晶闸管课件PPT

VT + u2 － iD VD RL － io + uo
L
2. 单相半控桥式整流电路
uo ，io uo
+ u1 －
+ u2 －
VT 1 a
VT 2 + RL b
io
0 uVT1
io
ωt
uo －
VD 1
VD2
0 uVT2
u2的正半周VT1和VD2承受正 向电压。这时如对晶闸管 VT1引入触发信号，则VT1和 VD2导通，电流通路为： a→VT1→RL→VD2→b 这 时 VT2 和 VD1 都 因 承 受 反 向电压而截止。
A P1 N1 G P2 N2 K G N1 P2 N2 K A P1 N1 P2 G V1 A
V2
K
（1）控制极不加电压 时IG=0，尽管这时晶闸 管的阳极和阴极之间 加有正向电压，由于 V1没有基极电流输入， 因此V1和V2中只有很 小的漏电流，晶闸管 处于阻断状态。
A β1 I G V2 β1 β2 IG + UG － K S G IG V1 RA + UA －
可见，在单相可控半波整流电路接电感性负载时，晶闸管的导 通角θ将大于。负载电感愈大，导通角θ愈大，在一个周期中负 载上负电压所占比重就愈大，整流输出电压和电流的平均值就 愈小。为了使晶闸管在电源电压降到零值时能及时关断，使负 载上不出现负电压，必须采取相应措施。 解决的方法是在电感性负载两端并 联一个二极管。当交流电压u2过零 值变负后，二极管因承受正向电压 而导通，于是负载上由感应电动势 + eL产生的电流经过这个二极管形成 u1 回路。因此这个二极管称为续流二 － 极管。这时负载两端电压近似为零， 晶闸管因承受反向电压而关断。负 载电阻上消耗的能量是电感元件释 放的能量。
ωt
0
ωt
uo ，io
uo
+ u1 －
+ u2 －
VT 1 a
VT 2 + RL b
io
0 uVT1
io
ωt
uo －
VD 1
VD2
0
ωt
u2的负半周VT2和VD1承受正 向电压。这时如对晶闸管VT2 引入触发信号，则VT2和VD1 导通，电流通路为： b→VT2→RL→VD1→a 这时VT1和VD2截止。
uVT2
0
ωt
输出电压的平均值：
1 + cos α U o = 0.9U 2 2
输出电流的平均为：
Uo U 2 1 + cos α Io = = 0 .9 RL RL 2
晶闸管和二极管承受的最高正向和反向电压：
U FM = U RM = U DRM = 2U 2
10.1 例 10.1
有一纯电阻负载，需要电压 U o = 0 ~ 180 V、电流 I o = 0 ~ 6 A 的可调
可把晶闸管等效地看成由一个NPN型三极管 1和一个 型三极管V 和一个PNP型 可把晶闸管等效地看成由一个 型三极管 型 三极管V 组合而成。阳极A是 的发射极，阴极K是 三极管 2组合而成。阳极 是V2的发射极，阴极 是V1的发 射极， 的基极与V 的集电极相连成为控制极G， 射极，V1的基极与 2的集电极相连成为控制极 ，而V2的基 极与V 的集电极也连在一起。 极与 1的集电极也连在一起。
（2）控制极加正向电压UG，而阳极通过电阻RA也加上正向电 压UA，使两个三极管的发射结均为正向偏置，集电结均为反向 偏置，均处于放大状态。此时IG就是V1的基极电流IB1，经V1放 大后，得到V1的集电极电流IC1 ，而IC1又是V2的基极电流IB2， 再经V1放大，得到V2的集电极电流IC2 。IC2又流入V1基极，再次 放大，这样循环下去，反复放大，形成强烈的正反馈，使两个 三极管迅速进入饱和状态，即晶闸管导通。导通后，其压降很 小，电压UA几乎全部加到负载电阻RA上，所以晶闸管导通后的 电流大小取决于外电路参数。
若控制极不加正向电压，而提高阳极电压，则V1和V2中的正向 漏电流增大，当阳极电压达到某一限度时，正向漏电流增大到 能产生正反馈的程度，也会导致晶闸管的导通。 晶闸管导通后，再把开关S打开，使控制电流IG消失，但由于 管子本身的正反馈自保持作用，晶闸管仍然处于导通状态。因 此，控制极的作用仅是触发晶闸管导通，导通后，控制极就失 去了控制作用。若要晶闸管回到阻断状态，必须使阳极电流减 小到不能维持其正反馈的数值，晶闸管自行关断，此时对应的 阳极电流称为维持电流，用IH表示。根据这个道理，使晶闸管 由导通状态回到阻断状态，也可以将阳极与电源断开或给阳极 与阴极之间加一反向电压。 可见晶闸管相当于一个可控的单向导通开关，其导通必须同时 具备两个条件： （1）在阳极和阴极之间加适当的正向电压UAK； （2）在控制极和阴极之间加适当的正向触发电压UGK ，在实 际工作中，UGK常采用正向触发脉冲信号。
第10章
可控整流电路
10.1 晶闸管 10.2 单相可控整流电路 10.3 单结晶体管触发电路 10.4 晶闸管的保护
10.1 晶闸管
10.1.1 晶闸管的结构与符号
由四层半导体P1、N1和P2、N2重叠构成，中间形成3个PN结 J1、J2和J3。最外层的P1和N2分别引出阳极A和阴极K，中间 的P2层引出控制极G。
0
π
2π
3π
t 4π ω
输出电压的平均值：
1 Uo = 2π
∫ 2U 2 sin ωtd(ωt )
π α
2U 2 = (1 + cos α ) 2π 1 + cos α = 0.45U 2 2
输出电流的平均值：
Io = Uo U 1 + cos α = 0.45 2 RL RL 2
晶闸管承受的最高正向和反向电压：
直流 电 源。 现采 用 单相 半 控桥 式整 流 电路 ， 设晶 闸管 导 通角 θ = 180° （ 控制角 α = 0° ）时， U o = 180 V， I o = 6 A。试求： （1）交流电压 u2 的有效值； （2）各整流元件承受的最大电压和流过各整流元件的电流平均值； （3）整流电路输出电压 U o = 120 V 时的输出电流 Io 和晶闸管的导通角θ。 解 （1）交流电压 u2 的有效值为： U 180 U2 = o = = 200 （V） 0.9 0.9 实际上还要考虑电网电压波动、管压降以及导通角常常到不了 180°（一般只有 160°～170°左右）等因素，交流电压要比上述计算而得到的值适当加大 10％左右，即 大约为 220 V。因此，在本例中可以不用整流变压器，直接接到 220 V 的交流电源上。 （2）晶闸管所承受的最高正向电压 UFM、最高反向电压 URM 和二极管所承受 的最高反向电压 UDRM 都等于：
阴极 K
J3 J2 N1 J1 P1 N2
控制极 G
K K
P2 G
N2 P2 N1 P1 J3 J2 J1 A G
阳极 A
A
10.1.2 晶闸管的工作原理 晶闸管具有导通和截止（阻断）两种工作方式。 晶闸管具有导通和截止（阻断）两种工作方式。 当晶闸管的阳极与阴极之间加反向电压时， 当晶闸管的阳极与阴极之间加反向电压时 ， 由于 处于反向偏置， PN结 J1 和 J3 处于反向偏置 ， 无论控制极是否加电 结 晶闸管均不会导通， 压 ， 晶闸管均不会导通 ， 相当于开关处于断开状 称为反向阻断 反向阻断。 态，称为反向阻断。 当晶闸管的阳极与阴极之间加正向电压， 控制极 当晶闸管的阳极与阴极之间加正向电压 ， 不加电压时， 由于PN结 处于反向偏置， 不加电压时 ， 由于 结 J2 处于反向偏置 ， 晶闸管 也不会导通， 也相当于开关处于断开状态， 也不会导通 ， 也相当于开关处于断开状态 ， 称为 正向阻断。 正向阻断。 当晶闸管的阳极与阴极之间加正向电压， 当晶闸管的阳极与阴极之间加正向电压 ， 控制极 与阴极之间也加正向电压时， 晶闸管可以导通， 与阴极之间也加正向电压时 ， 晶闸管可以导通 ， 且导通后管子的压降很小， 只有1V左右 左右， 且导通后管子的压降很小 ， 只有 左右 ， 相当于 开关处于闭合状态。 闭合状态 开关处于闭合状态。
U FM = U RM = 2U 2
(2)电感性负载与续流二极管 (2)电感性负载与续流二极管
uo ，io
uo io
VT + u1 － + u2 －
io
0
L RL + uo －
ωt
α θ
uVT
0
ωt
u2经过零值变负之后，只要eL大于u2，晶闸管继续承受正向电 压，电流仍将继续流通。只要电流大于维持电流，晶闸管就不 会关断，负载上出现了负电压。当电流下降到维持电流以下时， 晶闸管才能会关断。
IA /mA C 正向特性 IG 增大 IG =0 UBR UBRM 反向特性 IH 0 B UFRM A UBO UAK /V
晶闸管导通以后，如果减小阳 极电流IA，则当IA小于维持电流 IH时，突然由导通状态变为阻断 ，特性曲线由B点跳到A点。
应该指出，晶闸管的这种导通是正向击穿现象，很容易造成 晶闸管永久性损坏，实际工作中应避免这种现象发生。另外 ，外加电压超过正向转折电压时，不论控制极是否加正向电 压，晶闸管均会导通，控制极失去控制作用，这种现象也是 不希望出现的，这是因为在可控整流电路中，应该由控制极 电压来决定晶闸管何时导通，使之成为一个可控开关，所以 晶闸管的正常导通应在控制极施加正向触发电压。从图中 ，晶闸管的正常导通应在控制极施加正向触发电压 晶闸管的正常导通应在控制极施加正向触发电压 可以发现，晶闸管的触发电流IG越大，就越容易导通，正向 转折电压就越低。不同规格的晶闸管所需的触发电流是不同 的，一般情况下，晶闸管的正向平均电流越大，所需的触发 电流也越大。 2.反向特性 反向特性 晶闸管承受反向电压，即时，晶闸管只有很小的反向漏电流 ，此段特性与二极管反向特性很相似，晶闸管处于反向阻断 状态。当反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流剧增， 晶闸管反向击穿。