晶闸管课件PPT

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。
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。
10.1.4 晶闸管的主要参数
（1）额定正向平均电流IF。IF是指在环境温度不大于40℃和标 准散热及全导通的条件下，在电阻性负载的电路中，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。它也 叫通态平均电流，简称正向电流。在选择晶闸管时，其通态平 均电流IF应为安装处实际通过的最大平均电流的1.5～2倍。 （2）维持电流IH。在规定环境温度下，控制极断开后，维持晶 闸管继续导通的最小电流称为维持电流IH，当正向电流小于IH 时，晶闸管自行关断。 （3）正向重复峰值电压UFRM 。在晶闸管控制极开路且正向阻 断情况下，可以重复加在晶闸管上的正向峰值电压，用UFRM表 示。通常规定UFRM为正向转折电压UBO的80％。 （4）反向重复峰值电压URRM。在控制极开路时，可以重复加 在晶闸管上的反向峰值电压，用URRM 表示。通常规定URRM 为 反向击穿电压UBR的80％。 通常把UFRM和URRM中较小者作为晶闸管的额定电压。选用晶闸 管时，额定电压应为正常工作时峰值电压的2～3倍，作为允许 的过电压余量。
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。
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 －
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。
10.2 晶闸管应用电路
10.2.1 可控整流电路
1、单相半波可控整流电路
(1)电阻性负载 (1)电阻性负载
u2 2π 0 t 4π ω
ωt1 π
ωt2 3π
VT + u1 － + u2 －
io + RL uo －
ug
0 uo io uo io 2π 0 uVT α θ π 3π
ωt
t 4π ω
u2的正半周，触发脉冲ug到来时晶闸 管导通，负载电压uo=u2 。u2 下降到 接近于零时晶闸管关断。u2的负半周 ，晶闸管反向阻断。
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
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。
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：
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。
U FM = U RM = 2U 2
Hale Waihona Puke Baidu
(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。
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。
U FM = U RM = U DRM = 2U 2 = 1.41 × 220 = 310 （V）
流过晶闸管和二极管电流的平均值为： 1 1 IT = ID = Io = × 6 = 3 2 2
为了保证晶闸管在出现瞬时过电压时不致损坏，通常根据下 式选取晶闸管所承受的正向和反向重复峰值电压 UFRM 和 URRM： UFRM≥ (2 ~ 3)U FM = ( 2 ~ 3) × 310 = 620 ~ 930 （ V） UFRM≥ (2 ~ 3)U FM = ( 2 ~ 3) × 310 = 620 ~ 930 （ V） （3）负载电阻为：
10.1.3 晶闸管的工作特性与主要参数
1.正向特性 正向特性 UAK>0，IG=0时，晶 闸管正 向阻断，对应特性曲线的0A 段。此时晶闸管阳极和阴极 之间呈现很大的正向电阻， 只有很小的正向漏电流。当 UAK增加到正向转折电压UBO 时，PN结J2 被击穿，漏电流 突然增大，从A点迅速经B点 跳到C点，晶闸管转入导通 状态。晶闸管正向导通以后 工作在BC段，电流很大而管 压降只有1V左右，此时的伏 安特性和普通二极管的正向 特性相似。
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。
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：