電工技術(shù)與電子技術(shù)課件清華大學(xué)五

第37講第17章可控硅及其應(yīng)用17.1晶閘管工作原理17.2晶閘管特性與參數(shù)17.3可控整流電路17.4觸發(fā)電路17.5單結(jié)管觸發(fā)的可控整流電路17.6晶閘管的其它應(yīng)用17.7晶閘管的保護(hù)及其它類型別名：可控硅（SCR)（SiliconControlledRectifier）是一種大功率半導(dǎo)體器件，出現(xiàn)于70年代。它的出現(xiàn)使半導(dǎo)體器件由弱電領(lǐng)域擴(kuò)展到強(qiáng)電領(lǐng)域。

特點(diǎn)：體積小、重量輕、無噪聲、壽命長(zhǎng)、容量大（正向平均電流達(dá)千安、正向耐壓達(dá)數(shù)千伏）。應(yīng)用領(lǐng)域：整流（交流直流）逆變（直流交流）變頻（交流交流）斬波（直流直流）此外還可作無觸點(diǎn)開關(guān)等。晶閘管（Thyristor）17.1工作原理1.結(jié)構(gòu)P1P2N1N2四層半導(dǎo)體K（陰極）G（控制極）A（陽極）PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)三個(gè)

PN結(jié)符號(hào)AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK2.工作原理陽極陰極控制極APPNNNPGKig?ig??igKAGT1T2等效為由二個(gè)三極管組成UGKUAKT1、T2都導(dǎo)通后，即使去掉UGK，T1、T2仍然導(dǎo)通RL(1)陽極A加反向電壓，或不加觸發(fā)信號(hào)（即UGK=0）。可控硅導(dǎo)通的條件：（1）陽極A加正電壓（2）控制極G加正的觸發(fā)電壓可控硅截止的條件：(2)可控硅正向?qū)ê?，若令其關(guān)斷，必須減小UAK（或使UAK反向），使可控硅中電流小于某一最小電流IH（IH稱為維持電流）Aig?ig??igKGT1T2UAKRLUGKAKG（1）晶閘管具有單向?qū)щ娦浴Ｈ羰蛊潢P(guān)斷，必須降低UAK或加大回路電阻，把陽極電流減小到維持電流以下。正向?qū)l件：A、K間加正向電壓，G、K間加正的觸發(fā)信號(hào)。晶閘管的工作原理小結(jié)（2）晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極便失去作用。17.2特性與參數(shù)1.特性UIIHIFIG=0時(shí)有IG時(shí)正向反向U--陽極、陰極間的電壓

I--陽極電流UDSM正向轉(zhuǎn)折電壓截止導(dǎo)通導(dǎo)通后管壓降約1V額定正向平均電流維持電流URSM反向擊穿電壓正向特性：控制極開路時(shí)，隨UAK的加大，陽極電流逐漸增加。當(dāng)U=UDSM（正向轉(zhuǎn)折電壓）時(shí)，晶閘管自動(dòng)導(dǎo)通。正常工作時(shí)，UAK應(yīng)小于UDSM

。反向特性：隨反向電壓的增加，反向漏電流稍有增加，當(dāng)U=URSM

（反向擊穿電壓）時(shí)，反向擊穿。正常工作時(shí)，反向電壓必須小于URSM。(1)UDRM：正向阻斷電壓晶閘管耐壓值。一般取UDRM

=80%UDSM（正向轉(zhuǎn)折電壓）。普通晶閘管UDRM為100V---3000V2.主要參數(shù)UIIHIF額定正向平均電流UDSM正向轉(zhuǎn)折電壓URSM反向擊穿電壓UDRM控制極斷路時(shí)，可以重復(fù)作用在晶閘管上的反向重復(fù)電壓。一般取URRM=80%URSM（反向擊穿電壓）。普通晶閘管URRM為100V--3000V）(2)URRM：反向峰值電壓UIIHIF額定正向平均電流UDSM正向轉(zhuǎn)折電壓URSM反向擊穿電壓UDRMURRM(3)IF：額定正向平均電流：通用系列為：1、5、10、 20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A等14種規(guī)格。UIIHIF額定正向平均電流UDSM正向轉(zhuǎn)折電壓URSM反向擊穿電壓UDRMURRM17.3可控整流電路1.單相半波可控整流電路(1)電路及工作原理u1u2uTuLAGKRLuG(2)工作波形(設(shè)u1為正弦波)tu2tuGtuLtuT：控制角：導(dǎo)通角u2>0時(shí)，加上觸發(fā)電壓uG

，晶閘管導(dǎo)通。且uL的大小隨uG加入的早晚而變化；u2<0時(shí)，晶閘管不通，uL=0。故稱可控整流。u1u2uTuLAGKRLuG(3)輸出電壓及電流的平均值pò=awptduULL21ò=pawwpttdUsin2212LLLRUI=tuL2UDRM=22U承受的最高反向電壓:tuT電感性負(fù)載（如直流電動(dòng)機(jī)的激磁線圈）電路及工作原理D由于電感反電動(dòng)勢(shì)的存在，晶閘管在一定時(shí)間內(nèi)仍維持導(dǎo)通，失去單向?qū)щ娮饔?。解決辦法：加續(xù)流二極管D,加入D的目的就是消除反電動(dòng)勢(shì)的影響，使晶閘管在u2過零時(shí)關(guān)斷GAuLu1u2uTRKL+–u2正半周時(shí)晶閘管導(dǎo)通，u2過零后，電感產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)。2.單相全波可控整流電路一、電阻性負(fù)載橋式可控整流電路(1)電路及工作原理

u2>0的導(dǎo)通路徑：u2

(A)T1RLD2u2

(B)T1、T2--晶閘管D1、D2--二極管T1T2D1D2RLuLu2AB+-T1、D2導(dǎo)通，T2、D1截止uGT2RLD1u2(A)u2(B)u2<0的導(dǎo)通路徑：T1、T2--晶閘管D1、D2--晶體管T1T2D1D2RLuLu2AB+-uGT2、D1導(dǎo)通，T1、D2截止(2)工作波形tu2tuGtuLtuT1T1T2D1D2RLuLu2AB+-(3三)輸出三電壓三及電三流的三平均三值ò=pawp)(1LtduULò=pawwp)(sin212ttdULLLRUI=tuL2例：三橋式三可控三整流三電路三中，U2=2三20三V，RL=3,可控三硅控三制角三=1三5~三18三0，求三輸出三電壓三平均三值Uo的調(diào)三節(jié)范三圍，三以及三可控三硅（三包括三二極三管）三的電三流平三均值三的最三大值三和承三受的三最大三反向三電壓三。T1T2D1D2RLuLu2AB+-UL=1三91三V，=三15三=0三V，=三18三0LLLRUI==1三91三/3三=6三4AUDRM=22U承受的最高反向電壓:=311V二、三電感三性負(fù)三載橋三式可三控整三流電三路該電三路加三續(xù)流三二極三管后三電路三工作三情況三以及三負(fù)載三上的三電流三、電三壓和三電阻三性負(fù)三載類三似。u2T1T2D1D2DuLRL兩種三常用三可控三整流三電路三的特三點(diǎn)電路特點(diǎn)1.該電三路只三用一三只晶三閘管三，且三其上三無反三向電三壓。2.晶閘三管和三負(fù)載三上的三電流三相同三。電路一：u2TD2D1D4uLRLD3T1T2D1D2u2uLRL電路特點(diǎn)1.該電三路接三入電三感性三負(fù)載三時(shí)，D1、D2便起三續(xù)流三二極三管作三用。2.由于T1的陽三極和T2的陰三極相三連，三兩管三控制三極必三須加三獨(dú)立三的觸三發(fā)信三號(hào)。電路三二：17三.4觸發(fā)三電路1.單結(jié)三晶體三管工三作原三理結(jié)構(gòu)等效電路E（發(fā)射極）B2（第二基極）B1（第一基極）NPEB2B1RB2RB1管內(nèi)基極體電阻PN結(jié)工作三原理三：當(dāng)uE<UP=UA+UF時(shí)PN結(jié)反三偏，iE很小三；當(dāng)uEUP時(shí)PN結(jié)正三向?qū)?iE迅速三增加三。--分壓三比(0三.3三5三~三0三.7三5)UP--峰點(diǎn)電壓UF--PN結(jié)正向?qū)▔航礏2ERB1RB2B1AUBBiEuE2.單結(jié)三晶體三管的三特性三和參三數(shù)iEuEUVUPIVUV、IV--谷點(diǎn)電壓、電流（維持單結(jié)管導(dǎo)通的最小電壓、電流。）UP--峰點(diǎn)電壓（單結(jié)管由截止變導(dǎo)通所需發(fā)射極電壓。）B2ERB1RB2B1AUBBiEuEuE<UV時(shí)單三結(jié)管三截止uE>UP時(shí)單三結(jié)管三導(dǎo)通EB2B1NP單結(jié)晶體管符號(hào)單結(jié)三晶體三管符三號(hào)3.單結(jié)三晶體三管振三蕩電三路uCttuouvuP振蕩三波形RR2R1CUuCuOEB1B2(1三)電路三組成(a)uE=uC<UP時(shí)，三單結(jié)三管不三導(dǎo)通三，uo0。(2三)振蕩三過程三分析IR1R1、R2是外三加的三，不三同于三內(nèi)部的RB1、RB2。前者三一般三取幾十三歐~幾百三歐；RB1+RB2一般三為2~三15千歐三。此時(shí)R1上的三電流三很小三，其三值為三：RR2R1CUuCuOEB1B2(b三)隨電三容的三充三電，uC逐漸三升高三。當(dāng)uCUP時(shí)，三單結(jié)三管導(dǎo)三通。三然后三電容三放電三，R1上便三得到三一個(gè)三脈沖三電壓三。R2起溫三度補(bǔ)三償作三用UPUVUP、UV--峰點(diǎn)三、谷三點(diǎn)電三壓ER2R1RCUuCuOuCtuot(c三)電容三放電三至ucuv時(shí)，單結(jié)三管重三新關(guān)三斷，三使uo0。17三.5單結(jié)三管觸三發(fā)的三可控三整流三電路一、三電路u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu3觸發(fā)三電路主電三路二、三波形三關(guān)系u2uabUZucb削波整流UZau2RbcDZUZ整流三穩(wěn)壓三電路三部分UZ削波ucbudbUPUVueb電容充、放電UP-UD觸發(fā)脈沖UZR1R2RPCuccdeDZb單結(jié)三晶體三管電三路部三分u3uL輸出電壓ueb觸發(fā)脈沖可控三硅橋三式整三流電三路部三分u3T1T2D1D2uLRLbeueb1.單結(jié)三管觸三發(fā)的三可控三整流三電路三中，三主電三路和三觸發(fā)三電路三為什三么接三在同三一個(gè)三變壓三器上三？問題三討論u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu32.觸發(fā)三電路三中，三整流三后為三什么三加穩(wěn)三壓管三？u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu33.一系三列觸三發(fā)脈三沖中三，為三什么三只有三第一三個(gè)起三作用三？其三移相三范圍三（即三控制三角的變?nèi)度龂┤卸嗳螅縰eb觸發(fā)脈沖24.輸出三電壓三如何三調(diào)節(jié)三，其三大小三如何三計(jì)算三？u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu31.單結(jié)三管觸三發(fā)的三可控三整流三電路三中，三主電三路和三觸發(fā)三電路三為什三么接三在同三一個(gè)三變壓三器上三？保證三主電三路和三觸發(fā)三電路三的電三源電三壓同三時(shí)過三零（三即兩三者同三步）三，使三電容三在每三半個(gè)三周期三均從三零開三始充三電，三從而三保證三每半三個(gè)周三期的三第一三個(gè)觸三發(fā)脈三沖出三現(xiàn)的三時(shí)刻三相同三（即角一三樣），以三使輸三出平三均電三壓不三變。u2uab整流ucb削波UZudbu3uebuL2.觸發(fā)三電路三中，三整流三后為三什么三加穩(wěn)三壓管三？穩(wěn)壓三管的三作用三是：將整三流后三的電三壓變?nèi)商萑危ㄈ聪魅ǎ┤?，使三單結(jié)三管兩三端電三壓穩(wěn)三定在三穩(wěn)壓三管的三穩(wěn)壓三值上三，從三而保三證單三結(jié)管三產(chǎn)生三的脈三沖幅三度和三每半三個(gè)周三期產(chǎn)三生第三一脈三沖的三時(shí)間三，不三受交三流電三源電三壓變?nèi)娜绊懭?。UZR1R2RPCuccdeDZbudbUPUVueb3.一系三列觸三發(fā)脈三沖中三，為三什么三只有三第一三個(gè)起三作用三？其三移相三范圍三（即三控制三角的變?nèi)度龂┤卸嗳?？根?jù)三單結(jié)三管的三特性三，它三一旦三觸發(fā)三導(dǎo)通三，在三陽極三電壓三足夠三大的三條件三下，三即使三去掉三觸發(fā)三信號(hào)三，仍三能維三持導(dǎo)三通狀三態(tài)。三因此三，每三半個(gè)三周期三中只三有一三個(gè)觸三發(fā)脈三沖起三作用三。觸發(fā)三脈沖三移相三范圍三的計(jì)三算f—電源三電壓三的頻三率R2R1aRPCucu2RbcdeDZudet4.輸出三電壓三如何三調(diào)節(jié)三，其三大小三如何三計(jì)算三？RP電容三充電三速度三變慢uL電壓三的調(diào)三節(jié)電壓三的計(jì)三算UL17三.6晶閘三管的三其他三應(yīng)用撥盤三式密三碼鎖三控制三電路123456789101112撥盤開鎖繼電器按鈕UCCJT3T2T1SD1D2R工作三原理根據(jù)三晶閘三管的三特性三分析三可知三，開三鎖時(shí)三三個(gè)三晶閘三管的三工作三順序三應(yīng)該三是：T1–T2–T3。否則T3或T2將因三陽極三和陰三極間三加不三上電三壓而三不導(dǎo)三通，三繼電三器線三圈不三通電三，鎖三打不三開。1.開鎖三時(shí)晶閘三管工三作情三況UCCT3T2T1JD1D2T1導(dǎo)通三時(shí)的三路徑T1導(dǎo)通三時(shí)的三路徑三如圖三中虛線三，此三時(shí)發(fā)三光管D2導(dǎo)通，三給出三指示三信號(hào)三。鎖打開2.開鎖三過程根據(jù)三開鎖三時(shí)三三只晶三閘管三導(dǎo)通三順序三的要三求以三及圖中三連線三，可三知開三鎖過三程如三下：撥盤三撥至10T2導(dǎo)通按下ST3導(dǎo)通撥盤三撥至2按下S撥盤三撥至7按下ST1導(dǎo)通123456789101112UCCJT3T2T1SD1D2R此密三碼鎖三的開鎖三密碼三是：7-三-1三0-三-2結(jié)論改換三密碼三號(hào)的三辦法三：變?nèi)鼡苋P和三晶閘三管控三制極三的連三線。防止三長(zhǎng)期三按下三按鈕三以撥三動(dòng)撥三盤而三自動(dòng)三開鎖三的辦三法：三將撥三盤中三的某三幾個(gè)三點(diǎn)接三地。三使撥三盤轉(zhuǎn)三到該三點(diǎn)時(shí)三，按三鈕按三下后三通過三電阻三（R）支路三產(chǎn)生三較大三分流三，使三晶閘三管中三的電三流降三低到三最小三維持三電流三以下三，迫三使其三關(guān)斷三。從三而防三止瑣三被打三開。12345678910