动）。
2. 单相全控桥式整流电路
就是说，导通角 。
3) 负 载 电 感 , ， 负 载 负 （ 反 向 ） 电
压 ， U d Id ，满足不了负载的要求。
3. 续流二极管的作用（大电感性负载）
分析：
1) 负载两端并联一只二极管。
2) 电流电压过零变负时，续流二极管导通，晶闸 管自行关断（无电流流回电源）。
3) 负载两端电压为二极管管压降，接近于零（电 感放出能量消耗在电阻上）。
4. 主要参数
1) UDRM（断态重复峰值电压）——在控制极断路和晶 闸管正向阻断时，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电 压，它比 U BO 小100V。
“多少伏的晶闸管”
2) U RRM（反向重复峰值电压）——在控制极断路时， 可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压，它比 UBR 小 100V。
3) IT（额定通态或正向平均电流，简称额定电流）— —在环境温度不大于40℃和标准散热及全导通时，晶闸管 可以连续通过的工频正弦半波电流（在一个周期内）的平 均值。
半导体器件发展
集成电路方面 — —微电子学（弱电子学） 电力半导体器件方面 — —电力电子学（强电子学）
A. 电力电子学的任务
利用电力半导体器件（如：晶闸管）和线路来实现电 功率的变换和控制。
晶闸管（Silicon Controlled Rectifier简称SCR， 1957年）在弱电控制与强电输出之间起桥梁作用。