機器人課程之晶閘管

模塊一調(diào)光燈

晶閘管及其工作原理晶閘管的特性與主要參數(shù)

晶閘管的派生器件

返回項目一認識晶閘管和單結(jié)晶體管1.1、晶閘管

晶閘管(Thyristor)包括：普通晶閘管(SCR)、快速晶閘管(FST)、雙向晶閘管(TRIAC)、逆導晶閘管(RCT)、可關斷晶閘管(GTO)和光控晶閘管等。普通晶閘管：也稱可控硅整流管(SiliconControlledRectifier),簡稱SCR。

由于它電流容量大,電壓耐量高以及開通的可控性(目前生產(chǎn)水平：4500A/8000V)已被廣泛應用于相控整流、逆變、交流調(diào)壓、直流變換等領域,成為特大功率低頻(200Hz以下)裝置中的主要器件。晶閘管及其工作原理晶閘管的外型及符號1、晶閘管的結(jié)構：常用晶閘管的結(jié)構螺栓型晶閘管晶閘管模塊平板型晶閘管外形及結(jié)構符號普通晶閘管SCR雙向晶閘管2、晶閘管的工作原理圖1.1.3晶閘管的內(nèi)部結(jié)構和等效電路(1)導通：陽極施加正向電壓;門極G也加正向電壓晶閘管(單向?qū)щ娦?,導通條件為陽極正偏和門極加正向觸發(fā)電流。返回晶閘管的派生器件

可允許開關頻率在400HZ以上工作的晶閘管稱為快速晶閘管(FastSwitchingThyristor，簡稱FST)，開關頻率在10KHZ

以上的稱為高頻晶閘管?？焖倬чl管為了提高開關速度，其硅片厚度做得比普通晶閘管薄，因此承受正反向阻斷重復峰值電壓較低，一般在2000V以下。1.快速晶閘管(FastSwitchingThyristor—FST有兩個主電極T1和T2，一個門極G。

正反兩方向均可觸發(fā)導通，所以雙向晶閘管在第Ｉ和第III象限有對稱的伏安特性。圖1.3.6雙向晶閘管的電氣圖形符號和伏安特性a)電氣圖形符號b)伏安特性2雙向晶閘管(TRIAC)3.逆導晶閘管(RCT)4.光控晶閘管(LTT)1)又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長的光照信號觸發(fā)導通的晶閘管。2）光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響，因此目前在高壓大功率的場合，如高壓直流輸電和高壓核聚變裝置中，占據(jù)重要的地位。將晶閘管反并聯(lián)一個二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。返回調(diào)節(jié)交流電的導通角最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管，就可以構成可控整流電路。通過改變控制角α或?qū)ń铅?，改變負載上脈沖直流電壓的平均值UL，實現(xiàn)了可控整流。

主要作用：調(diào)相調(diào)相即載波的初始相位隨著基帶數(shù)字信號而變化。其特點是抗干擾能力強，但信號實現(xiàn)的技術比較復雜。3.2.5霍爾器件霍爾器件這是一種磁敏器件，外表很像晶體三極管?；魻柶骷虚_關型和線性兩種。在磁場作用下，它隨磁場強度變化以呈現(xiàn)開關變化或線性變化而輸出電壓。常用來制作傳感器、檢測旋轉(zhuǎn)角度、移動距離和限位等。在對速度有要求的場合，要使用高速霍爾器件。

3．2．6光電隔離器在很多情況下，電路干擾是由電源或信號共地造成的。使用光電耦合器件，可以解決共地帶來的干擾。光電隔離器又稱光電耦合器，●工作原理電路信號使左端發(fā)光二極管產(chǎn)生亮和滅兩種狀態(tài)，也就是說，把電路信號變成了光信號。右端是光敏器件，它根據(jù)光通量大小產(chǎn)生光電流送到相連的電路，這就是把光信號轉(zhuǎn)化為電信號。我們不難看出，在電一光一電的過程中，兩邊的電信號是通過物理的光作為轉(zhuǎn)換的，左右兩端的電信號沒有共地的連接，因而去除了通過地將前級干擾引入后級而導致的問題。常用型號分為單路和多路封裝、高速和低速、開關型和線性型。Theend!!!作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，決定每個晶閘管的觸發(fā)導通時刻。圖1.9.4為基于脈沖變壓器PT和三極管放大器的驅(qū)動電路。工作原理：當控制系統(tǒng)發(fā)出的高電平驅(qū)動信號加至三極管放大器后，變壓器PT輸出電壓經(jīng)D2輸出脈沖電流觸發(fā)SCR導通。當控制系統(tǒng)發(fā)出的驅(qū)動信號為零后，D1、DZ續(xù)流，PT的原邊電壓速降為零，防止變壓器飽和。圖1.9.4帶隔離變壓器的SCR驅(qū)動電路1．晶閘管SCR觸發(fā)驅(qū)動電路圖1.9.5光耦隔離的SCR驅(qū)動電路。工作原理：當控制系統(tǒng)發(fā)出驅(qū)動信號致光耦輸入端時，光耦輸出電路中R上的電壓產(chǎn)生脈沖電流觸發(fā)SCR導通。圖1.9.5光耦隔離的SCR驅(qū)動電路1．晶閘管SCR觸發(fā)驅(qū)動電路2．GTO的驅(qū)動電路1)

作用:將控制電路輸出的控制信號放大到足以保證GTR可靠導通和關斷的程度。2)功能:①提供合適的正反向基流以保證GTR可靠導通與關斷(期望的基極驅(qū)動電流波形如圖1.9.7所示)。②實現(xiàn)主電路與控制電路的隔離。③具有自動保護功能，以便在故障發(fā)生時快速自動切除驅(qū)動信號，避免損壞GTR。④電路盡可能簡單、工作穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強。3．GTR的驅(qū)動電路

圖1.9.8雙電源驅(qū)動電路

圖1.9.10UAA4002組成的GTR驅(qū)動電路由于IGBT的輸入特性幾乎和VDMOS相同(阻抗高，呈容性)所以，要求的驅(qū)動功率小，電路簡單，用于IGBT的驅(qū)動電路同樣可以用于VDMOS。圖1.9.11采用脈沖變壓器隔離的柵極驅(qū)動電路

圖1.9.12推挽輸出的柵極驅(qū)動電路

4．MOSFET和IGBT的驅(qū)動電路圖1.9.13EXB8XX驅(qū)動模塊框圖

圖1.9.14集成驅(qū)動器的應用電路

1.9.3保護電路

電力電子系統(tǒng)在發(fā)生故障時可能會發(fā)生過電流、過壓，造成開關器件的永久性損壞。過流、過壓保護包括器件保護和系統(tǒng)保護兩個方面。檢測開關器件的電流、電壓，保護主電路中的開關器件，防止過流、過壓損壞開關器件。檢測系統(tǒng)電源輸入、輸出以及負載的電流、電壓，實時保護系統(tǒng)，防止系統(tǒng)崩潰而造成事故。措施：通常電力電子系統(tǒng)同時采用電子電路、快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器等幾種過電流保護措施，提高保護的可靠性和合理性?？烊蹆H作為短路時的部分區(qū)段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定在過載時動作。圖1.9.16電力電子系統(tǒng)中常用的過流保護方案

1.過電流保護（過流包括過載和短路）過電壓——外因過電壓和內(nèi)因過電壓。外因過電壓：主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程（由分閘、合閘等開關操作引起）等外因。內(nèi)因過電壓：主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關過程。(1)換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復阻斷，因而有較大的反向電流流過，當恢復了阻斷能力時，該反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應出過電壓。

(2)關斷過電壓：全控型器件關斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。2．過電壓保護

2．過電壓保護

過電壓——外因過電壓和內(nèi)因過電壓。外因過電壓：主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程（由分閘、合閘等開關操作引起）等外因。內(nèi)因過電壓：主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關過程。電力電子系統(tǒng)中常用的過電壓保護方案：作用：防止器件串聯(lián)使用時電壓、并聯(lián)使用時電流分配不均勻，使其電壓、電流超過器件的極限損壞器件。3．開關器件串聯(lián)、并聯(lián)使用時的均壓、均流1.9.4緩沖電路

1）原因：

電力電子器件工作狀態(tài)有開通、通態(tài)、關斷、斷態(tài)四種工作狀態(tài)，其中斷態(tài)時承受高電壓，通態(tài)時承載大電流，而開通和關斷過程中開關器件可能同時承受過壓、過流、過大的、以及過大的瞬時功率。

2）緩沖電路作用：防止高電壓和大電流可能使器件工作點超出安全工作區(qū)而損壞器件。

3）原理：關斷緩沖電路吸收器件的關斷過電壓和換相過電壓，抑制,減小關斷損耗；開通緩沖電路抑制器件開通時的電流過沖和,減小器件的開通損耗。

GTR開通過程：一方面ＣS經(jīng)ＲS、ＬS和GTR回路放電減小了GTR承受較大的電流上升率，另一方面負載電流經(jīng)電感ＬS后受到了緩沖，也就避免了開通過程中GTR同時承受大電流和高電壓的情形。

GTR關斷過程：流過負載ＲL的電流經(jīng)電感LS、二極管ＤS給電容ＣS充電，因為Ｃ