晶閘管的應用

晶閘管又稱可控硅（SCR)（SiliconControlledRectifier）是一種大功率半導體器件，它的出現(xiàn)使半導體器件由弱電領(lǐng)域擴展到強電領(lǐng)域。晶閘管具有體積小、重量輕、無噪聲、壽命長、容量大等特點。一.晶閘管1.基本結(jié)構(gòu)P1P2N1N2四層半導體K（陰極）G（控制極）A（陽極）三個PN結(jié)AKG符號螺栓式結(jié)構(gòu)平板式結(jié)構(gòu)小電流螺栓式大電流螺栓式晶閘管不導通

無論控制極G與陰極K之間是否加有電壓，晶閘管均不能導通。2.工作原理P1P2N1N2N1P2AGK

控制極G和陰極K之間不加正向電壓

陽極A和陰極K加反向電壓反偏反偏

陽極A和陰極K加正向電壓正偏正偏反偏

控制極G和陰極K之間加正向電壓

正向電壓足夠大時，三個PN結(jié)都正偏，晶閘管導通。KAGVT1VT2KAGVT1VT2RLUGUAIGβ2IGβ2IGβ1正反饋

兩個晶體管進入飽和導通狀態(tài)。

晶閘管導通后，UAK≈0.6～1.2V

此時即使去掉控制極與陰極之間的電壓，由于本身的正反饋作用晶閘管仍能維持導通。控制極電壓UG的作用僅僅是觸發(fā)晶閘管的導通晶閘管的導通條件為：①陽極和陰極間加正向電壓。②控制極和陰極間加正向觸發(fā)電壓。③陽極電流不小于維持電流。①陽極A加反向電壓，或不加觸發(fā)信號。②晶閘管正向?qū)ê?，若令其關(guān)斷，必須減小UA（或使UA反向），使晶閘管中電流小于維持電流。晶閘管的截止條件為：UAKIAIHIFIG=0UBO導通UBR3.伏安特性UFIG1IG2IG增加導通電壓1V左右正向折轉(zhuǎn)電壓反向擊穿電壓O4.主要參數(shù)UFRM:正向重復峰值電壓（晶閘管耐壓值）晶閘管控制極開路且正向阻斷情況下,允許重復加在晶閘管兩端的正向峰值電壓。一般取UFRM

=80%UB0

。反向重復峰值電壓控制極開路時,允許重復作用在晶閘管元件上的反向峰值電壓。一般取URRM

=80%UBR

URRM：額定電壓UN：取UFRM和URRM

中較小的一個數(shù)值標為器件的額定電壓。正向平均電流環(huán)境溫度為40C及標準散熱條件下，晶閘管處于全導通時可以連續(xù)通過的工頻正弦半波電流的平均值。

IF：IFt2如果正弦半波電流的最大值為Im,則UF:

通態(tài)平均電壓（管壓降）在規(guī)定的條件下，通過正弦半波平均電流時，晶閘管陽、陰極間的電壓平均值。一般為1V左右。IH:

維持電流在規(guī)定的環(huán)境和控制極斷路時，晶閘管維持導通狀態(tài)所必須的最小電流。一般IH為幾十~一百多毫安。UGK、IG：控制極觸發(fā)電壓和電流室溫下，陽極電壓為直流6V時，使晶閘管完全導通所必須的最小控制極直流電壓、電流。一般UG為1到5V，IG為幾十到幾百毫安。5.晶閘管型號及其含義導通時平均電壓組別共九級,用字母A~I表示0.4~1.2V額定電壓,用百位或千位數(shù)表示取UFRM或URRM較小者額定正向平均電流(IF)（晶閘管類型）P--普通晶閘管S--雙向晶閘管

晶閘管KP普通型如KP5-7表示額定正向平均電流為5A,額定電壓為700V。1.什么是可控整流電路？在輸入交流電壓一定時，二極管整流電路輸出的直流電壓大小是固定的，一般不能任意調(diào)節(jié)，這種整流電流稱為不可控整流電路。采用晶閘管整流電路可以把交流電轉(zhuǎn)換為電壓大小可以調(diào)節(jié)的直流電，故稱為可控整流電路。二、可控整流電路2.可控整流電路的形式單相電路三相電路半波電路全波電路橋式電路全控橋式電路半控橋式電路半波電路橋式電路全控橋式電路半控橋式電路a.單相半波可控整流(1)電阻性負載

u2

>0時：若ug=0，晶閘管不導通，u2

<0時:

晶閘管承受反向電壓不導通,

uo=0,uT=u2

，故稱可控整流。控制極加觸發(fā)信號，晶閘管承受正向電壓導通，u2uoRL+–+uT+––Tiou1工作原理t12u2<

0時:

可控硅承受反向電壓不導通即：晶閘管反向阻斷

加觸發(fā)信號，晶閘管承受正向電壓導通tOu2>0時:tOtO

接電阻負載時單相半波可控整流電路電壓、電流波形控制角t1tOtOt22tO導通角工作波形整流輸出電壓及電流的平均值由公式可知：改變控制角，可改變輸出電壓Uo。（2）電感性負載

當電壓u過零后，由于電感反電動勢的存在，晶閘管在一段時間內(nèi)仍維持導通，失去單向?qū)щ娮饔?。u2uoR+–+uT+––T?LeL?

在電感性負載中,當晶閘管剛觸發(fā)導通時，電感元件上產(chǎn)生阻礙電流變化的感應電勢(極性如圖)，電流不能躍變，將由零逐漸上升。u1tOtOtOt1tOt22

工作波形uuoR+–+uT+––LTioDiou>0時：

D反向截止，不影響整流電路工作。u

<0時：

D正向?qū)?晶閘管承受反向電壓關(guān)斷,電感元件L釋放能量形成的電流經(jīng)D構(gòu)成回路(續(xù)流),負載電壓uo波形與電阻性負載相同。（3）電感性負載(加續(xù)流二極管)+–工作波形(加續(xù)流二極管)iLttOtO2tOb.單相半控橋式整流電路(1).

工作原理T1和D2承受正向電壓。T1控制極加觸發(fā)電壓,則T1和D2導通，電流的通路為T1、T2晶閘管D1、D2晶體管aRLD2T1b(a)電壓u

為正半周時io+–+–T1T2RLuoD1D2au+–b此時，T2和D1均承受反向電壓而截止。io+–+–T1T2RLuoD1D2au+–bT2和D1承受正向電壓。T2控制極加觸發(fā)電壓,則T2和D1導通，電流的通路為(b)電壓u

為負半周時bRLD1T2a此時，T1和D2均承受反向電壓而截止。ttOtO3.工作波形2tO4.輸出電壓及電流的平均值兩種常用可控整流電路電路特點該電路只用一只晶閘管，且其上無反向電壓。2.晶閘管和負載上的電流相同。(1)uTD2D1D4u0RLD3+-+-電路特點1.該電路接入電感性負載時，D1、D2

便起續(xù)流二極管作用。(2)20.2.3三相半波可控整流電路2.由于T1的陽極和T2的陰極相連，兩管控制極必須加獨立的觸發(fā)信號。T1T2D1D2uuORL+-+-三相橋式半控整流電路u2a2u2bu2ct1t2uoTT1RLuoD3T2T3D2D1iocbau++––第二節(jié)單向橋式半控整流電路

電阻性負載橋式可控整流電路電感性負載橋式可控整流電路一、電阻性負載橋式可控整流電路VH1VH2VD1VD2RLuou1.電路分析u正半周(０～π)a(＋)b(－)電流方向

負半周(π～２π)a(－)b(＋)ab觸發(fā)脈沖uG引入控制極VH1導通、VD2導通uo＝uVH2導通、VD1導通+－uo＝－u+－2.工作波形ωtuωtuGωtuoωtuVT1OOOOπ2π3π3.參數(shù)計算

整流輸出電壓平均值

輸出電流平均值二極管和晶閘管承受的最高反相電壓為二、電感性負載橋式可控整流電路uVH1VH2VD1VD2VD3uoRLL

加續(xù)流二極管VD3后電路工作情況以及負載上電壓和電阻性負載類似。

整流器件不導通時，由于電感儲能，經(jīng)續(xù)流二極管，負載上的電流仍然存在。感性負載上的電流接近水平的直線。第三節(jié)觸發(fā)電路

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路返回一、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路晶閘管由阻斷變?yōu)閷ǖ臈l件：在陽極和陰極間加上正向電壓在控制極和陰極間加上觸發(fā)信號

觸發(fā)信號的要求：觸發(fā)脈沖要有足夠的功率觸發(fā)脈沖要有一定的寬度觸發(fā)脈沖必須與主電路同步觸發(fā)脈沖要有一定的相移范圍返回1.單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)和特性b2（第二基極）b1（第一基極）NPPN結(jié)e(發(fā)射極)eb2b1結(jié)構(gòu)符號返回ieueUVUPIVIPO單結(jié)晶體管的伏安特性eb2b1ueUbbieb1接正、b2接負

e與b1間呈高阻態(tài)當ue>ηUbb時

e與b1間呈低阻態(tài)返回UV、IV--谷點電壓、電流維持單結(jié)管導通的最小電壓、電流。UP、IP--

峰點電壓、電流

單結(jié)管由截止變導通所需發(fā)射極電壓。

uE<UV

時單結(jié)管截止uE>UP

時單結(jié)管導通返回2.單結(jié)晶體管的弛張振蕩電路tuR1UVUPRR1CEuCuR1eb1b2uCtOO返回u1u2uZuCR2RRfxR1RWuWC3.同步振蕩電路整流削波弛張振蕩電路觸發(fā)脈沖返回u2uZUZuWuR1TOOOtttuC

改變電容C的充放電速度,可以改觸發(fā)變脈沖周期T。二、集成觸發(fā)電路返回1.KJ004型集成電路KJ004外部引線圖123KJ00445678910111213141516正電源負相輸出13、14脈沖列11、12脈沖寬比較同步輸入地負電源鋸齒波輸出鋸齒波斜率調(diào)節(jié)正相輸出返回

工作電路同步電壓鋸齒波電壓U9>0.7V時第四節(jié)晶閘管的串并聯(lián)及其保護

晶閘管的串并聯(lián)晶閘管的過載保護電路返回返回一、晶閘管的串、并聯(lián)1.晶閘管的并聯(lián)應用

晶閘管并聯(lián)可以分流。VH1VH2RR

串電阻均流

電路簡單，但電阻消耗功率，對動態(tài)均流不起作用，只適用于小功率。返回

串電抗均流VH1VH2

對靜態(tài)、動態(tài)均流都起作用。

晶閘管不宜直接并聯(lián)，因特性不同容易造成分流不均，從而燒壞器件。返回2.晶閘管的串聯(lián)應用

晶閘管串聯(lián)可以分壓。

晶閘管不宜直接串聯(lián)，因特性不同容易造成分壓不均，從而擊穿器件。

通常在晶閘管兩端并聯(lián)電阻和阻容器件。返回二、晶閘管的過載保護晶閘管的主要缺點：過電流、過電壓能力很差。1.晶閘管的過電流保護晶閘管產(chǎn)生過流的原因:

負載短路或過載