晶闸管可控整流电路
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13.1 电力电子器件 13.2 晶闸管可控整流电路（AC-DC） 13.3 晶闸管的触发电路
• 利用电力电子器件实现工业规模的电能变换，它是将一 种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。例如， 将交流电能变换成直流电能或将直流电能变换成交流电 能；将工频电源变换为设备所需频率的电源；在正常交 流电源中断时，用逆变器将蓄电池的直流电能变换成工 频交流电能。应用电力电子技术还能实现非电能与电能 之间的转换。例如，利用太阳电池将太阳辐射能转换成 电能。
• 与电子技术不同，电力电子技术变换的电能是作为能源 而不是作为信息传感的载体。 • 电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单 晶硅；它的理论基础为半导体物理学。
• 作用
(1)优化电能使用。通过电力电子技术对电能的处理， 使电能的使用达到合理、高效和节约，实现了电能 使用最佳化。例如，风机水泵、电力牵引、轧机冶 炼、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解等行 业，都有很大的潜在节电，所以推广应用电力电子 技术是节能的一项战略措施。 (2) 改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。 电力电子技术是弱电控制强电的媒体，是机电设备 与计算机之间的重要接口，它为传统产业和新兴产 业采用微电子技术创造了条件，成为发挥计算机作 用的保证和基础。
i B 2 iG
K EA > 0、EG > 0
3. 伏安特性 ( I f (U )曲线)
I
正向平均电流
IF
+ _
IG2 > IG1 > IG0 IG2 IG1 IG0 U UFRM UBO U
维持电流
UBR URRM
IH o
反向转折电压
_
+
正向转折电压
正向特性
反向特性
4. 主要参数
UFRM: 正向重复峰值电压（晶闸管耐压值） 晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允 许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。 一般取UFRM = 80% UB0 。 普通晶闸管 UFRM 为100V — 3000V
13.1 电力电子器件
一、 电力电子器件的分类
1.不控器件，如整流二极管。 2.半控器件，如普通晶闸管。 3.全控器件，如可关断晶闸管、功率晶闸 管等。
电力电子器件的主要性能指标：
电压、电流、工作频率
二、 晶闸管（可控硅）-半控型器件
晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半 导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到 强电领域。 晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性， 但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调 压及开关等方面。 优点： 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、 操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、 正向耐压达数千伏）。
EA 加正压，S断开 EA 加正压， S闭合 KP导通后，S再断开
L不亮
KP截止
L亮
KP导通
L仍亮
KP仍导通
晶闸管导通的条件：
1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。 2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压 或正向脉冲(正向触发电压)。 晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正反 馈，晶闸管仍可维持导通状态。
URRM： 反向重复峰值电压
控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元 件上的反向峰值电压。 一般取 URRM = 80% UBR 普通晶闸管 URRM为100V—3000V
IF：正向平均电流 环境温度为40 C及标准散热条件下，晶闸 管处于全导通时可以连续通过的工频正弦 半波电流的平均值。 如果正弦半波电流的最大值为Im, 则 π 1 Im IF I m sin td (t ) 2π 0 π i
• (3) 电力电子技术高频化和变频技术的发展， 将使机电设备突破工频传统，向高频化方向 发展。实现最佳工作效率，将使机电设备的 体积减小，响应速度达到高速化。
• (4) 电力电子智能化的进展，使微电子技术与 电力电子技术一体化，其发展有可能引起电 子技术的重大改革。
• 应用领域
• 一般工业： 交直流电机、电化学工业、冶金工业 交通运输： 电气化铁道、电动汽车、航空、航海 • 电力系统： 高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿 • 电子装置电源： 为信息电子装置提供动力 家用电器： “节能灯”、变频空调 • 其他： UPS、 航天飞行器、新能源、发电装置
K
2. 工作原理分析
A
形成正反馈过程
β 1β 2 iG
T1
R
iC 2 2 iG i B 1
i B 2 iG
G
iG
EG
iB 2
β 2 iG
T2 EA
T2正偏
+ _
iC 1 β 1 iC 2
1 2iG
T2 进一步导通… 依靠正反馈，在极短时间 内使两个三极管均饱和导 通，此过程称触发导通。
K EA > 0、EG > 0
2. 工作原理分析
A
形成正反馈过程
β1β2 iG
T1 G
R
iG
E
G
iB 2
β 2 iG
T2
EA
+ _
iC 2 2 iG i B 1 iC 1 β 1 iC 2 1 2iG
由于 iB1≈iC2， iB2≈iC1， 可使 iG = 0 依靠正反馈，晶闸管导 通后，去掉EG ， 仍可维 持导通状态。
晶闸管关断的条件：
1. 必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。 2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相 电压。
2. 工作原理分析 A
P1 N1 G P2 N2 G
A P N P N
+ IA
P1 P2
A N1 T1 P2 N1 T2
G
P
IG
N
N2
IK
_K
K 晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
IF
普通晶闸管IF为1A — 1000A。
2
t
IH: 维持电流 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。 一般IH为几十 ~ 一百多毫安。
1. 基本结构
晶闸管是具有三个 PN结的四层结构, 其外 形、结构及符号如图。 A
源自文库
A 阳极
P1
G K
(a) 外形 (b) 符号
四 层 半 导 体
N1
三 个 PN 结
GG
控制极
P2
N2
(c) 结构 K 阴极
晶闸管的外形、结构及符号
2. 工作原理 晶闸管实验
S EG L
+
EA
KP
-
+
EA 加反压 如EG 加反压 （S闭合或断开） 无论EA 是正或负 L不亮 L不亮 KP截止 KP截止
• 利用电力电子器件实现工业规模的电能变换，它是将一 种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。例如， 将交流电能变换成直流电能或将直流电能变换成交流电 能；将工频电源变换为设备所需频率的电源；在正常交 流电源中断时，用逆变器将蓄电池的直流电能变换成工 频交流电能。应用电力电子技术还能实现非电能与电能 之间的转换。例如，利用太阳电池将太阳辐射能转换成 电能。
• 与电子技术不同，电力电子技术变换的电能是作为能源 而不是作为信息传感的载体。 • 电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单 晶硅；它的理论基础为半导体物理学。
• 作用
(1)优化电能使用。通过电力电子技术对电能的处理， 使电能的使用达到合理、高效和节约，实现了电能 使用最佳化。例如，风机水泵、电力牵引、轧机冶 炼、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解等行 业，都有很大的潜在节电，所以推广应用电力电子 技术是节能的一项战略措施。 (2) 改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。 电力电子技术是弱电控制强电的媒体，是机电设备 与计算机之间的重要接口，它为传统产业和新兴产 业采用微电子技术创造了条件，成为发挥计算机作 用的保证和基础。
i B 2 iG
K EA > 0、EG > 0
3. 伏安特性 ( I f (U )曲线)
I
正向平均电流
IF
+ _
IG2 > IG1 > IG0 IG2 IG1 IG0 U UFRM UBO U
维持电流
UBR URRM
IH o
反向转折电压
_
+
正向转折电压
正向特性
反向特性
4. 主要参数
UFRM: 正向重复峰值电压（晶闸管耐压值） 晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允 许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。 一般取UFRM = 80% UB0 。 普通晶闸管 UFRM 为100V — 3000V
13.1 电力电子器件
一、 电力电子器件的分类
1.不控器件，如整流二极管。 2.半控器件，如普通晶闸管。 3.全控器件，如可关断晶闸管、功率晶闸 管等。
电力电子器件的主要性能指标：
电压、电流、工作频率
二、 晶闸管（可控硅）-半控型器件
晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半 导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到 强电领域。 晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性， 但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调 压及开关等方面。 优点： 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、 操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、 正向耐压达数千伏）。
EA 加正压，S断开 EA 加正压， S闭合 KP导通后，S再断开
L不亮
KP截止
L亮
KP导通
L仍亮
KP仍导通
晶闸管导通的条件：
1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。 2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压 或正向脉冲(正向触发电压)。 晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正反 馈，晶闸管仍可维持导通状态。
URRM： 反向重复峰值电压
控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元 件上的反向峰值电压。 一般取 URRM = 80% UBR 普通晶闸管 URRM为100V—3000V
IF：正向平均电流 环境温度为40 C及标准散热条件下，晶闸 管处于全导通时可以连续通过的工频正弦 半波电流的平均值。 如果正弦半波电流的最大值为Im, 则 π 1 Im IF I m sin td (t ) 2π 0 π i
• (3) 电力电子技术高频化和变频技术的发展， 将使机电设备突破工频传统，向高频化方向 发展。实现最佳工作效率，将使机电设备的 体积减小，响应速度达到高速化。
• (4) 电力电子智能化的进展，使微电子技术与 电力电子技术一体化，其发展有可能引起电 子技术的重大改革。
• 应用领域
• 一般工业： 交直流电机、电化学工业、冶金工业 交通运输： 电气化铁道、电动汽车、航空、航海 • 电力系统： 高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿 • 电子装置电源： 为信息电子装置提供动力 家用电器： “节能灯”、变频空调 • 其他： UPS、 航天飞行器、新能源、发电装置
K
2. 工作原理分析
A
形成正反馈过程
β 1β 2 iG
T1
R
iC 2 2 iG i B 1
i B 2 iG
G
iG
EG
iB 2
β 2 iG
T2 EA
T2正偏
+ _
iC 1 β 1 iC 2
1 2iG
T2 进一步导通… 依靠正反馈，在极短时间 内使两个三极管均饱和导 通，此过程称触发导通。
K EA > 0、EG > 0
2. 工作原理分析
A
形成正反馈过程
β1β2 iG
T1 G
R
iG
E
G
iB 2
β 2 iG
T2
EA
+ _
iC 2 2 iG i B 1 iC 1 β 1 iC 2 1 2iG
由于 iB1≈iC2， iB2≈iC1， 可使 iG = 0 依靠正反馈，晶闸管导 通后，去掉EG ， 仍可维 持导通状态。
晶闸管关断的条件：
1. 必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。 2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相 电压。
2. 工作原理分析 A
P1 N1 G P2 N2 G
A P N P N
+ IA
P1 P2
A N1 T1 P2 N1 T2
G
P
IG
N
N2
IK
_K
K 晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
IF
普通晶闸管IF为1A — 1000A。
2
t
IH: 维持电流 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。 一般IH为几十 ~ 一百多毫安。
1. 基本结构
晶闸管是具有三个 PN结的四层结构, 其外 形、结构及符号如图。 A
源自文库
A 阳极
P1
G K
(a) 外形 (b) 符号
四 层 半 导 体
N1
三 个 PN 结
GG
控制极
P2
N2
(c) 结构 K 阴极
晶闸管的外形、结构及符号
2. 工作原理 晶闸管实验
S EG L
+
EA
KP
-
+
EA 加反压 如EG 加反压 （S闭合或断开） 无论EA 是正或负 L不亮 L不亮 KP截止 KP截止